Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/12928
Title in Portuguese: Dinâmica molecular e cálculos ab initio em moléculas, nanocones de carbono e agregados de água
Author: Pires, Marcelo da Silva
Advisor(s): Freire, Valder Nogueira
Keywords: DFT
Dinâmica molecular
Agregados de água
Carbono
Issue Date: 2009
Citation: PIRES, M. S. Dinâmica molecular e cálculos ab initio em moléculas, nanocones de carbono e agregados de água. 2009. 95 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009.
Abstract in Portuguese: A presente dissertação insere-se no escopo da Nanociência e da Nanotecnologia, que têm como objeto de estudo são sistemas (nanoestruturas, nanopartículas, nanoagregados, etc.) com dimensões características no intervalo 1{100 nm (1nm = 10ºA). Nela sao investigadas: (a) propriedades estruturais de nanocestas moleculares de carbono e sua interação com o aminoácido L-alanina; (b) a interação entre nanocones de carbono anin- hados; e (c) a transição estrutural dependente da temperatura de agregados de água. Os nanosistemas foram estudados através de Dinâmica Molecular, que permite o estudo de sistemas com cerca até milhões de átomos, e da Teoria do Funcional da Densidade, que permite a obtenção das propriedades do estado fundamental de sistemas com até centenas de átomos. No estudo das nanocestas de carbono C20-coranuleno, C30-hemifulereno, C35- hemifulereno e C36-triacenaftotrifenileno, obteve-se que as mesmas são estáveis a temperaturas elevadas, e demonstrou-se a capacidade das mesmas de servirem como armadilhas para o aminoácido L-alanina, como efeito da mistura dos orbitais ¼ e ¾ nestas estruturas produzida pela curvatura. Nanocones de carbono s~ao estruturas cônicas de carbono observadas durante o processo de síntese de nanotubos de carbono, existindo com ^angulos de abertura 19:2 ±, 38:9 ±, 60:0 ±, 83:6 ±, e 112:9 ±. Experimentalmente estes nanocones encontram-se, em geral, aninhados. Para pares de nanocones de carbono aninhados, obteve-se a dependência do potencial de interação entre os mesmos com o ângulo das pontas e o número de átomos de carbono. Finalmente, obteve-se que a interação entre moléculas de água através de ligações de hidrogênio dá origem a agregados estáveis de água: dímeros , trímeros, tetrâmeros, pentâmeros, hexâmeros, etc. quando formados por duas, três, quatro, cinco e seis moléculas de água, respectivamente. Para estes agregados, foi obtido o potencial de interação entre duas camadas empilhadas, e demonstrou-se uma surpreendente transição de fase de dois trímeros empilhados para um hexâmero, de quatro trímeros empilhados para dois hexâmeros, e também de três tetrâmeros empilhados para dois hexâmeros. As pesquisas realizadas enquadram-se na temática de atuação do In- stituto de NanoBioEstruturas & Simulação NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES], um dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia financiados pelo CNPq a partir do início de 2009, que visa desenvolver atividades de pesquisa e formação de recursos humanos de alto nível em nanobioestruturas e simulação nanobiomolecular.
Abstract: This work is within the scope of Nanoscience and Nanotechnology, whose main objects of study are systems (nanostructures, nanoparticles, nanoclusters, etc.) with characteristic dimensions in the range 1–100 nm (1 nm = 10 ˚A). The following systems were investigated: (a) molecular carbon nanobaskets, their structural properties and their interaction with the L-alanine amino acid; (b) nested carbon nanocones and their interaction; (c) water aggregates and their structural transition depending on the temperature. These nanosystems were explored using tools of classical molecular dynamics, which allows for simulations involving thousands or even millions of atoms, and density functional theory, which allows for the electronic ground state calculations of systems with hundreds of atoms. With the study of the carbon nanobaskets corannulene – C20H10, hemifullerene – C30H12, acenaphthoindacenopicene – C32H12 and Circumtrindene – C36H12, it was obtained that they are stable at high temperatures, and that their capacity to trap the amino acid L-alanine is dependent on the level of π- σ orbitals mixing which, on the other hand, is related to curvature. Carbon nanocones are conical nanostructures observed during the synthesis process of carbon nanotubes, existing with tip aperture angles of 19.2◦, 38.9◦, 60.0◦, 83.6◦, and 112.9◦. Experimentally, carbon nanocones exhibit nesting, i.e. they are stacked along a common axis. Interaction potentials of pairs of nested carbon nanocones were calculated here, and it was shown that they depend on the tip aperture angles and on the number of carbon atoms. Finally, the interaction between water molecules through hydrogen bonds gives rise to stable clusters of water: dimers, trimers, tetramers, pentamers, hexamers, etc. which are formed by two, three, four, five, six, etc. water molecules, respectively. The potential energy of interaction between layered clusters was calculated, and it was demonstrated a surprisingly transition from two adjacent layers of water trimers to one layer with a water hexamer, from four adjacent layers of water trimers to one layer with two water hexamers, an also from three layers of water tetramers to one layer with two water hexamers. All research results presented here are a small part of the Instituto de NanoBioEstruturas & Simula¸c˜ao NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES] activities, one of the Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia funded by CNPq beginning in 2009, whose aim is to develop scientific research and to promote the formation of high-level personnel in the field of nanobiostructure and nanobiomolecular simulations.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/12928
Appears in Collections:DFI - Dissertações defendidas na UFC

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2009_dis_mspires.pdf6,7 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.