Nova metodologia para obtenção do módulo de Young por técnicas de microscopia de varredura por sonda
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ângelo Malachias de Souza
Ana Paula Moreira Barboza
Ana Paula Moreira Barboza
Resumo
O módulo de Young exerce um papel fundamental na determinação da compatibilidade de materiais para diversas aplicações, incluindo materiais bidimensionais (2D), como o grafeno e os dicalcogenetos de metais de transição (TMDs). Os métodos tradicionais de indentação podem enfrentar desafios ao lidar com materiais 2D ultrafinos, devido aos efeitos do substrato. Para contornar essa limitação, este trabalho propõe o uso de polidimetilsiloxano (PDMS) como substrato compatível para curvas de força obtidas por microscopia de força atômica (AFM). Esse método, fundamentado em um modelo analítico estabelecido por Timoshenko e Woinowsky-Krieger, possibilita estimativas precisas do módulo de Young por meio da medição da espessura do floco, da força aplicada e da deformação. Os resultados obtidos com essa nova abordagem apresentam forte concordância com a literatura existente para diversos materiais 2D. Além disso, o PDMS, amplamente empregado na esfoliação e transferência mecânica por estampagem viscoelástica, possui um módulo de Young facilmente mensurável, o que permite determinações mais eficientes do
módulo de Young de materiais 2D. Com a expansão do estudo de materiais ultrafinos, essa nova metodologia, que propõe o PDMS como substrato para medidas de nanoindentação por técnicas de AFM, aprimora a acessibilidade e a eficiência na medição do módulo de Young, contribuindo significativamente para o avanço das aplicações desses materiais 2D inovadores. Os resultados deste trabalho estão publicados no periódico Applied Physics Letters, no qual se propõe o uso do PDMS como uma plataforma adequada para a aquisição de curvas de força por AFM e a estimativa do módulo de Young de materiais 2D.
Abstract
Young’s modulus plays a key role in determining the compatibility of materials for various applications, including two-dimensional (2D) materials such as graphene and transition metal dichalcogenides (TMDs). Due to substrate effects, traditional indentation methods can face challenges when dealing with ultrathin 2D materials. To overcome this limitation, this work proposes using polydimethylsiloxane (PDMS) as a compatible substrate for force curves in atomic force microscopy (AFM). Based on an analytical model established by Timoshenko and Woinowsky-Krieger, this method enables accurate estimates of Young’s modulus by measuring flake thickness, applied force, and deformation. The results obtained by our approach show strong agreement with the existing literature for several 2D materials. Furthermore, PDMS, widely used in exfoliation and mechanical transfer by viscoelastic stamping, has an easily measurable Young’s modulus, allowing more efficient Young’s modulus determinations. With the expansion of the study of ultrathin materials, this new methodology, proposing PDMS as a substrate for nanoindentation measurements by AFM techniques, improves the accessibility and efficiency in measuring Young’s modulus, which significantly contributes to the advancement of the applications of these innovative 2D materials.
Assunto
Elasticidade, Microscopia de força atômica, Microscopia de varredura por sonda
Palavras-chave
Módulo, Elasticidade, Young, SPM, AFM, Indentação, PDMS, Polidimetilsiloxano