Uma Introdução Aos Grafenos
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Uma Introdução Aos Grafenos
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Tópicos
1. Introdução
2. Hibridização do Carbono
2.1 Compostos formados por Carbono
3. Estrutura Cristalina do Grafeno
3.1 Rede Cristalina
3.2 Rede Recíproca
3.3 Zona de Brillouin
4. Referências
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1. Introdução
• Primeiros estudos relacionados aos grafenos – 1947 por Wallace [1];
• Crescimento exponencial de artigos desde 2004;
• Grafeno serve de base para outras estruturas – fulereno, nanotubos;
• Propriedades: Controle da densidade de carga em “graphenes sheets”, considerado o primeiro cristal 2D; Elétrons com comportamente relativístico.
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Fig. 01 ‐Número de manuscritos escritos sobre grafeno entre 2006‐2008 [2]
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2. Hibridização do Carbono
• Elétrons em um determinado orbital recebem energia e passam para outro orbital;
• Os orbitais incompletos fundem‐se para formar novos orbitais;
• 3 tipos de hibridização;
Fig. 02 – Hibridização Sp, Sp² e Sp³ [3]
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Hibridização Sp²;
Fig. 03 – Esquema da Hibridização Sp² [4] Fig. 04 – Orbitais na Hibridização Sp² [5]
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2.1 Materiais Compostos por Carbono
Grafite – Sp²; Diamante – Sp³;
Propriedades:
• Mecânicas;• Térmicas;• Elétricas.
Fig. 05 – Estrutura do Grafite e Diamante [6]
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Grafeno – Rede Hexagonal de átomos de carbono
Fig.06 ‐ Estrutura Honeycomb (Favo de Mel) do Grafeno [7] Fig. 07 – Esquema Representativo de uma rede cristalina de grafeno [8]
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Grafeno – Gein, Novosolov – 2004 (Prêmio Nobel 2010)
• Técnica para obtenção do grafeno: Clivagem micromecânica
Fig. 08 – Esquema das clivagem micromecânica para o Grafeno [9]
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Fulereno ‐ Kroto, Smalley e Curl – 1985
• Nobel química em 1996;
• Molécula esférica formada por átomos de carbono;
Fig. 10 ‐Molécula Fulereno C60 [11]Fig. 11 ‐Molécula gigante do fulereno: C240 [12]Fig. 09 ‐ Esquema da vaporização do carbono por laser [10]
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Nanotubos de Carbono – Sumio Iijima, 1991 (Nature)
• Tubo formado por átomos de carbono ;
• Espessura média de 1 nm;
• Diversos tipo de nanotubos (maneira de como enrolar a folha)
Fig. 12 – Uma folha de grafeno enrolada (nanotubo de carbono) [13] Fig. 13 – Nanotubo de carbono [14]
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3. Estrutura Cristalina do Grafeno
3.1 Rede Cristalina
• Necessário criar conceito de base: grupo de átomos que gera um padrão;
• Rede cristalina: Abstração Matemática que define um conjunto de pontos periodicamente no espaço;
•Rede de Bravais: ;
• No caso bidimensional: Pode ser definida a partir de dois vetores: vetores primitivos;
• Cristal: Soma da rede cristalina e base associada;
• Célula Unitária: Menor agrupamento de átomos com grande simetria que se repetem em uma determinada rede cristalina;
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Fig. 14 – Definição de um cristal [15] Fig. 15 – Rede cristalina do grafeno e seus vetores primitivos [16]
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3.2 Rede Recíproca;
• Difração de Raios X – W. L. Brag;
• Reflexão no plano cristalino: Causando interferência;
• Feixe difratado com ângulo ϴ;
•Espalhamento, Análise de Fourier;
•Rede Recíproca: ;
• 2 ⋅
; 2 ⋅
; 2 ⋅
;
• Espaço Recíproco (Espaço do 1/[L])
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3.3 Zona de Brillouin
• Francês Léon Brillouin;
• Célula de Wigner Seitz;
• A menor região que dos planos que dividem a rede recíproca;
• Célula de Wigner‐Seitz na rede recíproca;
Fig. 18 – Primeira zona de Brillouin no espaço recíproco vista como um espaço de Wigner‐Seitz. [18]Fig. 17 – Célula de Wigner Seitz [17]
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Fig. 17 – Primeira zona de brillouin do grafeno no espaço recíproco mostrando seus vetores primitivos e pontos de maior dispersão de energia [19]
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4. Referências[1] K.S. Novoselov, A. K. Geim, Nature 438, 197 (2005)
[2] Y. Zhang, Y. W. Tan, H. L. Storner, And P. Kim, Nature 438, 201 (2005)
[3] http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=1807&evento=5
[4] http://pt.slideshare.net/badalow/quimica333‐hibridizacao‐do‐carbono‐12566958
[5] http://pt.slideshare.net/badalow/quimica333‐hibridizacao‐do‐carbono‐12566958
[6] http://slideplayer.com.br/slide/1679079/
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
[9] Cunha, Daniel Elias, Estudo das propriedades de transporte eletrico de grafeno e de
grafeno hidrogenado,2009, Tese, Universidade Federal de Minas Gerais, Instituto de
Ciências Exatas Departamento de Fsica.
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[10] http://www.goalfinder.com/product.asp?productid=113
[11] https://florbrancaciencia.wordpress.com/tag/geometris/
[12] http://pt.depositphotos.com/stock‐photos/fullerene.html
[13] http://www.monografias.com/trabajos82/nanotubos‐carbono/image001.gif
[14] www.wikipedia.com
[15] Neto, José Crisanto, Grafeno e Nanotubo de Carbono, Departamento de Física UFRN, Dez. 2011
[16] Cunha, Daniel Elias, Estudo das propriedades de transporte eletrico de grafeno e de
grafeno hidrogenado,2009, Tese, Universidade Federal de Minas Gerais, Instituto de
Ciências Exatas Departamento de Física.
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[17] www.wikipedia.org
[18] www.wikipedia.org
[19] Cunha, Daniel Elias, Estudo das propriedades de transporte eletrico de grafeno e de
grafeno hidrogenado,2009, Tese, Universidade Federal de Minas Gerais, Instituto de
Ciências Exatas Departamento de Física.