Dissertação

{en_GB=Mechanical behaviour under thermal loading of metallic films used as catalysts for graphene growth under CVD} {} EVALUATED

{pt=Com o maior foco na miniaturização da tecnologia hoje em dia, nanotecnologia e em particular materiais 2D como o grafeno têm recebido considerável atenção em tempos recentes. A técnica mais utilizada para a sua produção é o CVD, ou chemical vapour deposition, usando um filme fino metálico como catalisador para o crescimento. Têm sido feitas tentativas de realizar este processo com filmes de cobre cada vez mais finos e reduzir custos de material, mas as altas temperaturas necessárias para o processo causam instabilidades no filme que comprometem a sua integridade e impedem o crescimento do grafeno. As tensões a que o filme está submetido durante o processo podem causar instabilidades. Nesse sentido, foi desenvolvido um modelo usando o método dos elementos finitos com o software Abaqus, quer em 2D quer em 3D, em que filmes com diferentes espessuras são submetidos a um ciclo térmico que simule o processo de CVD, permitindo estudar o seu comportamento mecânico. Os resultados mostram que a variação da espessura do filme tem um impacto limitado nos valores observados para as tensões. A deformação plástica residual é normalmente baixa para os casos que foram estudados (≈ 0,2%), mas a possibilidade existe de que esse facto não possa ser negligenciado, no que toca ao crescimento do filme de grafeno. Foi ainda feita uma comparação com o molibdénio que mostra que existem comportamentos similares nos dois casos, em particular quando se introduz o conceito de temperatura homóloga. Os resultados da análise 3D confirmaram as conclusões do estudo bidimensional. , en=As boundaries in the miniaturization of technology are being pushed to smaller lengths, nanotechnology and in particular 2D materials such as graphene have been subject of considerable recent attention. The preferred technique for its production is chemical vapour deposition (CVD), using a copper thin film as a catalyst for growth. Attempts have been made to lower the film’s thickness to reduce material costs, but this causes the film to become unstable at higher temperatures, which in turn inhibits graphene growth. It is thought that the stresses the film is under during the process can be a source for unstable behaviour. A model using the finite element method was developed using the software Abaqus both in 2D and 3D, where films of different thicknesses would undergo a thermal cycle simulating that of the CVD process, so as to study the mechanical behaviour of the thin film during that process. The results showed that stress levels remained similar for all film thicknesses. Residual plastic strain is usually low in the cases studied (≈ 0,2%), but there is the possibility that this cannot be neglected, as far as graphene film growth is concerned. A comparison with molybdenum showed that the behaviours of the two materials were similar, especially when the concept of homologous temperature is introduced. The results of the 3D analysis confirmed the findings of the bidimensional study. }
{pt=Carregamento térmico, filmes finos, crescimento de grafeno, método dos elementos finitos, en=Thermal loading, thin films, graphene growth, finite element method}

Dezembro 2, 2019, 11:30

Orientação

ORIENTADOR

Augusto Manuel Moura Moita de Deus

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Paulo Jorge Matos Fernandes Martins Ferreira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático

ORIENTADOR

João Pedro dos Santos Hall Agorreta de Alpuim

Universidade do Minho

Professor Auxiliar