Estudo computacional das propriedades térmicas e mecânicas de monocamadas e nanotubos de pentagrafinos utilizando dinâmica molecular clássica

Abstract

O carbono demonstra uma variedade de alótropos em diferentes estados físicos, beneficiando-se de sua capacidade de valência química para gerar uma ampla gama de estruturas. Um novo alótropo bidimensional de carbono, o pentagrafino (PGino), foi recentemente apresentado na literatura, em um estudo teórico. Essa estrutura é derivada do pentagrafeno ao incorporar ligações acetilênicas entre átomos de carbono com hibridização sp2 e sp3 . No mesmo estudo, prevê-se que o PG-ino seja estável em até 1000 K com bandgap de 1,0 eV. Apesar de suas propriedades eletrônicas e estruturais já terem sido relatadas na literatura, ainda não foram estudadas suas propriedades mecânicas, tanto em sua forma de monocamada quanto em nanotubos, abrangendo diferentes quiralidades e diâmetros, e este trabalho visa preencher essa lacuna na literatura. A partir disso, foram conduzidas simulações totalmente atomísticas de dinâmica molecular reativa, utilizando o potencial ReaxFF (do inglês Reactive Force Field) para realização deste estudo. Nessa perspectiva, os resultados apontam que o módulo de Young das monocamadas de PG-ino é de aproximadamente 51 GPa à temperatura ambiente, enquanto para os nanotubos, independentemente de sua quiralidade, situa-se em torno de 45 GPa. Além disso, observou-se que os sistemas baseados em PG-ino apresentam uma região plástica extensa e relativamente plana antes de atingir o ponto de fratura total (deformação crítica), tanto para os casos uni quanto bidimensional. Em relação às propriedades térmicas, identificou-se um ponto de fusão em aproximadamente 3600 K, acompanhado por uma transição de fase em torno de 1100 K.