Dec 20 2015

Rack de vinho com molas: modelo para novo material

NatMaterials2015

Escrito em colaboração com o Dr. Ray H. Baughman, diretor do NanoTech Institute of University of Texas at Dallas, o artigo "Architectured materials: Straining to expand entanglement" publicado na página 7 do volume 15 da revista Nature Materials (parâmeto de impacto JCR2014: 36.503), destaca as propriedades interessantes de uma nova estrutura formada pelo emaranhamento e compactamento de um único fio helicoidal, reportada por Rodney et al. [http://dx.doi.org/10.1038/nmat4429] na mesma revista. Rodney et al mostraram que, independente do material que forma o fio helicoidal, a estrutura final se expande volumetricamente (isto é, diminui sua densidade) independente do tipo de strain a que ela é submetida: compressão ou esticamento. Isso é um resultado inédito porque os materiais ordinários costumam aumentar (diminuir) sua densidade quando são esticados (comprimidos). Em alguns materiais especiais esse comportamento se inverte, mas nunca apresentam o mesmo tipo de variação de densidade perante esticamento e compressão.

Além de destacar esse resultado interessante e inédito, nós propusemos uma nova estrutura, baseada na conhecida estrutura da rack de vinho (wine rack), onde as barras seriam substituídas por molas (figura). Nós mostramos que, dependendo do ângulo inicial dessa nova estrutura, ela é capaz de capturar, pelo menos qualitativamente, esse estranho, mas inovador, comportamento mecânico das estruturas de Rodney et al. A chave para explicar esse comportamento está na alta (baixa) rigidez da estrutura quando ela é comprimida (esticada). 

O artigo pode ser acessado através do link: http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4436.html

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Sep 11 2015

Novo material com expansão térmica nula

Em colaboração com o Prof. Dr. André R. Muniz, do Departamento de Engenharia Química da UFRGS, publicamos um artigo que prediz e revela um novo material, feito apenas de carbono, que apresenta a propriedade de possuir expansão térmica nula em uma faixa de temperaturas muito mais ampla do que os materiais conhecidos. O artigo intitulado "Carbon-Based Nanostructures Derived from Bilayer Graphene with Zero Thermal Expansion Behavior" foi publicado na página 17458 do volume 119 da revista Journal of Physical Chemistry C (parâmetro de impacto JCR2014: 4.772) e consiste de estudos por dinâmica molecular clássica e DFT da estrutura formada por uma bicamada de grafeno interligada. Mostramos que através do controle da concentração das ligações entre as camadas, é possível determinar em que faixas de temperatura a expansão térmica do material é mínima. Vantagens desse tipo de material são a leveza combinada com ótimas propriedades mecânicas, eletrônicas e térmicas.

Detalhes da análise podem ser lidos no artigo que pode ser acessado através do link: http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b05602

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Dec 09 2014

Energia de formação de óxidos de grafeno

go

Em colaboração com os Drs. Hengji Zhang e Kyeongjae Cho, ambos do Materials Science and Engineering Department of UTDallas, foi publicado o artigo intitulado "Formation energy of graphene oxide structures: a molecular dynamics study on distortion and thermal effects" na revista Carbon (parâmetro de impacto JCR2014: 6.196) e consiste de estudos por dinâmica molecular clássica da energia de formação de nanoestruturas de óxido de grafeno (GO da sigla em inglês, graphene oxide) com diferentes concentrações de oxigênio e diferentes razões entre número de epóxidos e hidroxilas. Os principais resultados são: GOs com predominância de epóxidos apresentam maior energia de ligação, por oxigênio, mas deforma com mais intensidade a estrutura de átomos de carbono com relação à rede hexagonal do grafeno. A energia livre de formação apresenta tendência similar à da energia de ligação, o que pode ser notado através do cálculo da diferença entre energia livre e de ligação, por oxigênio, em função da concentração de átomos de oxigênio, mostrado na figura abaixo.

Assim, podemos entender com base nesses resultados, a observação experimental de que GOs com predominância de epóxidos são mais estáveis e, consequentemente, mais difíceis de se reduzir (ou remover o oxigênio), enquanto que hidroxilas facilmente se desprendem com o aumento da temperatura. Embora nossos cálculos de energia livre dos GOs indiquem que eles sejam menos estáveis termodinamicamente do que os cálculos obtidos por simulações de primeiros princípios, nossos cálculos conseguem capturar com maior precisão as distorções da rede hexagonal de átomos de carbono, que também contribui para a estabilidade das estruturas, ajudando, assim, a entender alguns resultados experimentais não explicados pelas previsões teóricas anteriores.

