3.9. Araştırma Etiği
4.3.3. Öğretmenlerin Ders Öncesi Yapılan Hazırlıklara İlişkin Görüşleri
Figura 4.7: Apresentamos a barreira de forma¸c˜ao para o defeito de Wigner obtida
pelos autores na referˆencia [33].
No caso do defeito de Wigner em feixes de CNT, os autores calcularam uma barreira de 2.4 eV. Comparando as barreiras de recombina¸c˜ao dos defeitos VI e VV em feixes e em grafite observamos o defeito V1
2 em feixes de CNT apresentou a
maior barreira de recombina¸c˜ao. Esse resultado ´e um indicativo que a conex˜ao do defeito V1
2, em feixes de CNT, ´e defeito mais dif´ıcil ser desfeita. No entanto, por
n˜ao apresentar barreira de forma¸c˜ao, o defeito V2
2 em feixes de CNT ´e o defeito mais
prov´avel de ser encontrado.
Na pr´oxima se¸c˜ao vamos apresentar os resultados das propriedades mecˆanicas dos defeitos do tipo V V em feixes de nanotubos de carbono.
4.5
Propriedades Mecˆanicas
Nesta se¸c˜ao trataremos de uma quest˜ao que foi uma das principais motiva¸c˜oes desse cap´ıtulo: a influˆencia das conex˜oes (defeitos) nas propriedades mecˆanicas de feixes
4.5 Propriedades Mecˆanicas 79
de nanotubos de carbono. Para tal, primeiro vamos analisar o feixe puro, sem defeitos, considerando dois tubos do feixe (cerca de 200 ´atomos), onde deslocamos um deles, tanto positivamente em rela¸c˜ao a estrutura inicial (sem deslocamento), quanto negativamente. Em ambos os casos esses deslocamentos foram realizados com uma angula¸c˜ao de 300, pois os tubos s˜ao organizados de maneira hexagonal
(figura 4.1-a). Foi mantido fixo um anel de ´atomos de cada tubo para que os CNTs n˜ao retornassem `a posi¸c˜ao de equil´ıbrio; posteriormente relaxamos a estrutura para obter a energia total para cada deslocamento empregado. O mesmo procedimento foi realizado para os feixes de nanotubos com os defeitos do tipo VV. Fizemos o gr´afico da diferen¸ca de energia divida pelo comprimento do nanotubo em fun¸c˜ao dos deslocamentos realizados. A derivada segunda desse gr´afico ´e o m´odulo de cisalhamento (shear modulus), que ´e a propriedade mecˆanica de interesse. Na figura 4.8 podemos observar o gr´afico para os dois defeitos do tipo VV (V1
2 e V22).
Figura 4.8: Apresentamos o gr´afico da diferen¸ca de energia dividido pelo compri-
mento do nanotubo (Lz) em fun¸c˜ao de deslocamentos a 300. Mostramos os dois
4.5 Propriedades Mecˆanicas 80
Para o caso do nanotubo sem defeito, o sistema apresentou um m´odulo de cisa- lhamento da ordem de 7 GPa [33]. Ao inserir os defeitos, o valor dessa propriedade aumentou significativamente e, para o defeito V1
2, obtivemos um aumento de apro-
ximadamente 5 vezes e, para o defeito V2
2, esse aumento foi de aproximadamente
10 vezes. Na tabela 4.2 mostramos os valores do m´odulo de cisalhamento para os defeitos em feixes.
Tabela 4.2: M´odulo de cisalhamento, em GPa, para os feixes de nanotubos de car-
bono puro, contendo o defeito de Wigner [33], e para os defeitos do tipo VV: V1 2 e V2
2. Em todos os casos consideramos os deslocamentos com uma angula¸c˜ao de 30o.
Deslocamento Puro Wigner V1 2 V22
30o 7.0 97.0 33.0 68.0
Notamos que o defeito que apresentou o maior aumento no m´odulo de cisalha- mento foi o defeito de Wigner. O ponto importante ´e que as conex˜oes melhoram o m´odulo de cisalhamento em todos os casos, e que neste trabalho conseguimos carac- terizar quais s˜ao os defeitos, e como cada um pode modificar essas propriedades.
Fazendo um sum´ario dos resultados apresentados neste cap´ıtulo, primeiro, ca- racterizamos dois defeitos do tipo vacˆancia-vacˆancia e mostramos que, para ambos os casos, a energia de forma¸c˜ao desses defeitos em feixes ´e menor do que os mesmos defeitos em grafite. Mostramos que os defeitos s˜ao est´aveis e que as conex˜oes entre as paredes dos feixes, atrav´es das densidades de cargas, s˜ao fortes pois apresentam valo- res m´aximos dessa densidade nessas liga¸c˜oes. Apresentamos dois caminhos de rea¸c˜ao atrav´es do m´etodo NEB, o primeiro, a partir de um sistema com duas vacˆancias at´e um sistema conectado e, um segundo caminho, partindo do sistema conectado at´e um sistema composto por um nanotubo puro mais um tubo com uma divacˆancia. Para o defeito V1
2, no primeiro caminho de rea¸c˜ao, obtivemos uma barreira de cerca
4.5 Propriedades Mecˆanicas 81
eV do que o defeito de Wigner em CNTs. Ainda com esse sistema, analisamos o segundo processo - o sistema inicial sendo com a conex˜ao estabelecida e o sistema final sendo formado por uma divacˆancia e um tubo puro, esse sistema apresentou uma barreira de 2.7 eV. O defeito V2
2 n˜ao apresentou uma barreira de recombina¸c˜ao
para o primeiro processo. Finalmente, calculamos como as conex˜oes influenciam nas propriedades mecˆanicas, e em particular, no m´odulo de cisalhamento desses defeitos. No pr´oximo cap´ıtulo vamos continuar investigando as propriedades mecˆanicas de nanotubos dos carbonos; no entanto, estudaremos os defeitos em nanotubos de m´ultiplas paredes (MWCNT). Atualmente, do ponto de vista de aplica¸c˜ao, esses sistemas s˜ao utilizados com maior frequˆencia devido ao seu maior comprimento comparado com os demais tipos de nanotubos, como foi dito na introdu¸c˜ao. Vamos caracterizar os principais tipos de defeitos neste sistema que, por sua vez, diferem do estudado neste cap´ıtulo pois, como o sistema ´e formado por tubos concˆentricos possuem diˆametros/curvatura diferentes. Vamos analisar como tais conex˜oes modi- ficam as propriedades mecˆanicas e faremos um estudo aumentando a concentra¸c˜ao de defeitos; por fim faremos um ensaio deslocando um dos tubos para investigar o quanto de tens˜ao conseguimos transferir entre as paredes dos MWCNT, atrav´es da conex˜ao que os liga.