Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Estudo de grafite natural através de espectroscopia Raman e transporte elétrico
HENRIQUE FERREIRA DOS SANTOS
DISSERTAÇÃO
19/12/2017

A grafite é um sólido cristalino alótropo de carbono que pode existir na forma natural e artificial. Um cristal de grafite tanto natural quanto artificial é composto por planos de grafeno sobrepostos que interagem através de forças de Van der Waals. A forma de empilhamento destes planos determina a fase cristalina, como sendo do tipo hexagonal com empilhamento do tipo ABA (Bernal) ou romboédrica com empilhamento do tipo ABC. Um mesmo cristal macroscópico pode apresentar porcentagens distintas de ambas as estruturas. Por outro lado, as ligações entre os átomos de carbono que formam os planos hexagonais são hibridizações tipo sp2, sendo ligações fortes com elétrons localizados. Em geral é atribuído aos elétrons dos orbitais π que não realizam ligação a precursão da condutividade elétrica no plano da grafite. Sem grandes impurezas, é um semimetal que apresenta propriedade diamagnética. Devido a característica quebradiça é por vezes considerado um cerâmico, apesar de realizar ligações covalentes. É um material com grande aplicação industrial que teve interesse renovado com o crescimento da pesquisa em grafeno. Em especial, ao longo do anos, diferentes grupos de pesquisa estiveram interessados nas propriedades de transporte elétrico em grafite, devido a anisotropia de condução e resultados que sugerem a presença de fases supercondutoras. Paralelamente, diversos grupos vem trabalhando para entender e explicar a dispersão de fônons em grafite, encontrando relações que permitem compreender as propriedades físicas deste material e que estão hoje servindo de alicerce para as pesquisas em grafeno. Neste trabalho estudamos flakes de grafite natural extraídos de minas do Brasil com maior concentração de fase romboédrica que grafites artificiais como o HOPG e outros grafites naturais. Realizamos medidas de espalhamento Raman em diferentes amostras e pontos superficiais com intuito de obter uma caracterização estatística. Verificamos o comportamento elétrico das amostras através de medidas de resistência elétrica em função da temperatura da amostra, constatando que os flakes apresentam comportamento semicondutor extrínseco, seguido de comportamento metálico persistente, para as faixas de temperatura estudadas (300K até 500K). Verificamos o efeito da temperatura sobre as amostras através de medidas de espalhamento Raman, constatando mudanças nas propriedades da bandas espectrais características de espalhamento para a grafite. Através dos resultados obtidos, acreditamos que a semicondutividade extrínseca se deve a adsorção de oxigênio pelas imperfeições da grafite. Por fim apontamos direções de pesquisa de novas questões encontradas no desenvolvimento deste trabalho, assim como possíveis aplicações dessa classe de materiais.

grafite natural;semimetal;transporte elétrico;semicondutividade extrínseca;supercondutividade;espectroscopia Raman;estatística de espalhamento Raman em grafite;adsorção.
The graphite is a solid allotrope crystalline carbon that can exist in natural and artificial forms. Natural or artificial graphite crystal is composed of superimposed graphene layers interacting through Van der Waals forces. The stacking sequence of these layers determines the crystalline phase, being of the hexagonal type with AB stacking (Bernal) or rhombohedral with ABC stacking. Both structures of a same macroscopic crystal can be present in distinct percentages. On the other hand, the bonds between the carbon atoms that form the hexagonal planes are of the type sp2 hybridizations, being strong bonds with localized electrons. In general, electrons of the π orbital which do not participate in chemical bonding are the responsable of the electrical conductivity in the graphite plane. Without a large number of impurities, it is a semimetal that presents diamagnetic property. Due to this brittle characteristic it is sometimes considered ceramic. The graphite is a material with great industrial application and has renewed interest with the growth of graphene research. In particular, over the years, different research groups have been interested in the electric properties of graphite, due to conduction anisotropy and results that suggest the presence of superconducting phases. In parallel, several groups have been working to understand the dispersion of phonons in graphite, finding relations that allow us to explain the physical properties of this material and that are now serving as a foundation for research in graphene. In this work we studied natural graphite flakes extracted from Brazil mines with high concentration of rhombohedral phase than artificial graphites like HOPG another natural graphites. We performed measurements of Raman scattering in different samples and superficial points in order to obtain a statistical characterization. We verified the electrical behavior of the samples through electrical resistance measurements in function of the temperature, stating that the flakes show extrinsic semiconductor behavior, followed by persistent metallic behavior for the temperature range from 300K to 500K. We verified the effect of the temperature on the samples by measurements of Raman scattering, showing the changes in spectral bands properties characteristic of spreading to the graphite. Through the obtained results, we believe that the extrinsic semiconductivity is due to oxygen adsorption because of the graphite imperfections. Finally, we point out research directions of new questions in the development of this work, as well as possible applications of this class of materials.
natural graphite;semimetal;electrical transport;extrinsic semiconductivity;superconductivity;Raman spectroscopy;statistical of Raman scattering in grafite;adsorption.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

FÍSICA
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Banca Examinadora

ANA MELVA CHAMPI FARFAN
DOCENTE - COLABORADOR
Não
Nome Categoria
LUCAS ALMEIDA MIRANDA BARRETO Participante Externo
DENISE CRIADO PEREIRA DE SOUZA Participante Externo
MAYCON MOTTA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 19
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 5

Vínculo

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Não