Estudo opto-mecânico de membranas suspensas de grafeno em uma plataforma microfluída
| Autor: | Gustavo Arrighi Ferrari |
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| Přispěvatelé: | Rodrigo Gribel Lacerda, Bernardo Ruegger Almeida Neves, Simone Silva Alexandre, Juan Carlos Gonzalez Perez, Eduardo Bedê Barros, Rodrigo Prioli Menezes |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2018 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UFMG Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) instacron:UFMG |
| Popis: | Nesta tese são apresentados estudos mecânicos e ópticos realizados em membranas suspensas de grafeno em dispositivos microfluídicos com uma arquitetura denominada Plataforma. A arquitetura Plataforma permite a integração das membranas suspensas de grafeno com fluidos/líquidos de uma maneira não convencional: o fluido/líquido toca o grafeno por baixo, através das janelas de suspensão do último. Consequentemente, no estudo da interface grafeno-líquido não se tem a presença de um substrato suportando o grafeno como nos demais trabalhos presentes na literatura. A integração das membranas suspensas de grafeno com os fluidos/líquidos é feita por meio de canais microfluídicos enterrados no substrato. Os estudos mecânicos foram realizados por técnicas pertencentes à família de técnicas de microscopia de varredura por sonda: microscopia de força atômica, espectroscopia de força e PeakForce QNM; e os ópticos realizados por espectroscopia Raman. Tanto o grafeno como as Plataformas foram sintetizados na UFMG como parte desta tese, o primeiro por deposição química na fase vapor e as últimas através de várias etapas de processamento em sala limpa. O objetivo principal dos estudos opto-mecânicos era avaliar o comportamento das propriedades mecânicas do grafeno quando em contato com diferentes fluidos/líquidos. Esse objetivo foi atingido ao se observar um amolecimento aparente das membranas de grafeno quando o meio no canal microfluídico muda de ar para água. Contudo, através da criação de um modelo fenomenológico e simulações de dinâmica molecular foi demonstrado que tal amolecimento aparente do grafeno é, na verdade, um processo de desdobramento/desenrugamento do mesmo (induzido pela água no canal) e que, de fato o módulo de Young do grafeno se mantém inalterado. Ao testar um fluido/líquido com tensão superficial diferente, como o ácido oleico, os resultados indicam um comportamento semelhante para o módulo de Young do grafeno (se manter inalterado), porém, ao invés de um amolecemento, a membrana de grafeno estudada apresenta um endurecimento aparente. Atualmente está sendo desenvolvido um modelo para se explicar esta fenomenologia. Finalmente serão apresentados resultados de espectroscopia Raman que indicam um comportamento reversível da banda D e uma condição para rompimento de membranas suspensas de grafeno quando iluminadas por laser e em contato com água. This thesis presents mechanical and optical studies of suspended graphene membranes on microfluidic devices that have an architecture named Platform. The Platform architecture allows the integration of suspended graphene membranes with fluids/liquids in a nonconventional way: the fluid/liquid touches the graphene from below, through the windows of suspended graphene. Consequently, there is no substrate supporting the graphene in the study of graphene-liquid interface like some other works in the literature. The integration of the suspended graphene membranes with the fluids/liquids is made by microfluidic channels buried in the substrate. The mechanical studies were performed by scanning probe microscopy techniques: atomic force microscopy, force spectroscopy and PeakForce QNM; and the optical ones were performed via Raman spectroscopy. Both graphene and the Platforms were synthesized/ fabricated at UFMG as part of this thesis, the former by chemical vapor deposition and the latter by various steps of clean room processing. The main objective of the optical-mechanical studies was to evaluate the behavior of the graphene mechanical properties when in contact with different fluids/liquids. This objective was successfully achieved by observing an apparent softening of the graphene membranes when the medium in the microfluidic buried channel changes from air to water. Nevertheless, a phenomenological model and molecular dynamic simulations demonstrated that this apparent softening of graphene is, actually, an uncrumpling/unwrinkling process of the last (induced by the water in the channel) and that, in fact the graphene Young modulus remains unchanged. By testing a fluid/liquid with a different surface tension, as the oleic acid, the results indicate a similar behavior for the graphene Young modulus (it remains unchanged), however, instead of softening, the studied graphene membrane shows apparent hardening. Presently, a model is being developed to explain this phenomenology. Finally, Raman spectroscopy results indicate a reversible behavior of D band and a condition of breaking suspended graphene membranes when illuminated with visible laser light and in contact with water. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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