Structure and dynamics of carbon nanobelts

Orientador: Douglas Soares GalvãoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Apresenta-se neste trabalho um estudo teórico baseado em uma nova familia de nanoestruturas de carbono, as chamadas nanofitas de carbono. Estas consistem em fitas delgadas de grafeno com a singular característica de possuírem uma conformação de equilíbrio na forma espiral, a qual pode ser mais estável que a conformação planar, viabilizada pelo delicado equilíbrio de forças entre a interação de van der Waals e a tensão elástica gerada pelo empenamento. Sua proximidade topológica com as nanoespirais, das quais foram inspiradas, permite o estabelecimento de paralelos estruturais e funcionais que orientam o trabalho. Os métodos de cálculo consistem em mecânica e dinâmica molecular clássicas utilizando o campo de força reativo de Brenner. O modelo, construído de acordo com princípios quânticos incorporados de forma paramétrica, permite a descrição da formação e quebra de ligações químicas a partir de informações sobre o ambiente onde o átomo está inserido. As simulações indicam a viabilidade da obtenção de espirais a partir de fitas para baixas temperaturas, o que em princípio permite que estas substituam as nanoespirais em suas aplicações como nanoatuadores. A possibilidade de formação de anéis a partir de condições geométricas especiais também é explorada. A diversidade topológica e a viabilidade de obtenção de estruturas diferenciadas em função da temperatura constituem propriedades únicas com um potencial de aplicação no desenvolvimento de nanoestruturas de formato variável. Em relação às nanoespirais, o trabalho soluciona o problema da formação de estruturas cônicas em processos dinâmicosAbstract: This work presents a theoretical study based on a novel family of carbon nanostructures, the carbon nanobelts. These structures consists in narrow graphene stripes having the spiral form as one of its equilibrium configurations, which may be more stable than the planar conformation. This stability condition is determined by a delicate balance between the van der Waals interactions and the elastic tension generated by the bending. Its topological proximity with the nanoscrolls, from which they were inspired, allows the obtention of their common structural and functional features. The calculation methods consist in classical molecular mechanics and dynamics using the reactive Brenner forcefield. The model, constructed in accordance with quantum principles incorporated in a parametric form, allows the description of formation and broken of chemical bonds from the informations about the environment where the atoms are inserted. The simulations points to the viability of obtaintion of spirals from belts at low temperatures, what in principle allows the substitution of nanoscrolls in its applications as nanoactuators. The possibility of formation of rings from special geometric conditions is explorated. The topological diversity and the viability of obtention of differentiated structures as a function of the temperature constitute unique properties with a potential application in the development of variable shape nanostructures. In relation to nanoscrolls, this work solves the problem of formation of conical structures in dynamical processesMestradoFísica da Matéria CondensadaMestre em Físic