PESQUISA
Cálculos por primeiros princípios em nanoestruturas
Estudo das propriedades estruturais e vibracionais de nanoestruturas bidimensionais
Automação e Instrumentação Científica para Ensino em Física Básica
Configuração de ambientes de computação científica de alto desempenho
A realização experimental do grafeno em 2004 foi fundamental para constatar que não apenas era possível isolar camadas de espessura atômica de uma classe de materiais, mas que essa redução em dimensionalidade resultaria em mudanças dramáticas das propriedades até então observadas no material em sua forma volumétrica (ou bulk ). Com o objetivo de complementar as propriedades do grafeno em aplicações como substratos flexíveis, finos e transparentes, vários outros materiais bidimensionais (2D) estão sendo estudados intensamente, como por exemplo os dicalcogenetos de metais de transição (tipo MoS2, etc), fosforeno, germaneno, siliceno, etc. Existe pouca informação disponível sobre a estrutura e modos vibracionais destes materiais quando reduzidos a poucas camadas, além dos efeitos induzidos por perda de simetria. Além disso, também sabe-se pouco sobre defeitos e oxidação nestes materiais. Neste projeto, trabalhamos utilizando métodos teóricos como a Teoria do Funcional da Densidade, análise de simetria, e Espectroscopia Raman experimental (dentre outras técnicas de caracterização como Microscopia de Força Atômica, de Varredura Eletrônica, etc) para discutir as mudanças devido à baixa dimensionalidade. Também exploramos o efeito de dopagem, defeitos estruturais e substitucionais nestes materiais. Realizamos ainda a síntese por Deposição Química de Vapor (Chemical Vapor Deposition - CVD), esfoliação química de grafeno (e interesse em outros materialis laminares), esfoliação micromecânica, etc.
Síntese e caracterização de biocarvões visando o sequestro de carbono e melhoria da qualidade dos solos
Os biocarvões são materiais gerados a partir do tratamento térmico de biomassas de diversas origens, e vem sendo vistos como opções sustentáveis para o sequestro de carbono no solo e também para a melhoria da qualidade dos mesmos. Uma das vertentes de pesquisas do uso de biocarvões no solo é inspirada em solos antropogênicos encontrados na região Amazônica, as “Terras Pretas de Índio” (TPI's). Estes solos são notoriamente de qualidade superior aos solos adjacentes, preservando a sua qualidade mesmo em condições tropicais de elevadas temperaturas e alta pluviosidade. As altas quantidades de Black Carbon encontradas nesses solos Amazônicos são relacionadas à preservação da matéria orgânica, o que contribui para a manutenção da fertilidade por longos períodos. Neste projeto será realizada a síntese de biocarvões provenientes de diferentes fontes de biomassa, assim como a caracterização de seus atributos físicos e químicos. Dentre as técnicas de caracterização, destaca-se a Espectroscopia Raman, que já se mostrou útil para o entendimento da estrutura de materiais de carbono em solos antropogênicos. O conhecimento a ser gerado neste projeto pode elucidar aspectos críticos na compreensão do processo de formação das formas de carbono em solos antropogênicos e ainda fornecer novas direções para o processo de obtenção de biocarvões com características específicas. Estes resultados ainda possuem implicações na geração de novas tecnologias relacionadas ao melhoramento de solos e ao sequestro de carbono.
Instrumentação Científica para a Síntese, Preparação e Caracterização de Nanomateriais
O processo de investigação científica baseia-se na realização da síntese, preparação de materiais, e aquisição e processamento de dados, seja no seguimento básico ou aplicado. A falta de uma postura incisiva em instrumentação científica tem sido uma preocupação constante na temática do desenvolvimento científico brasileiro. A baixa oferta de mão de obra altamente qualificada para a manutenção de equipamentos de pesquisa, e de empresas nacionais que manufaturem os mesmos, são questões fundamentais que encarecem o custo da pesquisa nacional. Por outro lado, dentre as áreas estratégicas para a política industrial, científica e tecnológica nacional, encontra-se a nanotecnologia. O fato dos materiais macroscópicos e microscópicos apresentarem propriedades diferentes quando em nanoescala abre as portas para a exploração científica dos novos fenômenos envolvidos. O estudo de novos nanomateriais bidimensionais (2D) tem a motivação em aplicações como substratos flexíveis, finos e transparentes, onde uma grande variedade de compostos com potencial para integrarem os blocos básicos no campo emergente de heteroestruturas 2D. O presente projeto foca na fabricação de equipamentos básicos voltados para a síntese, tratamento térmico, preparação de amostras e no controle da degradação de materiais 2D. Para tal serão realizados testes de calibração dos equipamentos e preparação de amostras com os mesmos, que terão suas características estruturais monitoradas mediante o uso da Espectroscopia Raman. A fabricação dos vários equipamentos aqui propostos terão consequências profundas na infraestrutura disponível para os pesquisadores trabalhando com pesquisa experimental não apenas no nosso departamento, mas nos de áreas correlatas, além de formar mão de obra qualificada e inspirar uma cultura de inovação na universidade.