Simulace Ramanových spekter jako nástroj pro strukturní identifikaci nových nanomateriálů

Bc. Katarína SKLADANOVÁ

Diplomová práce

Simulation of Raman spectra as a tool for structural identification of new nanomaterials.

Anotace:

Nanomateriály jsou v současné době společensky významným tématem, neboť disponují vlastnostmi uplatnitelnými jak v technologických odborech, tak v medicíně a biomedicíně. Zřejmě nejznámějším příkladem nanomateriálů je grafen, 2D materiál nacházející pro své unikátní optické nebo elektrické vlastnosti uplatnění jak v elektronice tak v senzorice nebo energetice. Klíčovou pro efektivní využití tohoto i dalších typů nanomateriálů je však jejich rychlá a přesná charakterizace, proveditelná jak v laboratorních tak ve výrobních podmínkách. Ramanova spektroskopie je metodou vibrační spektroskopie, umožňující nedestruktivní analýzu materiálů na základě jejich neelastické odezvy na dopadající záření. Jedná se proto o perspektivní techniku i k charakterizaci nanomateriálů, aktivních v Ramanově spektru. Tato diplomová práce se zabývala simulací Ramanových spekter jako nástroje pro přesnou strukturní charakterizaci nanomateriálů. Aktivita v Ramanově spektru byla simulována pro černý fosfor, ortorombický 2D nanomateriál s jedinečnou zvrásněnou topologií. Předmětem studia byl vliv nastavení simulace na vývoj aktivity vibrací ve spektru černého fosforu s narůstajícím počtem vrstev od monovrstvy po bulk (tj. objemový krystal). Všechny simulace byly prováděny ab-initio programem VASP s využitím několika typů DFT funkcionálů, lišících se stupněm korekce vůči disperzním interakcím.

Abstract:

Nanomaterials are currently socially important, as they have properties applicable in both technological fields as well as in medicine and biomedicine. Perhaps the most famous example of nanomaterials is graphene, a 2D material which has unique optical, electrical and mechanical properties. However, the key to the effective use of this nanomaterials is their rapid and accurate characterization, feasible in both laboratory and production conditions. Raman spectroscopy is a method of vibration spectroscopy, allowing non-destructive analysis of materials based on their non-elastic response to incident radiation. It is therefore a prospective technique also for characterization of nanomaterials active in the Raman spectrum. This diploma thesis focuses on the simulation of Raman spectra as a tool for structural characterization of new nanomaterials. Activity in Raman spectrum was simulated for black phosphorus, an orthorhombic 2D nanomaterial with a unique wrinkled topology. The main subject of the study was the influence of simulation settings on the development of vibration activity in the black phosphorus spectrum as a function of the number of layers from monolayer to bulk (i.e. volume crystal). All simulations were performed by the ab-initio program VASP using several types of DFT functionals, varying the degree of correction against dispersion interactions.

Klíčová slova

Nanomateriály, 2D materiály, černý fosfor, Ramanova spektroskopie, DFT

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 29. 4. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Mgr. Petr Lazar, Ph.D.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Chemie / Materiálová chemie