Detalhes da análise podem ser lidos no artigo que pode ser acessado através do link: http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2014.12.026

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Jun 05 2014

Expansão térmica *anômola* de buracos em grafeno

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No Número 19 do Volume 89 do Physical Review B , foi publicado o meu primeiro trabalho sem ajuda ou supervisão de "senior" ou "big" bosses! O artigo intitulado "Thermal Expansion of holes in graphene nanomeshes", resultou do trabalho de mestrado do Sr. Newton C. B. Mostério, orientado por mim no período em que estive trabalhando na UFF, em Volta Redonda. Bem recentemente, assim que iniciei atividades como professor do IFGW/UINCAMP, pedi ao Newton que verificasse a expansão térmica dos buracos, separadamente, em nanomalhas de grafeno (ou graphene nanomeshes). Isso pois havíamos notado que a expansão térmica da estrutura como um todo não diferia muito da expansão do grafeno sem buracos, enquanto que a expansão térmica do pescoço (região de menor distância entre os buracos)  era negativa e maior, em módulo, do que o valor para a estrutura como um todo. Decidi investigar esse detalhe mais a fundo.

Daí, o resultado foi surpreendente! A expansão térmica do buraco se mostrou anômola : enquanto a estrutura inteira se contraía sob excitação térmica, o buraco expandia. Isso é estranho pois classicamente espera-se que a expansão térmica do buraco siga a mesma tendência da expansão térmica do material. A solução, entretanto, foi relativamente bem simples, e para ver como a gente explicou o fenômeno, acesse o artigo abaixo ou escreva para mim solicitando cópia do paper.

O artigo pode ser acessado através do link: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.89.195437

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Apr 09 2014

Redes do tipo Abrikosov formadas por moléculas orgânicas na superfície de grafite

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Acaba de ser publicado no Volume 1663 do MRS Proceedings (link abaixo), em co-autoria com o Prof. Paulo Noronha Lisboa-Filho, do Departamento de Física da UNESP em Bauru, SP, o trabalho completo intitulado "Abrikosov-like lattices in organic crystals on graphite surface".

O trabalho consiste do estudo da formação espontânea de estruturas auto-organizadas de moléculas orgânicas na superfície de grafite. Verificamos a formação de redes hexagonais, similares às chamadas redes de Abrikosov de vórtices magnéticos em materiais supercondutores, independente da forma das moléculas orgânicas. Ao todo estudamos a formação de estruturas hexagonais de 4 tipos de moléculas orgânicas: coroneno, pireno, pentaceno e a molécula C28H14 que tem uma forma quadrada. Embora essas estruturas só se formem a temperaturas aproximadamente 100 K, só foi considerado interações do tipo de van der Waals entre as moléculas e a superfície e entre elas.

O artigo pode ser acessado através do link: http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=9230312&fulltextType=RA&fileId=S1946427414003765

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Mar 13 2014

Nanomembranas confinadas em cilindros

fig3

No número de Março de 2014 da revista EPL (Europhysics Letters)  (Vol. 105, art. n. 56002), publicamos (em co-autoria com o Prof. Douglas Galvão, Dr. Eric Perim, e Prof. N. Pugno) o paper "Violation of the universal behavior of membranes inside cylindrical tubes at nanoscale".

O artigo, que foi parte do trabalho de tese de doutorado do Dr. Eric Perim, descreve simulações por dinâmica molecular da conformação de nanomembranas (grafeno e folhas de BN) dentro de tubos cilíndricos, e comparação com previsões teóricas baseadas em modelos clássicos para placas. Observamos que a estrutura final não apresenta os mesmos parâmetros geométricos previstos pelo modelo mecânico, e considerados universais, isto é, válidos para qualquer tipo de material planar e em qualquer escala de tamanho. Mostramos que isso decorre do fato da folha de grafeno não ser uma estrutura contínua, e da possibilidade dos  átomos de carbono se equilibrarem em posições fora do plano, quando a estrutura é submetida à flexão.

O artigo pode ser acessado através do link: http://iopscience.iop.org/0295-5075/105/5/56002/article

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Feb 11 2014

Condutividade térmica de óxidos de grafeno

figuraTC-GO

No número de Janeiro de 2014 da revista The Journal of Chemistry C  (Vol. 118, p. 1436), publiquei em co-autoria com os Drs. Hengji Zhang e K. Cho, o paper "Tailoring Thermal Transport Property of Graphene through Oxygen Functionalization".

O artigo descreve cálculos da condutividade térmica de estruturas de óxido de grafeno, e sua dependência com a concentração de oxigênio. Mostramos que a redução na condutividade térmica decorre do espalhamento dos fónons pelos defeitos na estrutura (causados pelos oxigênios) e da localização de alguns fónons de baixa frequência.

O artigo pode ser acessado através do link: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp4096369

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Sep 26 2013

Termos aditivos - Mudança para IFGW

Nessa e na semana passada, assinamos o termo aditivo de alteração de instituição, da UNESP em Bauru, para o IFGW/UNICAMP dos seguintes projetos FAPESP coordenados por mim:

2012/10106-8: Projeto de Pesquisa - Auxílio Regular - "Modelagem de Materiais Nanoestruturados de Carbono" - vigência: de 01/09/2012  a  31/08/2014

2013/10036-2: Bolsa de Pesquisa - Exterior


Sep 05 2013

Bem-vindo à minha página!

No dia 03 de Setembro de 2013, iniciei atividade docente no Departamento de Física Aplicada do IFGW/UNICAMP.

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