Insights into Interfacial Thermal Resistance in Bi2Te3/Graphene Composites for Thermoelectric Applications

石墨烯 材料科学 碲化铋 热电效应 热导率 复合材料 界面热阻 热电材料 热阻 塞贝克系数 功勋 热的 纳米技术 光电子学 热力学 物理
作者
Qing‐Xiang Pei,Junyan Guo,Ady Suwardi,Gang Zhang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:127 (39): 19796-19804 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.3c04716
摘要

Bismuth telluride (Bi2Te3), a thermoelectric material, has gained tremendous attention for its high thermoelectric figure of merit (ZT) at room temperature. Recent experimental studies have demonstrated that incorporating graphene into Bi2Te3 can further enhance the ZT by reducing the thermal conductivity and increasing the power factor of the Bi2Te3/graphene composites. The interfacial thermal resistance (ITR) between Bi2Te3 and graphene plays a crucial role in determining the thermal conductivities of these composites. In the present study, we investigate the ITR between Bi2Te3 and graphene using nonequilibrium molecular dynamics simulations. We systematically explore the effects of graphene layer number, defects in graphene, and mechanical strain on the ITR. Our results reveal that the ITR increases with an increase in the number of graphene layers, reaching a stabilized value at five layers. Furthermore, the presence of vacancy defects in graphene reduces the ITR, with a higher defect density leading to greater reduction in the ITR. Remarkably, the mechanical strain has a profound impact on the ITR. At a tensile strain of 2.5%, the ITR more than quadruples, while a compressive strain of 4% reduces the ITR by about 60% compared to the strain-free condition. These findings offer valuable insights for manipulating the ITR in Bi2Te3/graphene composites with enhanced thermoelectric performance.

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