Tese de Doutorado #351 –Thiago Alonso Stephan Lacerda de Sousa – 21/02/2019

A associação de moléculas orgânicas com materiais 2D constitui uma importante plataforma para estudos de ciência básica acerca da formação de sistemas moleculares autoconstruídos e também gera novas perspectivas de aplicações. Seguindo este conceito, esta tese descreve uma rica fenomenologia que está envolvida na interação da tionina com o grafeno, levando a um material híbrido formado por estruturas autoconstruídas bem organizadas sobre o grafeno.

Esse sistema composto é investigado por microscopia de força atômica (AFM), medidas de transporte elétrico, espectroscopia Raman e também por cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT). Os resultados mostram uma interessante evolução temporal das estruturas autoconstruídas de tionina sobre o grafeno, formando ou monocamadas moleculares na forma de ilhas ou estruturas filamentares cujo diâmetro corresponde à espessura de uma bicamada. Além disso, a estrutura molecular final é altamente orientada e segue as orientações cristalográficas do grafeno. Também é observado que a tionina provoca um efeito de dopagem do tipo-n apreciável no grafeno. Isso, por sua vez, permite que a funcionalização do grafeno com a tionina seja utilizada como ferramenta para a concepção de novos dispositivos nanoeletrônicos, por meio de um controle seletivo de dopagem.

Com o intuito de comparar a influência da polaridade do substrato na conformação das moléculas de tionina, experimentos adicionais usando mica como substrato polar são realizados, já que o grafeno é um substrato apolar. A conformação das moléculas de tionina sobre o substrato polar e sobre o substrato apolar exibe tendências opostas: elas se assentam paralelamente à superfície da mica, ao passo que elas se depositam perpendicularmente à superfície do grafeno.

Portanto, os presentes resultados pretendem contribuir para futuras aplicações das moléculas de tionina na construção de nanodispositivos baseados em grafeno, seguindo processos de autoconstrução molecular adequadamente escolhidos.