Investigação teórica das propriedades estruturais e eletrônicas de nanotubos de carbono, silício e carbeto de silício

Resumo

Nanotubos de carbono foram identificados pela primeira vez em 1991. Desde então, inúmeras trabalhos científicos vêm sendo realizados com o objetivo de utilizá-los para aplicações em diversas áreas científicas. Estes materiais possuem diâmetro da ordem de alguns angstrons e comprimentos da ordem de mícron. As propriedades estão, principalmente, relacionadas com a sua enorme dureza e elasticidade, e também ao fato de poderem apresentar comportamento de isolante ou de metal, dependendo apenas do ângulo chiral em que uma folha de carbono é enrolada para formar o nanotubo. Neste trabalho, com o objetivo de se prever a existência ou não de nanotubos em um material à base de silício, são realizados cálculos de primeiros princípios, usando a da teoria da funcional densidade, com pseudopotenciais de norma conservada, para investigar as principais propriedades eletrônicas e estruturais: energias de formação, geometrias, estrutura de bandas e densidades de estados de nanotubos de carbono, silício e carbeto de silício. Os resultados obtidos para a parte estrutural apresentam que a principal dificuldade da formação de nanotubos de silício é devido ao fato do silício formar preferencialmente ligações do tipo sp³ em detrimento às ligações s²p², tão comuns no carbono, fazendo com que a energia de formação dos nanotubos de silício seja muito superior à energia de carbono. Cálculos de estrutura eletrônica apresentam que nanotubos de silício possuem o mesmo comportamento, metal ou isolante, apresentado pelos nanotubos de carbono e que os nanotubos de carbeto de silício sempre serão isolantes.