Mechanical, structural and electronic properties of carbon and boron nitride nanostructures

Orientador: Douglas Soares GalvãoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Neste trabalho, estudamos algumas nanoestruturas observadas em experimentos e outras ainda à espera de confirmação experimental. O estudo foi realizado por meio de métodos teóricos (mecânica de meios contínuos e simulações computacionais), onde nos permitiu obter algumas propriedades físicas interessantes e novas que podem ser exploradas na construção de novos dispositivos mecânicos ou eletrônicos. As primeiras nanoestruturas estudadas foram as estruturas tubulares formadas pela compactação de nanocones de carbono (NTNC) quando submetidas a impactos mecânicos por um projétil esférico. Tal estudo foi realizado por meio de um modelo baseado na teoria mecânica de meios contínuos e por simulações de dinâmica molecular. Com esta metodologia, conseguimos estimar a rigidez mecânica e o percentual de energia cinética absorvida das NTNC durante o impacto. Em seguida, aplicando a mesma metodologia no estudo das NTNC, investigamos uma provável nova nanoestrutura de carbono formada pelo empilhamento de batatas-chips (nanopringles). Este estudo revelou que os nanopringles empilhados são excelentes absorvedores de energia e para um dado valor de energia cinética de impacto apresentam uma inversão coletiva de simetria. Por fim, usando simulações de primeiros princípios, estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas de tricamadas constituídas por folhas de grafeno e nitreto de boro. Nossos resultados mostram que é possível alterar o comportamento eletrônico do grafeno, a distância de separação entre as folhas e que efeitos capacitivos podem ser observados quando as tricamadas são submetidas a campos elétricos externosAbstract: In this work we studied some nanostructures observed in experiments and other still waiting for experimental verification. The study was performed by means of theoretical methods (mechanic of continuous media and computer simulations), which allowed us to introduce some new and interesting physical properties that can be exploited in the construction of new mechanical or electronic devices. The first studied nanostructures were tubular structures formed by compression of carbon nanocones (TNCN) when submitted to mechanical impact by a spherical projectile. This study was conducted by means of a model based on the theory of continuous mechanics and molecular dynamics simulations. With this methodology, we estimate the mechanical stiffness and the percentage of TNCN kinetic energy absorbed during the impact. Then, using the same methodology for the study of TNCN, we investigated a possible new carbon nanostructure formed by stacking potato chips (nanopringles). This study showed that the stacked nanopringles are excellent absorbers of energy and for a given value of kinetic energy of impact have a inversion of collective symmetry. Finally, using first-principles simulations, we study the structural and electronic properties of trilayer consisting of graphene and boron nitride sheets. Our results show that it is possible to change the electronic behavior of graphene, the separation distance between the sheets and capacitive effects can be observed when trilayers are subjected to external electric fieldsDoutoradoFísicaDoutor em Ciência