Investigação da Banda G em dobras de grafeno por Simulações de Dinâmica Molecular.

Abstract

O grafeno é um material bidimensional que foi obtido experimentalmente pela primeira vez em 2004 e, desde então, tem sido bastante pesquisado devido ao fato de apresentar algumas propriedades de interesse como por exemplo sua grande área superficial e sua alta mobilidade

de cargas. Além disso, ele apresenta uma gama de possíveis aplicações como exemplo cé- lulas solares e supercapacitores. O grafeno pode apresentar em sua estrutura rugas e dobras

que podem surgir de maneira natural no material e que, por sua vez, podem vir a modificar algumas das propriedades do grafeno planar como por exemplo sua resistência a compressão e deformação e sua afinidade química. Experimentalmente, uma das técnicas mais empregadas no estudo do grafeno tem sido a espectroscopia Raman, que não danifica a amostra e é capaz de nos fornecer informações como dopagem, número de camadas de grafeno, deformações e defeitos na estrutura, por meio da análise das bandas características do grafeno como banda G, D e 2D, advindas dos modos vibracionais do material. Análises dos modos vibracionais

do grafeno também podem ser realizadas de maneira teórica empregando simulações compu- tacionais, e seus resultados podem vir a contribuir com a compreensão dos resultados obtidos

com a espectroscopia Raman. Tendo isso em vista nosso trabalho propõe investigar, por meio do emprego de simulações de dinâmica molecular clássica, o comportamento da banda G de estruturas compostas por grafeno mono e multicamadas, correlacionando com deformações na estrutura (dobras) e presença ou ausência de substrato, por meio da análise do stress e do strain observados nas estruturas. Durante nosso trabalho, nós utilizamos o software LAMMPS para realizações das simulações de dinâmica molecular. Como potencial interatômico foi utilizado o potencial AIREBO na maior parte de nossas simulações, sendo algumas das simulações feitas com potencial híbrido nas quais foram empregados tanto AIREBO quanto Lennard-Jones. Para análise do stress e do strain foi empregado o software OVITO que nos permitiu, por meio de mapas de cores, observar o comportamento de ambos em nossas estruturas. Nossos resultados nos mostraram que grafeno mono e multicamadas estão sujeitos a strain de compressão e de estiramento na direção das dobras. Apesar disso a relação entre o strain local e a banda G não se mostrou de fácil compreensão, o comportamento observado não era aquele esperado por nós

quando comparados aos do grafeno planar (deslocamento do pico da banda G para a direita de- vido à aplicação do strain de compressão e, deslocamento do pico da banda G para a esquerda

devido à presença de strain de estiramento). A investigação da presença e ausência do substrato na região das dobras nos mostrou que sua presença era capaz de causar maiores deformações nestas regiões, o que levava a alterações da banda G, principalmente para as folhas mais inter- nas. Os resultados obtidos para as folhas mais internas não se mostraram frutos somente da presença do substrato nas regiões das dobras.