ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE NANOTUBOS DE PHAGRAFENO

Abstract

RESUMO: Os nanomateriais de carbono são mundialmente conhecidos por suas potenciais aplicações na indústria e tecnologia no desenvolvimento sustentado de novos dispositivos eletromecânicos. A dis-posição geométrica das ligações de carbono na rede do grafeno, por exemplo, revela diferentes ca-racterísticas no transporte elêtronico em relação aos metais e semicondutores usuais. Desta forma, pesquisadores buscam compreender as propriedades Física desses nanomateriais. O nosso trabalho abrange estudos das propriedades mecânicas dos nanotubos de phagrafeno: propriedades energéticas, estruturais e elásticas. O phagrafeno, assim como o grafeno, é uma rede bidimensional, mas com carbonos arranjados em pentágonos(p), hexágonos(h) e heptágonos(a), daí o nome “phagrafeno”. Usando simulações com DinâmicaMolecular (MD) e cálculos de primeiros princípios via DFT (Den-sity Functional Theory), observamos o caráter anisotrópico fortemente presente nos nanotubos de phagrafeno tanto com respeito a energia de formação (curvatura) quanto na aplicação de tensão unia-xial ao longo do comprimento desses nanotubos. Os nanotubos com quiralidade (n,0) se apresentam com maior estabilidade energética dos que os de quiralidade (0,n). Analisamos o Módulo de Young (YM), por meio de curvas de stress-strain. Para nanotubos do tipo (0,n) obtivemos um valor do YM médio de 819.59 GPa, stress crítico médio ( C ) de 160.48 GPa e strain crítico médio (" C ) de 0.29, enquanto que nanotubos de quiralidade (n,0) mostram valores médios de 690.95 GPa para o YM, 114.11 GPa para o stress crítico médio, e 0.31 para o strain crítico médio. Observamos que os va-lores do YM para o phagrafeno mostram-se menores quando comparados aos nanotubos de carbono convencionais. Por fim, realizamos um estudo de tensão axial em temperaturas de 300K e 900K nos nanotubos de phagrafeno e verificamos a diminuação do YM e modificações substanciais nas propriedades mecânicas dos mesmos. ABSTRACT: Carbon nanomaterials are known worldwide due to their potential applications in the industry and technology in the sustained development of new electromechanical devices. The geometry ar-rangement of carbon bonds in the graphene lattice, for example, reveals di erent characteristics in the electron transport as compared to the usual metals and semiconductors. Therefore, the scientific com-munity spend much e orts to understand the physics properties of these nanomaterials. In this work, we study the mechanical properties of phagraphene nanotubes: their energy, structural and elastic properties. The phagraphene, similar to the graphene, is a two-dimensional lattice, but with car-bons arranged in pentagons(p), hexagons(h) and heptagones(a), as so called “phagraphene”. Using Molecular Dynamics (MD) simulations and first principles calculations (Density Functional Theory), we observed the anisotropic character strongly present in the phagraphene nanotubes with respect to both formation energy (curvature) and uniaxial tension response along their length. Nanotubes with chirality (n,0) are observed to have greater energy stability than those of chirality (0,n) and even com-pared with planar structure. We obtained Young’s Modulus (YM) values by means of stress-strain curves analysis. For nanotubes of (0,n) type we obtained a YM average of 819.59 GPa, critical stress ( C ) of 160.48 GPa and critical strain (" C ) of 0.29, while chirality nanotubes (n,0) show mean values of 690.95 GPa for YM, 114.11 GPa for critical stress, and 0.31 for critical strain. The YM values for phagraphene are slightly lower when compared to conventional carbon nanotubes. Finally, we performed a axial tension study of phagraphene nanotubes with thermal bath of 300K and 900K and we verified the decrease of YM and substantial modifications in their mechanical properties.