Defesa de Tese de Doutorado #348 – Gustavo Arrighi Ferrari – 21/09/2018

Estudo opto-mecânico de membranas suspensas de grafeno em uma plataforma microfluídica

Autor: Gustavo Arrighi Ferrari

Banca Examinadora

Prof. Rodrigo Gribel Lacerda (Orientador)

DF-UFMG

Prof. Bernardo Ruegger Almeida Neves (Coorientador)

DF-UFMG

Prof. Juan Carlos González Pérez

DF-UFMG

Profa. Simone Silva Alexandre

DF-UFMG

Prof. Eduardo Bedê Barros

DF/UFC

Prof. Rodrigo Prioli Menezes

PUC/Rio

Orientação

Prof. Rodrigo Gribel Lacerda (Orientador)

DF-UFMG

Prof. Bernardo Ruegger Almeida Neves (Coorientador)

DF-UFMG

Resumo do Trabalho

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 (Scaning Probe Microscopy, SPM): microscopia de força atômica (Atomic Force Microscopy, AFM), espectroscopia de força (Force Spectroscopy, FS) e PeakForce QNM (Quantitative Nanomechanical Mapping); 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 (Chemical Vapour Deposition, CVD) 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 água.