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Estudo de propriedades Eletrônicas, energéticas e estruturais de Nanotubos BxCyNz de camadas simples e dupla via cálculos de primeiros princípios

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Ver/
dissertacao_robson_rodrigues.pdf (1.698Mb)
Fecha
2014-11-28
Autor
Rodrigues, Robson Cavalin
Metadatos
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Resumen
Nesta dissertação realizamos o estudo teórico, via cálculos de primeiros princípios, das propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas de nanotubos de carbono, de camada única e dupla, dopados com nitreto de boro (BN). Optamos, por uma configuração na qual os átomos de carbono estão distribuídos em duas faixas diametralmente opostas separadas por duas faixas de BN. Para a realização dos cálculos foi utilizado o código computacional SIESTA, o qual é fundamentado na teoria do funcional da densidade (DFT) com o termo de troca-correlação tratado através da aproximação do gradiente generalizado (GGA), com o uso de pseudopotenciais de norma conservada e de um conjunto de bases, obtidas da combinação linear de orbitais atômicos. Em relação a análise estrutural, observamos que as estruturas estudadas sofreram um rearranjo atômico, o que causou uma deformação, a qual é mais acentuada quanto menor for o diâmetro. Este efeito de deformação é maior nas estruturas de quiralidade zigzag. Pela análise energética, observamos que diâmetro, quiralidade, quantidade e tipo de ligações são fatores que influenciam na estabilidade dos nanotubos. Para o diâmetro, percebemos que ao manter uma mesma quiralidade e estequiometria, a estabilidade segue uma regra simples: quanto maior o diâmetro maior será a estabilidade da estrutura. Com relação às ligações, concluímos que quanto maior for o valor obtido através da razão entre o número total de ligações (TL) e o número de ligações desfavoráveis (LD) no nanotubo, maior será a estabilidade (para mesma estequiometria). Entretanto, quando comparamos estruturas de quiralidades diferentes, notamos que a zigzag se apresenta mais estável, mesmo possuindo valores menores de diâmetro e da razão (TL/LD). Observamos também que a estequiometria BC6N se mostra mais estável em comparação com as demais estequiometrias estudadas neste trabalho. Para as estruturas de dupla camada, uma regra de estabilidade energética (n,0)@(n + 9,0), que é independente da estequiometria, foi observada e as distâncias entre as faixas para estes sistemas são mais elevadas do que as observadas para nanotubos de carbono ou nitreto de boro puros. Por fim, a análise eletrônica foi realizada a partir da estrutura de bandas de energia dos nanotubos, que determinam o comportamento eletrônico do material, onde podemos obter dados referentes aos gaps de energia. Obtivemos nanotubos com características de semicondutores com gap variando entre 0,75 eV e 0,06 eV, tanto com gap direto como com gap indireto e estruturas com características metálicas. Nós também encontramos que as estruturas eletrônicas dos nanotubos de parede dupla são metálicos para os sistemas menores, enquanto para os maiores são semicondutores de gap direto, exibindo variações interessantes em torno do gap de energia. Para os nossos sistemas de parede dupla observou-se que a maior contribuição para as bandas de valência e condução em estados próximos do nível de Fermi vem do tubo interno.
URI
http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/19044
Colecciones
  • PPGFis: Dissertações e Teses [127]

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