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Type: Tese de Doutorado
Title: Estudo de propriedades elétricas de nanotubos de carbono e monocamadas de ácido retinóico por microscopia de varredura por sonda
Authors: Karolline Aparecida de Souza Araujo
First Advisor: Bernardo Ruegger Almeida Neves
First Referee: Gustavo Almeida Magalhaes Safar
Second Referee: Eduardo Jorge da Silva Fonseca
Third Referee: Helio Chacham
metadata.dc.contributor.referee4: Benjamin Fragneaud
Abstract: Nesta tese foram apresentados estudos dos mecanismos de transferência de cargas entre nanotubos de carbono de parede simples (SWNT) e a resposta elétrica foto-assistida de monocamadas de Ácido Retinóico (RA) auto-construídas sobre o grafite. Para tanto, o emprego das várias técnicas da Microscopia de Varredura por Sonda (SPM) juntamente com a Espectroscopia Óptica (Fotoluminescência e Raman) e cálculos teóricos possibilitaram o estudo detalhado das propriedades físicas investigadas. A transferência de carga entre SWNTs crescidos sobre óxido de Si foi estudada em função da natureza elétrica do nanotubo (metal ou semicondutor) e da distância de separação entre os mesmos. A caracterização morfológica, o corte e a nanomanipulação dos SWNTs foi realizado via Microscopia de Força Atômica (AFM). As medidas de Microscopia de Força Elétrica (EFM) possibilitaram o estudo da transferência de carga. Os resultados mostraram que existem dois mecanismos possíveis de transferência: um direto, via tunelamento conforme a teoria de Fowler-Nordheim (FN) e o indireto (hopping), mediado por grupos funcionais químicos adsorvidos no óxido de Si. Ambos os mecanismos dependem da natureza elétrica e da separação catodo/anodo: tunelamento direto domina o processo de transferência de carga entre SWNTs metálicos, especialmente para longas distâncias, enquanto que ambos os mecanismos competem entre si para SWNTs semicondutores, prevalecendo um sobre o outro dependendo da separação catodo/anodo. O modelo fenomenológico geral proposto, que leva em conta os dois processos físicos possíveis de transferência de carga entre os tubos, ajustou em boa concordância os resultados experimentais apresentados. Finalmente, um importante carotenóide foi estudado. O RA é uma molécula orgânica semicondutora opticamente ativa na região do visível com a metade do comprimento do famoso carotenóide denominado Beta Caroteno. A auto-construção de monocamadas altamente ordenadas do RA sobre o grafite foi demostrada. Através do AFM foi possível observar que as moléculas se alinham paralelamente ao grafite com uma periodicidade de 2.7nm. Esse ordenamento também foi verificado no estudo da eficiência de emissão da monocamada em função da temperatura. As medidas de EFM foto-assistidas sugeriram uma dopagem do grafite quando decorado com as moléculas. Tal resultado foi confirmado pelas medidas de espectroscopia Raman que indicaram uma dopagem do tipo p da ordem de no grafeno. Os cálculos teóricos realizados corroboraram com os resultados experimentais encontrados.
Abstract: In this thesis, studies of transport mechanisms in single-walled carbon nanotubes (SWNT) and photo-assisted electrical response of Retinoic Acid (RA)s self-assembled monolayers on graphite are presented. Scanning Probe Microscopy (SPM) techniques along with Optical Spectroscopy (Photoluminescence and Raman) and theoretical calculations made possible the detailed study of the physical properties investigated. The charge transfer between neighboring single-walled carbon nanotubes (SWNTs) on a silicon oxide surface was investigated as a function of both the SWNT nature (metallic or semiconducting) and the anode/cathode distance. Morphological characterization, cutting and nanomanipulation of SWNTs was performed via Atomic Force Microscopy (AFM). The Electric Force Microscopy (EFM) measurements enabled the study of charge transfer. Two main mechanisms were observed: a direct electron tunneling described by the typical FowlerNordheim model, and indirect electron transfer (hopping) mediated by functional groups on the supporting surface. Both mechanisms depend on the SWNT nature and on the anode/cathode separation: direct electron tunneling dominates the charge transfer process for metallic SWNTs, especially for large distances, while both mechanisms compete with each other for semiconducting SWNTs, prevailing one over the other depending on the anode/cathode separation. The general phenomenological model proposed, that takes into account the two possible physical processes of charge transfer between the tubes, have adjusted in good agreement the experimental results. Finally, an important carotenoid was studied: RA is a semiconducting organic molecule optically active in the visible region with half of length of the famous carotenoid Beta-Carotene. A highly ordered RA self-assembled monolayer (SAM) on graphite was demonstrated. It was observed by AFM that the molecules are aligned parallel to the graphite with periodicity of 2.7nm. This in agreement with the results from study of the monolayer emission efficiency as a function of temperature. The EFM photo-assisted experiment suggested a graphite doping when decorated with molecules. This result was confirmed by Raman spectroscopy measurements that indicated a graphene p-type doping of the order of . The theoretical calculations performed corroborate the experimental results found.
Subject: Física
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AA8G5X
Issue Date: 21-Mar-2016
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