Predição de novas fases cristalinas de polinitrogênio via algoritmos evolutivos: potencial aplicação como materiais de alta densidade energética

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dc.contributor.advisorGalvão, Breno Rodrigues Lamaghere
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7962146839706796
dc.contributor.authorFreitas, Wellington Damaceno de
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3158753093842978
dc.contributor.refereeGalvão, Breno Rodrigues Lamaghere
dc.contributor.refereeReina, Nestor Javier Fajardo
dc.contributor.refereePaiva, Mateus Augusto Martins de
dc.contributor.refereeMattos, Thiago Gomes de
dc.contributor.refereeMagalhães, Arthur Rodrigo Bosco de
dc.date.accessioned2026-11-10T13:20:44Z
dc.date.available2026-11-10T13:20:44Z
dc.date.issued2025-07-29
dc.description.abstractO nitrogênio é um elemento muito comum encontrado na natureza na forma de N2, correspondendo a cerca de 78% do ar na atmosfera da Terra. As moléculas de N2 são altamente estáveis termodinamicamente, formando sólidos a baixas temperaturas. Outras moléculas contendo apenas átomos de nitrogênio (polinitrogênios) tendem a se dissociar, liberando grandes quantidades de energia. Uma desvantagem dos materiais energéticos convencionais é a liberação de gases tóxicos durante a combustão, e a busca por polinitrogênios despertou grande interesse como uma fonte de energia limpa e ecologicamente viável. As estruturas de gauge cúbico (CG), poliN, N6, N8 e N10, assim como outras fases conhecidas, podem formar cristais que apresentam propriedades de materiais de alta densidade energética (HEDMs). Pode ser interessante estudar essas estruturas com diferentes cristais e estequiometrias, que podem ser importantes para a liberação de energia. Nos últimos anos, diferentes metodologias foram desenvolvidas para a predição de cristais moleculares usando algoritmos evolucionários, tornando essa busca mais viável. Neste trabalho, utilizamos a teoria do funcional da densidade, conforme implementada no programa VASP, em conjunto com o programa USPEX, para prever novas estruturas cristalinas de N6. Para uma descrição correta das interações de van der Waals, utilizamos o funcional da densidade de van der Waals (DRSLL). Realizamos uma busca por novas estruturas cristalinas usando de 1 a 4 moléculas por célula unitária e estudamos o comportamento eletrônico, estrutural e energético das estruturas mais estáveis de cada família cristalina. Os resultados mostram estruturas cristalinas estáveis que, sob pressão, podem passar por uma transição de semicondutor para metal.
dc.description.abstractotherNitrogen is a very common element found in nature in the form of N2, accounting for about 78% of the Earth’s atmosphere. N2 molecules are thermodynamically highly stable, forming solids at low temperatures. Other molecules composed exclusively of nitrogen atoms (polynitrogens) tend to dissociate, releasing large amounts of energy. A drawback of conventional energetic materials is the release of toxic gases during combustion, and the search for polynitrogens has attracted great interest as a clean and environmentally friendly energy source. Cubic-gauche (CG), polyN, N6, N8, and N10 structures, as well as other known phases, can form crystals that exhibit the characteristics of high-energy-density materials (HEDMs). It is of interest to study these structures with different crystal packings and stoichiometries, which may play an important role in energy release. In recent years, several methodologies have been developed for the prediction of molecular crystals using evolutionary algorithms, making such searches more feasible. In this work, we employ density functional theory, as implemented in the VASP code, together with the USPEX package, to predict new crystalline structures of N6. To properly describe van der Waals interactions, we use the van der Waals density functional (DRSLL). A crystal structure search was carried out using 1 to 4 molecules per unit cell, and we investigated the electronic, structural, and energetic properties of the most stable structures of each crystalline family. The results reveal stable crystalline phases that, under pressure, may undergo a semiconductor-to-metal transition.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/3234
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e Computacional
dc.subjectDensidades funcionais – Teses
dc.subjectEstrutura eletrônica – Teses
dc.subjectAlgoritmos genéticos – Teses
dc.subjectNitrogênio – Teses
dc.titlePredição de novas fases cristalinas de polinitrogênio via algoritmos evolutivos: potencial aplicação como materiais de alta densidade energética
dc.typeTese

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