Estudo de interação de moléculas de C60 com grafeno utilizando dinâmica molecular.

Abstract

Neste trabalho utilizamos simulação computacional em conjunto com métodos de dinâmica molécular clássica para estudar as propriedades mecânicas de materiais bidimensionais como o grafeno e nanoestruturas híbridas de grafeno com a molécula de C60. A fim de obter o módulo de Young desses materiais, construímos curvas de forças versus indentação e utilizamos os modelos de indentação pontual e não pontual, considerando o tamanho do indentador, para obter o módulo de Young. Para os cálculos de dinâmica molecular utilizamos o programa LAMMPS junto com o potencial Tersoff e um modelo repulsivo esférico para o indentador. Três tipos de estruturas foram estudadas: grafeno puro, nanoestrutura híbrida de grafeno com moléculas de C60 dispostas de forma desorganizada e nanoestrutura híbrida de grafeno com C60 organizadas como no cristal da fulerita. Os resultados obtidos foram comparados com a literatura existente e foi possível analisar os efeitos da interação da molécula de C60 com grafeno nas propriedades mecânicas do grafeno nos diferentes graus de organização. Para o grafeno, os resultados encontrados mostram que a utilização de dinâmica molecular para obtenção do módulo de Young pode depender fortemente do modelo utilizado, força pontual ou não, e do raio da membrana e do indentador. Quando comparamos os resultados obtidos para o grafeno puro com o grafeno com moléculas de C60 desorganizadas, é possível notar uma diminuição no módulo de Young na nanoestrutura. Por outro lado, se as moléculas estão organizadas, o módulo de Young da nanoestrutura apresenta, em geral, módulo de Young maior que o grafeno. Neste último caso, a explicação para o aumento parece ser o fato de as moléculas de C60 se comportarem como um cristal e em junção com o grafeno apresentarem um módulo de Young efetivo maior que o grafeno isolado.