Cálculos de primeiros princípios das propriedades eletrônicas e vibracionais de nanotubos de carbono funcionalizados ou sobre strain

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carneiro, Marciano Alves
Data de Publicação: 2009
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/19188
Resumo: The goal of this thesis is the study of the structural, electronic and vibrational properties of single wall carbon nanotubes (SWNTs) under different conditions, such as covalently functionalized nanotubes, nanotubes encapsulating molecules and nanotubes under tension or compression. To determine the nanotubes properties, we use a computational fisrt principles approach, based on the Density Functional Theory (DFT), as implemented in the SIESTA code (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms), with the local density and generalized gradient approximations for the exchange-correlation terms. Electrons-ions interactions are described by the pseudopotential approximation. For covalently functionalized nanotubes we investigated the electronic and energetic properties of metallics nanotubes SWNT (5,5) interacting with radicals of an aminoacid, the alanine. We show that when the alanine is most hardly bound to the nanotube all atoms in the nanotubo preserve their sp2 hibridization, keeping the characteristic of a -electrons system and its metallic behaviour. We also studied different quiralities carbon nanotubes encapsulating linear carbon molecules, the polyynes. We calculated the electronic and vibrational properties of isolated and encapsulated polyynes. We see that when encapsulated, the polyynes always present a downshift in their vibrational frequencies, while for large diameter nanotubes the changes in the vibrational frequencies are not significant. Concernig carbon nanotubes under tension and compression, we analized the structural, electronic and vibrational properties changes. We show that strain leads to modifications of the vibrational properties of the nanotubes. The frequencies of the G band and the radial breatinhg mode (RBM) band increase monotonically with strain. Besides, we identify sctructural transitions for critical compressions that affect significantly mostly the RBM frequencies and also sometimes the G band frequencies. We also report the modifications in the nanotubes energy gaps as a function of strain.
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For covalently functionalized nanotubes we investigated the electronic and energetic properties of metallics nanotubes SWNT (5,5) interacting with radicals of an aminoacid, the alanine. We show that when the alanine is most hardly bound to the nanotube all atoms in the nanotubo preserve their sp2 hibridization, keeping the characteristic of a -electrons system and its metallic behaviour. We also studied different quiralities carbon nanotubes encapsulating linear carbon molecules, the polyynes. We calculated the electronic and vibrational properties of isolated and encapsulated polyynes. We see that when encapsulated, the polyynes always present a downshift in their vibrational frequencies, while for large diameter nanotubes the changes in the vibrational frequencies are not significant. Concernig carbon nanotubes under tension and compression, we analized the structural, electronic and vibrational properties changes. We show that strain leads to modifications of the vibrational properties of the nanotubes. The frequencies of the G band and the radial breatinhg mode (RBM) band increase monotonically with strain. Besides, we identify sctructural transitions for critical compressions that affect significantly mostly the RBM frequencies and also sometimes the G band frequencies. We also report the modifications in the nanotubes energy gaps as a function of strain.Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e TecnológicoO objetivo desta tese é o estudo das propriedades estruturais, eletrônicas e vibracionais de nanotubos de carbono de parede única (SWNTs) sob diferentes condições, tais como nanotubos funcionalizados covalentemente, encapsulando moléculas ou sujeitos a tensão ou compressão. Para tratar as propriedades dos nanotubos, utilizamos uma abordagem computacional de cálculos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), implementados no programa SIESTA (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms), com as aproximações da densidade local e do gradiente da densidade como termos de troca e correlação. As interações entre elétrons e íons foram descritas pela aproximação do pseudopotencial. Para os nanotubos funcionalizados covalentemente, fizemos uma investigação sobre as propriedades energéticas e eletrônicas de nanotubos metálicos (5,5) de parede única (SWNTs) interagindo com radicais de um aminoácido, a alanina. Obtivemos que quando a alanina se encontra mais fortemente ligada, todos os átomos de carbono do nanotubo permanecem com hibridização sp2, mantendo as características de um sistema de elétrons do tubo pristina e seu caráter metálico. Em seguida, realizamos o estudo de nanotubos de carbono de diferentes quiralidades encapsulando moléculas lineares a base de carbono, as poliinas. Calculamos as propriedades eletrônicas e vibracionais das poliinas isoladas e encapsuladas, dos nanotubos pristina e encapsulando as poliinas. Observamos que quando encapsuladas, a poliinas sempre apresentam diminuição em suas freqüências de vibração, enquanto nos nanotubos que as encapsulam não é observada variação nas freqüências para tubos de diâmetro grande. Para finalizar, submetemos os nanotubos a tensões e compressões axiais (strains) e analisamos as possíveis alterações estruturais e das propriedades eletrônicas e vibracionais, tentando estabelecer uma relação entre elas. Observa-se que a aplicação de strain provoca alterações nas propriedades vibracionais dos nanotubos, com as freqüências identificadas como as bandas G e RBM aumentando monotonicamente com o strain. Além disso, identificamos transições estruturais em compressões críticas que afetam fortemente as freqüências de RBM e eventualmente da banda G. Também observamos alterações no comportamento do gap dos nanotubos em função do strain.Programa de Pós-graduação em FísicaFísicaVenezuela, Pedro Paulo de MelloCPF:61890705422http://lattes.cnpq.br/8358755068997419Carneiro, Marciano Alves2021-03-10T20:46:44Z2011-04-272021-03-10T20:46:44Z2009-07-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://app.uff.br/riuff/handle/1/19188porCC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2021-03-10T20:46:44Zoai:app.uff.br:1/19188Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202021-03-10T20:46:44Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false
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