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Type: Dissertação
Title: Síntese a baixa temperatura de materiais bi-dimensionais de carbono: impacto da simetria do precursor sobre a morfologia dos materiais
Author: Oliveira, Danilo Franco de
First Advisor: Fragneaud, Benjamin
Referee Member: Archanjo, Braulio Soares
Referee Member: Sato, Fernando
Resumo: Em 2010, quando Geim e Novoselov ganharam o Nobel, mostraram que, dentro da rede do grafeno, os elétrons se comportam como partículas sem massa - férmions de Dirac - podendo se movimentar à velocidade próximas á velocidade da luz dentro deste material. Esta propriedade atraiu a atenção da comunidade científica para a importância desse material. O grafeno é formado por uma rede hexagonal de carbono com hibridização sp2. Com espessura de um átomo, é considerado um material bidimensional. Uma das técnicas de obtenção do grafeno é a deposição química em fase vapor (chemical vapor deposition - CVD), com a qual obtemos grafeno quase que perfeitamente cristalino em monocamada. Este grafeno pode ser utilizado em aplicações na eletrônica orgânica por manter a sua alta mobilidade eletrônica. Uma desvantagem do uso do grafeno para transistores de efeito de campo (FETs) é que eles não podem ser desligados, pois o grafeno é um semicondutor de GAP zero. Um jeito de resolver este problema é a abertura do GAP deste material, controlando o formato e a estrutura de bandas eletrônicas do mesmo. Dois anos depois do Nobel sobre grafeno, surgem os trabalhos que propõem a obtenção do mesmo com precursores líquidos com geometria molecular. De fato, conseguiu-se sintetizar o grafeno a baixas temperaturas, da ordem de centenas de graus Celsius (100~300 °C). Nesses trabalhos, porém, não se obteve uma correlação entre geometria do precursor utilizado com o fato de que há uma possível quebra de simetria na direção de crescimento dos cristais de grafeno. Neste trabalho, o objetivo central é investigar se o formato do precursor líquido utilizado afeta a síntese de grafeno e o formato dos cristalitos de tal forma que possamos controlá-los. Sendo assim, estudamos um mecanismo de síntese de grafeno muito mais simples que os obtidos na literatura, utilizando baixas temperaturas. A técnica CVD pode ser realizada em baixas pressões (Low Pressure CVD - LPCVD), da ordem de 10−2 ou 10−4 torr. Neste trabalho utilizamos pressões de 1 atm (Ambient Pressure CVD - APVCD), que possui a vantagem de ser um processo mais barato que o LPCVD. Além disso, pode-se crescer grafeno a baixas temperaturas com APCVD, o que facilita a fabricação de dispositivos orgânicos, pois a maior parte das moléculas orgânicas são destruídas a temperaturas da ordem de 1050ºC. Através do controle da morfologia do grafeno crescido, esperamos controlar as suas propriedades eletrônicas, ampliando seu uso em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.
Abstract: In 2010, Geim and Novoselov won the Nobel Prize by showing that electrons in monolayer graphene behave like massless particles - Dirac fermions - being able to move at the speed close to the speed of light within this material. This property attracted the attention of the scientific community. Graphene is hexagonal network of pure carbon atoms hybridized sp2. Since it has a atomic thickness, it is considered a 2D material. Graphene can be obtained by chemical vapour deposition (CVD), with which we obtain highly crystalline material. It can be used in organic electronic because it is a transparent conductor material. On the other hand, in field effect (FETs) the devices never turn off because graphene is a semiconductor of GAP zero, and there are always electrons available for conduction. A way of solving this problem is to open a GAP in the electronic band dispersion by controlling the morphology of the material. Some recent works, employed liquid precursors to precisely control the molecular geometry of nanoribbons. Other researches employed toluene and benzene to grow monolayer graphene at low temperature (100~300 °C). However, the authors did not correlate the geometry of the precursor with a possible break of symmetry concerning the growing direction. In this work, we investigate if the format of the liquid precursor liquid affects the synthesis of graphene, and the format of crystallites in such a way that we can control them. Thus, we studied a mechanism of synthesis of graphene much more simple than those obtained in the literature, using low temperatures, and the dehydrogenation of the precursor liquid. The CVD process can be performed at low pressures (Low Pressure CVD - LPCVD), of the order of 10−2 or 10−4 torr. In this work, we use pressures of one atmosphere (Ambient Pressure CVD - APVCD), which has the advantage of being a process less expensive than LPCVD. In addition, one can grow graphene at low temperatures with APCVD, which facilitates the manufacture of devices organic, as most organic molecules are destroyed at temperatures of the order of 1050ºC. Through control of the morphology of the graphene, we hope to control their electronic properties, expanding its use in electronic devices and optoelectronic.
Keywords: Grafeno
Nanofitas de carbono
Crescimento CVD
Graphene
Carbon Nano-ribbons
Chemical vapor deposition – CVD
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Access Type: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/9065
Issue Date: 31-Aug-2018
Appears in Collections:Mestrado em Física (Dissertações)



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