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Title in Portuguese: Propriedades elétricas de óxido de grafeno por microscopia de varredura
Author: Salomão, Francisco Carlos Carneiro Soares
Advisor(s): Barros, Eduardo Bedê
Keywords: Eletricidade
Microscopia eletrônica
Dielétricos
Issue Date: 2015
Citation: SALOMÃO, F. C. C. S. Propriedades elétricas de óxido de grafeno por microscopia de varredura. 2015. 74 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: As potenciais aplicações de nanomateriais, como grafeno e seus derivados, em dispositivos eletrônicos motivou um estudo detalhado de suas propriedades eletrônicas. O Óxido Grafeno também têm sido proposto para várias aplicações, das quais podemos destacar a aplicação em compósitos de filmes finos que apresentem propriedades de supercapacitores. Entretanto, muitas das propriedades do óxido de grafeno podem variar de amostra para amostra, o que se apresenta como uma importante dificuldade para sua aplicação tecnológica. Além disso, a caracterização destas propriedades em nanomateriais também é uma tarefa desafiadora, uma vez que a maioria das técnicas de caracterização têm sido desenvolvidas para filmes com espessura acima de 200nm, a qual é muito mais espessa do que as camadas atomicamente finas do óxido de grafeno. Neste trabalho, estudamos as propriedades elétricas e dielétricas do óxido de grafeno por microscopia de varredura por sonda. Nós estimamos a densidade superficial de cargas do óxido de grafeno de uma camada, bem como a natureza destas cargas por microscopia de força eletrostática. Utilizamos a microscopia de força Kelvin (KPFM) para caracterizar filmes finos transparentes baseados em Óxido de Grafeno e Acetato de Celulose. Utilizamos também KPFM para determinar o potencial de superfície do óxido de grafeno em função da umidade do ar. Finalmente, utilizamos o gradiente da capacitância (dC/dz), que é obtido através do segundo harmônico em EFM, para calcular a constante dielétrica do óxido de grafeno de uma camada e algumas camadas. Como a constante dielétrica não pode ser extraída diretamente das medidas, nós desenvolvemos neste trabalho um modelo analítico para descrever o sinal elétrico de (dC/dz) e mostramos que o este pode ser utilizado para estimar a constante dielétrica do óxido de grafeno monocamada e de algumas camadas.
Abstract: Potential applications of nanomaterials such as graphene and its derivatives, in electronic devices led to a detailed study of their electronic properties. The graphene oxide also has been proposed for various applications, of which we highlight the applications in composite thin films with supercapacitors properties. However, many of the graphene oxide properties can vary from sample to sample, which poses as an important setback to technological application of this material. Furthermore, the characterization electric and dielectric properties on nanomaterials is also a challenging task, since most characterization techniques have been developed for films thicker than 200 nm, which is much thicker than the atomically thin layer of graphene oxide. In this work, we studied the electric and dielectric properties of graphene oxide flakes by scanning probe microscopy. We use electrostatic force microscopy (EFM) to estimate the surface charge density of a layer of graphene oxide, as well as the nature of these charges. We also use the Kelvin force microscopy (KPFM) to characterize transparent thin films based on graphene oxide and Cellulose Acetate. KPFM was also used to determine the surface potential of graphene oxide as a function of humidity. Finally, we have applied the capacitance gradient (dC/dz), which is obtained by measuring the second harmonic signal in EFM to calculate the dielectric constant of monolayer and few-layer graphene oxide. As the dielectric constant cannot be extracted directly from the measurements, we developed an analytical model to describe the electric signal (dC/dz) for the system and show that this model can be used to estimate the dielectric constant of monolayer and few-layer graphene oxide.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/19950
metadata.dc.type: Tese
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