ESTUDO DO ACOPLAMENTO EM NANOTUBOS DE CARBONO DE DUAS E TRÊS CAMADAS: propriedades mecânicas e vibracionais

Abstract

RESUMO: Neste trabalho realizamos simulações computacionais com o objetivo de compreender as propriedades mecânicas e vibracionais de nanotubos de carbono de duas e três camadas sob o efeito de compressão hidrostática. Para isso, esses sistemas foram estudados na presença de um meio compressor (argônio) e arranjados na forma de feixes (bundles). Foram realizadas simulações de minimização de energia e de dinâmica molecular para calcular os modos RBMs e suas frequências para DWNTs e TWNTs com diversos tipos de acoplamento entre camadas. Os resultados sugerem que existem diferenças significativas de comportamento nos modos RBMs para os tubos correspondentes em DWNTs e TWNTs. Em algumas situações foi possível observar uma resposta mais acentuada entre tubo externo e intermediário no TWNT, em relação aos seus correspondentes no DWNT (tubos externo e interno) de mesmo diâmetro. Outros resultados interessantes e que corroboram com alguns experimentos na literatura puderam ser observados, tais como: o fato do acoplamento mudar significativamente a frequência de vibração dos tubos, o efeito de blindagem dos tubos externos sobre os tubos internos nos MWNTs, tubos de grande diâmetro arranjados em bundles têm sua seção transversal mudada de circular para poligonal quando submetidos à variação da pressão e outros. Neste último caso, observamos que o aumento do acoplamento (reduzindo a distância entre camadas) impede a poligonalização do tubo mais externo em bundle. Os resultados mostram claramente que se pode encontrar situações de acoplamento entre tubos para formar MWNTs de duas e três camadas em que os tubos correspondentes nessas estruturas respondem do ponto de vista vibracional de maneira diferenciada quando submetidos à pressão. ABSTRACT: In this work we perform computational simulations with the objective of understanding the mechanical and vibrational properties of carbon nanotubes of two and three layers under the e ect of hydrostatic compression. For this, these systems were studied in the presence of a compressor medium (argon) and arranged in the form of bundles. Energy and molecular dynamics minimization simulations were performed to calculate the RBM modes and their frequencies for DWNTs and TWNTs with several types of coupling between layers. The results suggest that there are signi cant differences in behavior in the RBMs modes for the corresponding tubes in DWNTs and TWNTs. In some situations it was possible to observe a more pronounced response between external and intermediate tube in the TWNT, in relation to its corresponding in the DWNT (external and internal tubes) of the same diameter. Other interesting results that corroborate with some experiments in the literature could be observed, such as: the fact that the coupling signi cantly changed the vibration frequency of the tubes, the shielding effect of the outer tubes on the inner tubes in the MWNTs, large diameter tubes arranged in bundles have their cross section changed from circular to polygonal when subjected to pressure variation and others. In the latter case, we observed that increasing the coupling (reducing the distance between layers) prevents polygonalization of the outermost tube in bundle. The results clearly show that coupling situations can be found between tubes to form two- and three-layer MWNTs wherein the corresponding tubes in these structures respond differently from the vibrational point of view when subjected to pressure.