Estudo teórico da adsorção de dímeros derivados do tiofeno em grafeno

Abstract

Semicondutores desempenham um importante papel do ponto de vista tecnológico, sendo empregados em diversos dispositivos eletrônicos, como televisores, computadores, celulares, painéis solares, entre outros. Esses semicondutores, em sua maioria, são constituídos por materiais inorgânicos, como o silício e o germânio. Porém, recentemente semicondutores orgânicos têm ganhado atenção neste cenário, permitindo a criação de tecnologias mais baratas e dispositivos flexíveis mecanicamente, o que pode ser encontrado em alguns televisores e celulares já disponíveis no mercado comercial. Em virtude dos materiais funcionais semicondutores inorgânicos e orgânicos apresentarem ambos vantagens e desvantagens, uma outra linha de investigação de muito interesse tem sido a de construção de dispositivos com materiais híbridos inorgânicos-orgânicos, que teria como objetivo principal buscar o sinergismo das características positivas de cada uma destas classes de materiais. A operação desses sistemas híbridos semicondutores em dispositivos eletrônicos ocorre através de processos de adsorção entre esses dois materiais. Inseridos nesse meio encontram-se o grafeno, material inorgânico de grande destaque na literatura, composto por átomos de carbono ligados em uma estrutura hexagonal, e o polímero orgânico poli(3-hexiltiofeno) (P3HT), composto por anéis de tiofeno, tendo como cadeia lateral um grupo hexil. As características físicas e químicas de ambos conferem a este sistema híbrido grande potencial para aplicação em dispositivos eletrônicos, tornando importante o estudo dos processos a nível molecular de adsorção entre eles. Sendo o tiofeno a base que constitui o P3HT, as adsorções e propriedades do polímero são provenientes principalmente do anel heterocíclico do tiofeno, como consta em literatura. Assim, uma maneira de se investigar este tipo de sistema pode ser dada através de dímeros de tiofeno, empregados com o intuito de mimetizar o comportamento do P3HT. Neste contexto, este trabalho busca avaliar características do processo de adsorção entre o sistema grafeno/dímero de tiofeno, estudando-se a influência de grupos eletrodoadores e eletroretiradores sobre a matéria orgânica, assim como a posição da molécula sobre a superfície de grafeno. Os cálculos empregados são realizados por meio de uma abordagem teórica, utilizando o método da Teoria do Funcional de Densidade (DFT) na modelagem das geometrias. As características estruturais dos sistemas foram observadas através da avaliação de propriedades geométricas, como a verificação de distâncias de ligação C-C e C-S dos anéis de tiofeno e das distâncias entre a superfície e a molécula adsorvida. Os valores de energia de adsorção obtidos foram baixos, os quais evidenciam um processo de adsorção inteiramente físico. Como técnicas de análise da adsorção e investigação da estrutura eletrônica foram empregadas: a densidade diferencial de carga (DDC), densidade de estados (DOS) e Estrutura de Bandas. Assim, pode-se observar os diferentes comportamentos dos sistemas em relação ao tipo de grupo empregado. A partir dos resultados obtidos nessas análises, pode-se verificar que os sistemas envolvidos apresentam uma interação fraca, principalmente física, sendo governada por interações de Van der Waals. Além disto, não foi observado transferência de carga significativa entre as duas estruturas, ao contrário do que era esperado. Esta característica se manteve apesar da adição de grupos dopantes ao sistema. O presente trabalho ainda pode ser expandido para a investigação de propriedades que não foram exploradas aqui, além de servir como base para outros estudos.