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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
QUÍMICA (31002013001P0)
Estudo teórico da adsorção de dímeros derivados do tiofeno em grafeno
GABRIELA NASCIMENTO PEREIRA
DISSERTAÇÃO
25/02/2019

Semicondutores desempenham um importante papel do ponto de vista tecnológico, sendo empregados em diversos dispositivos eletrônicos, como televisores, computadores, celulares, painéis solares, entre outros. Esses semicondutores, em sua maioria, são constituídos por materiais inorgânicos, como o silício e o germânio. Porém, recentemente semicondutores orgânicos têm ganhado atenção neste cenário, permitindo a criação de tecnologias mais baratas e dispositivos flexíveis mecanicamente, o que pode ser encontrado em alguns televisores e celulares já disponíveis no mercado comercial. Em virtude dos materiais funcionais semicondutores inorgânicos e orgânicos apresentarem ambos vantagens e desvantagens, uma outra linha de investigação de muito interesse tem sido a de construção de dispositivos com materiais híbridos inorgânicos-orgânicos, que teria como objetivo principal buscar o sinergismo das características positivas de cada uma destas classes de materiais. A operação desses sistemas híbridos semicondutores em dispositivos eletrônicos ocorre através de processos de adsorção entre esses dois materiais. Inseridos nesse meio encontram-se o grafeno, material inorgânico de grande destaque na literatura, composto por átomos de carbono ligados em uma estrutura hexagonal, e o polímero orgânico poli(3-hexiltiofeno) (P3HT), composto por anéis de tiofeno, tendo como cadeia lateral um grupo hexil. As características físicas e químicas de ambos conferem a este sistema híbrido grande potencial para aplicação em dispositivos eletrônicos, tornando importante o estudo dos processos a nível molecular de adsorção entre eles. Sendo o tiofeno a base que constitui o P3HT, as adsorções e propriedades do polímero são provenientes principalmente do anel heterocíclico do tiofeno, como consta em literatura. Assim, uma maneira de se investigar este tipo de sistema pode ser dada através de dímeros de tiofeno, empregados com o intuito de mimetizar o comportamento do P3HT. Neste contexto, este trabalho busca avaliar características do processo de adsorção entre o sistema grafeno/dímero de tiofeno, estudando-se a influência de grupos eletrodoadores e eletroretiradores sobre a matéria orgânica, assim como a posição da molécula sobre a superfície de grafeno. Os cálculos empregados são realizados por meio de uma abordagem teórica, utilizando o método da Teoria do Funcional de Densidade (DFT) na modelagem das geometrias. As características estruturais dos sistemas foram observadas através da avaliação de propriedades geométricas, como a verificação de distâncias de ligação C-C e C-S dos anéis de tiofeno e das distâncias entre a superfície e a molécula adsorvida. Os valores de energia de adsorção obtidos foram baixos, os quais evidenciam um processo de adsorção inteiramente físico. Como técnicas de análise da adsorção e investigação da estrutura eletrônica foram empregadas: a densidade diferencial de carga (DDC), densidade de estados (DOS) e Estrutura de Bandas. Assim, pode-se observar os diferentes comportamentos dos sistemas em relação ao tipo de grupo empregado. A partir dos resultados obtidos nessas análises, pode-se verificar que os sistemas envolvidos apresentam uma interação fraca, principalmente física, sendo governada por interações de Van der Waals. Além disto, não foi observado transferência de carga significativa entre as duas estruturas, ao contrário do que era esperado. Esta característica se manteve apesar da adição de grupos dopantes ao sistema. O presente trabalho ainda pode ser expandido para a investigação de propriedades que não foram exploradas aqui, além de servir como base para outros estudos.

Semicondutores.,;grafeno.,;P3HT.,;DFT.,;tiofeno.,
Semiconductors play an important role from the technological point of view, being employed in several electronic devices, such as televisions, computers, cell phones, solar panels, among others. These semiconductors consist mostly of inorganic materials, such as silicon and germanium. However, recently, organic semiconductors have gained attention in this scenario, allowing the creation of cheaper and more flexible technologies, having application, for example, in televisions and cell phones already available in the commercial market. By the fact that functional inorganic and organic semiconductor materials have both advantages and disadvantages, another line of research of great interest is the construction of devices with hybrid inorganic-organic materials, having as a main goal the search of synergism of the positive characteristics of each of these classes of materials. The operation of these semiconductor hybrid systems in electronic devices occurs through adsorption processes between these two materials. Among this context, it’s found the graphene, an inorganic material of great importance in the literature, that is composed of carbon atoms connected in a hexagonal structure, and the poly (3-hexylthiophene) (P3HT) organic polymer, composed of thiophene rings, having as side chain a hexyl group. The physical and chemical characteristics of both give this hybrid system great potential for application in electronic devices, making important the study of the processes at the molecular level of adsorption between them. Since thiophene is the base that constitutes P3HT, the adsorptions and properties of the polymer come mainly from the heterocyclic ring of thiophene, as reported in the literature. Thus, one way to investigate this type of system can be obtained by thiophene dimers, used to mimic the behavior of P3HT. In this context, this work aims to evaluate the characteristics of the adsorption process between the graphene / thiophene dimer system, studying the influence of donors and withdrawing groups on the organic matter, as well as the position of the molecule on the graphene surface. The calculations are performed using a theoretical approach using the Density Functional Theory (DFT) method in geometry modeling. The structural characteristics of the systems were observed through the evaluation of geometric properties, such as the verification of the C-C and C-S bond distances of the thiophene rings and the distances between the surface and the adsorbed molecule. The adsorption energy values obtained were low, which shows a quite physical adsorption process. As techniques of adsorption, analysis and investigation of the electronic structure were used: differential charge density (DDC), density of states (DOS) and Band Structure. Thus, the different behaviors of the systems in relation to the type of group used can be observed. From the results obtained in these analyzes, it can be verified that the systems involved present a weak interaction, basically physical, being governed by Van der Waals interactions. Furthermore, no significant charge transfer between the two structures was observed, in contrast to what was expected. This characteristic was maintained despite the addition of dopant groups to the system. The present work can still be expanded to investigate properties that have not been explored here, and serve as a basis for further studies.
Semiconductors.,;graphene.,;P3HT.,;DFT.,;thiophene.,
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
O trabalho possui divulgação autorizada
Gabriela Nascimento Pereira.pdf

Contexto

QUÍMICA
LP5 – QUÍMICA TEÓRICA
ESTUDO DO EFEITO ANOMÉRICO.

Banca Examinadora

ANTONIO MARQUES DA SILVA JUNIOR
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
MARCIO SOARES PEREIRA Participante Externo
ANTONIO MARQUES DA SILVA JUNIOR Docente - PERMANENTE
HELIO FERREIRA DOS SANTOS Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 24
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO - Infraestrutura 24

Vínculo

CLT
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
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