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Title: Condutividade térmica do grafeno suspenso e em diferentes substratos
Author: Pinho, David Augusto Valente
Advisor: Correia, Maria do Rosário Pimenta
Amaral, Vitor Brás de Sequeira
Keywords: Condutividade térmica
Grafeno
Espectroscopia de Raman
Defense Date: 2016
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: Nesta dissertação é feito o estudo das propriedades térmicas do grafeno suspenso e sobre substratos de ouro, SiO2/Si e quartzo recorrendo à técnica de termometria optotérmica de Raman e à microscopia de varrimento térmico. A caracterização por microscopia de varrimento térmico a nível topográfico revelou a presença de grafeno com boa cobertura em todas as amostras e permitiu identificar enrugamentos do grafeno sobre o ouro. Quanto ao contraste de condutividade térmica, o grafeno suspenso exibiu um contraste superior relativamente ao grafeno sobre substratos. Em particular, nos casos dos substratos de SiO2/Si e quartzo não foi obtido contraste térmico exceto nas zonas de rutura do filme, apontando para um bom acoplamento do grafeno ao substrato. O estudo por espetroscopia de Raman no regime de potências de incidências baixas, permitiu a quantificação do desvio da frequência da banda G (ou 2D) do espetro de Raman do grafeno em função da temperatura. Desta análise determinou-se o coeficiente térmico linear, parâmetro fundamental ao cálculo da condutividade térmica do grafeno suspenso e sobre o ouro. Os valores obtidos para condutividade térmica do grafeno suspenso estão em concordância com o reportado na literatura até ao momento de realização deste trabalho, tendo sido obtido 3500 ± 650 Wm−1K−1 a 310 K para o grafeno suspenso, e 1200 ± 280 Wm−1K−1 a 300 K para o grafeno sobre substrato de ouro. No grafeno suspenso e sobre o ouro, o estudo com a potência incidente (0,1 a 4,4 mW) revelou ter um comportamento linear na variação da frequência da banda G (e 2D) em toda a gama de potências. O mesmo não se verificou para o grafeno suportado em substratos de SiO2/Si e quartzo, onde se obteve um comportamento exponencial, indicando uma forte interação com o substrato que se traduziu num aumento significativo da temperatura local.
In this dissertation the thermal properties of suspended and supported graphene on top of gold, SiO2/Si and quartz substrates are studied using the optothermal Raman thermometry technique and scanning thermal microscopy. The topography characterization by scanning thermal microscopy displayed the presence of graphene with good coverage in all samples and allowed to identify graphene wrinkles over the gold substrate. Regarding the thermal conductivity contrast, the suspended graphene showcased a superior contrast relative to the graphene on top of substrates. In particular, in the case of SiO2/Si and quartz substrates no thermal contrast was obtained except in the rupture areas of the film, pointing to a good coupling between graphene and the substrate. The study by Raman spectroscopy in the regime of low incidence powers, allowed the quantification of the frequency shift of the G (or 2D) band of the Raman spectrum of graphene as a function of temperature. From this analysis the linear thermal coefficient was determined, which is fundamental to the calculation of the thermal conductivity of suspended graphene and graphene on top of gold. The obtained thermal conductivity values of suspended graphene of 3500 ± 650 Wm−1K−1 at 310 K, and 1200 ± 280 Wm−1K−1 at 300 K for graphene supported by gold are in agreement with those reported by the literature until the moment of accomplishment of this thesis. In suspended graphene and graphene on top of gold, the study with incident power (0.1 to 4.4 mW) of the G (and 2D) band frequency was shown to have a linear behavior over the entire power range. The same was not true for the graphene supported on substrates of SiO2/Si and quartz, where an exponential behavior was obtained, indicating a strong interaction with the substrate that resulted in a significant increase of the local temperature.
Description: Mestrado em Engenharia Física
URI: http://hdl.handle.net/10773/17403
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DFis - Dissertações de mestrado

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