Desenvolvimento de uma metodologia fisicamente inspirada no princípio da mínima polarizabilidade para o cálculo de propriedades optoeletrônicas de polímeros orgânicos

dc.contributor.advisor1Oliveira, Heibbe Cristhian Benedito de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5995553993631378
dc.contributor.referee1Oliveira, Heibbe Cristhian Benedito de
dc.contributor.referee2Sanches Neto, Flávio Olimpio
dc.contributor.referee3Qadir, Muhammad Irfan
dc.creatorAraujo, Ana Carolina Felisberto
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4990631005586187
dc.date.accessioned2025-04-07T20:28:21Z
dc.date.available2025-04-07T20:28:21Z
dc.date.issued2025-02-24
dc.description.abstractPolymers are macromolecules of significant industrial interest due to their versatility, including their potential application in the design of optical devices. Properties such as the refractive index and Abbe number are closely related to the optical performance of these materials and their technological applications. Therefore, predicting optical properties is essential, as they are directly dependent on the linear polarizability (α), which quantifies the susceptibility of a molecule’s or material’s electronic cloud to distortion under an external electric field. Density Functional Theory based methods employ the electronic density as a fundamental quantity for electronic structure calculations, providing computationally efficient and highly accurate predictions of optical properties in organic materials, such as α. This approach offers a variety of functionals with different levels of correction and approximation for the exchange-correlation potential. Among these, we employ range-separated hybrid (RSH) functionals, which explicitly account for electron-electron interactions by introducing a range-separation parameter (ω), allowing for a transition between short- and long-range interactions. In this study, we investigate the optimization of the ω parameter in RSH functionals based on a physically motivated principle known as the minimal polarizability principle (MPP). The core concept of this approach derives from the maximum hardness principle, which states that a system tends to evolve toward a minimum polarizability value to achieve greater stability. By applying this principle, we developed and assessed a new optimization scheme for the ω parameter in RSH functionals based on MPP and evaluated the impact of this optimization on the optoelectronic properties of organic polymers. The calculated α and refractive index values showed good agreement with experimental data, with higher ω values highlighting the increased contribution of long-range interactions in determining these properties. The polymers investigated to validate the proposed methodology were polythiophene (PT), poly(1,4-phenylene) (PB), trans-polyacetylene (trans-PA), cis-polyacetylene (cis-PA), and polybutadiene (PBT), while the optimized functionals were LC-BLYP, LC-HPBE, and B97XD.eng
dc.description.resumoOs polímeros são macromoléculas que dispõem de amplo interesse industrial devido à sua versatilidade, que inclui a possibilidade de serem utilizados na composição de dispositivos ópticos. Propriedades, como o índice de refração e número de Abbe, estão intimamente relacionadas ao desempenho óptico destes materiais e suas aplicações em dispositivos tecnológicos. Por este motivo, é relevante predizer propriedades ópticas, que, por sua vez, são diretamente dependentes da polarizabilidade linear (α), uma medida da suscetibilidade de distorção da nuvem eletrônica de uma molécula ou material sob a influência de um campo elétrico externo. Métodos teóricos baseados na Teoria do Funcional da Densidade utilizam a densidade eletrônica como ferramenta para cálculo de estruturas eletrônicas e dispõe de previsões de baixo custo computacional e elevada precisão de propriedades ópticas em materiais orgânicos, como α. Esse método oferece diversos tipos de funcionais com múltiplos níveis de correções e aproximações para o potencial de troca-correlação eletrônica. Dentre esses, utilizamos os funcionais RSH para incluir as interações explícitas entre os elétrons ao introduzir um parâmetro de separação ω, capaz de transicionar entre as interações de curto e longo alcance. Neste trabalho, exploramos a otimização do parâmetro ω de funcionais RSH fisicamente inspirada em um princípio físico, denominado princípio da mínima polarizabilidade (MPP). A ideia central deste método, deriva do princípio da máxima dureza e diz que todo sistema caminha para um valor mínimo de polarizabilidade em busca de estabilidade. Desse modo, foi possível avaliar um novo esquema de otimização do parâmetro ômega ω de funcionais RSH baseado no MPP e averiguar o efeito desta otimização sobre propriedades optoeletrônicas de polímeros orgânicos. Foram obtidos valores de α e índice de refração compatíveis a valores experimentais, com ω mais altos, destacando a maior contribuição das interações de longo alcance na definição dessas propriedades. Os polímeros estudados para validação do método aqui proposto foram o Politiofeno (PT), Poli(1,4-fenileno) (PB), Trans-poliacetileno (trans-PA), Cis-poliacetileno (cis-PA) e Polibutatrieno (PBT) e os funcionais otimizados foram LC-BLYP, LC-HPBE e B97XD.
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
dc.identifier.citationARAUJO, A. C. F. Desenvolvimento de uma metodologia fisicamente inspirada no princípio da mínima polarizabilidade para o cálculo de propriedades optoeletrônicas de polímeros orgânicos. 2025. 75 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2025.
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/14040
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Química (IQ)
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectRSHpor
dc.subjectPolímeros orgânicospor
dc.subjectPolarizabilidade linearpor
dc.subjectJgappor
dc.subjectÍndice de refraçãopor
dc.subjectOrganic polymerseng
dc.subjectLinear polarizabilityeng
dc.subjectRefractive indexeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.titleDesenvolvimento de uma metodologia fisicamente inspirada no princípio da mínima polarizabilidade para o cálculo de propriedades optoeletrônicas de polímeros orgânicos
dc.title.alternativeDevelopment of a physically inspired methodology based on the minimum polarizability principle for the calculation of optoelectronic properties of organic polymerseng
dc.typeDissertação

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