XXXI Congresso de Iniciação Científica
Propriedades estruturais e vibracionais de materiais nanoestruturados
Reinaldo Vieira Dantas Filho, Ricardo Paupitz, Ricardo Brandolt. UNESP Rio Claro, IGCE, física, reinaldo.dantas@unesp.br.
Palavras Chave: Dinâmica molecular, grafeno, potenciais reativos.
Introdução
Materiais nanoestruturados têm sido intensamente estudados nas últimas décadas, sendo que aqueles constituídos de carbono recebem atenção especial, devido às suas características promissoras. De particular interesse são materiais bidimensionais, como o grafeno e derivados, devido à sua vasta gama de aplicações, como dessalinização de água, separação de gases, descontaminação de solos, etc.
Um atributo interessante dos sistemas nanoscópicos é que, nesta escala, as propriedades físicas são fortemente determinadas pela topologia e dimensões geométricas, o que traz uma oportunidade de projetar seus comportamentos, muitas vezes não usuais, e elaborar possíveis aplicações para os novos materiais. Para isso, ferramentas de simulação computacional são fundamentais, por possibilitar a realização de experimentos virtuais, onde rotas de síntese e possíveis propriedades de novas substâncias ou mesmo o comportamento de nanodispositivos podem ser testados.
Objetivos
Realizar o estudo das propriedades estruturais e vibracionais de materiais de baixa dimensionalidade, como membranas constituídas de grafeno, óxido de grafeno, grafenileno e as possíveis alterações em seus modos vibracionais quando o material em questão interage com outras estruturas, aplicando métodos de dinâmica molecular atomística clássica e quântica aos sistemas de interesse.
Material e Métodos
Uma esfera de dióxido de silício amorfo, com raio de 20 Å, foi construída a partir do VMD (Visual Molecular Dynamics), um programa computacional para modelagem molecular e visualização. Além disso, foram utilizados os softwares Avogadro e Packmol, para criar uma molécula de sacarose e automatizar sua distribuição ao redor da esfera de dióxido de silício. Com isso, a partir de um programa de simulação de dinâmica molecular, o LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator), e de potenciais reativos (como o ReaxFF2), foram feitas simulações variando a temperatura do sistema em diferentes rampas, para analisar o seu comportamento.
Resultados parciais e Discussão
A imagem a seguir ilustra a evolução do sistema nanoscópico ao variar a temperatura de 300K a 350K:
Figura 1. Comparação entre a configuração do sistema nanoscópico: a) em seu estado inicial a 300K e b) após aumentar a temperatura até 350K.
Pode-se observar que, com o aumento da temperatura, as moléculas de sacarose, antes espalhadas ao redor da esfera de dióxido de silício, são adsorvidas por ela. Isso sugere que é possível, através de um tratamento térmico adequado, que uma camada de grafeno, originado da sacarose, se forme em cima de grãos de areia (dióxido de silício)1.
Considerações finais
É possível, através de simulações computacionais, visualizar o comportamento de diversos sistemas nanoscópicos, observando resultados parecidos com os experimentais. Assim, as simulações tornam-se uma ferramenta poderosa para a realização de experimentos virtuais, para visualizar o comportamento teórico de certos sistemas e, ainda, analisar seus comportamentos.
Agradecimentos
____________________
1 GUPTA, Soujit Sen et al. Graphene from Sugar and its Application in Water Purification. Acs Applied Materials & Interfaces, [s.l.], v. 4, n.
8, p.4156-4163, 25 jul. 2012. American Chemical Society (ACS).
http://dx.doi.org/10.1021/am300889u.
2 KULKARNI, Anant D. et al. Oxygen Interactions with Silica Surfaces:
Coupled Cluster and Density Functional Investigation and the Development of a New ReaxFF Potential. The Journal Of Physical Chemistry C, [s.l.], v. 117, n. 1, p.258-269, 21 dez. 2012. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/jp3086649.
a) b)
