Termoelectricidad en dispositivos heteroestructurados a base de grafeno y nanotubos de carbono

Abstract

Los materiales nanoestructurados han surgido como una alternativa para mejorar la figura de mérito (ZT) de dispositivos termoeléctricos (TE). El grafeno exhibe una conductividad eléctrica alta (en el plano) lo cual es necesario para un alto ZT; sin embargo, este efecto es contrarrestado por su alta conductividad térmica. En este trabajo se prepararon dispositivos TE compuestos de capas de grafeno exfoliado electroquímicamente (EEG) y un material bloqueador de fonones como poli (3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS), polianilina (PANI) y nanopartículas de oro (AuNPs) en su interface. La figura de mérito, ZT, de cada dispositivo fue medida en la dirección fuera del plano usando el método transitorio de Harman (THM) y complementada con medidas basadas en microscopía de fuerza atómica (AFM). Los resultados muestran una figura de mérito notable (0.81 < ZT < 2.45) que se relaciona directamente con la topografía, el potencial de superficie, el gradiente de capacitancia y la resistencia de los dispositivos a la nanoescala.

Nanostructured materials have emerged as an alternative to enhance the figure of merit (ZT) of thermoelectric (TE) devices. Graphene exhibits a high electrical conductivity (in-plane) that is necessary for a high ZT; however, this effect is countered by its impressive thermal conductivity. In this work TE layered devices composed of electrochemically exfoliated graphene (EEG) and a phonon blocking material such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS), polyaniline (PANI) and gold nanoparticles (AuNPs) at the interface were prepared. The figure of merit, ZT, of each device was measured in the cross-plane direction using the Transient Harman Method (THM) and complemented with AFM-based measurements. The results show remarkable high ZT values (0.81 < ZT < 2.45) that are directly related with the topography, surface potential, capacitance gradient and resistance of the devices at the nanoscale.