Касіян А.І., Сандуляк І.І. Органічні термоелектричні матеріали: нові можливості

PDF

Повне видання (PDF)

Касіян А.І.
Технічний університет Молдови пр. Штефан чел Маре, 168, Кишинів, MD – 2004, Молдова

Сандуляк І.І.
Технічний університет Молдови пр. Штефан чел Маре, 168, Кишинів, MD – 2004, Молдова

Ключові слова: термоелектрика, електропровідність, коефіцієнт Зеєбека, фактор потужності, органічні термоелектричні матеріали, йодований тетратіотетрацен.

Анотація: Мета роботи полягає в дослідженні можливостей органічних матеріалів для термоелектричних застосувань. Недавно в молекулярних нанодротах були передбачені значення ZT ~ 15. Ще більш високі значення ZT були передбачені нами. Однак ці пророкування було в рамках строгої одномірної фізичної моделі. Цілком необхідно оцінити внесок взаємодій між ланцюжками в ці пророкування. Ми надаємо результати моделювання термоелектричних властивостей кристалів йодованого тетратіотетрацену з урахуванням взаємодії між ланцюжками. Встановлено, що в кристалах з низьким ступенем чистоти цією взаємодією можна знехтувати. Однак у більш чистих кристалах вона стає важливою. Визначені критерії, коли цією взаємодією можна знехтувати, а також очікувані значення електропровідності коефіцієнта Зеєбека й термоелектричного фактора потужності, обмежені взаємодією між ланцюжками.

Література

  1. Ashby S. P., Garcia-Canadas J. Min G., Chao Y. Measurement of thermoelectric properties of phenylacetylene-capped silicon nanoparticles and their potential in fabrication of thermoelectric materials. JEM, 2012. DOI: 10.1007/s11664-012-2297-x.
  2. Hayashi K., Shinano T., Miyazaki Y., and Kajitani T. Fabrication of iodine-doped pentacene thin films for organic thermoelectric devices, J. Appl. Phys. 109, 023712, 2011.
  3. Harada K., Sumino M., Adachi C., Tanaka S., and Miyazaki K. Improved thermoelectric performance of organic thin-film elements utilizing a bilayer structure of pentacene and 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8- tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ), Appl. Phys. Lett., 96, 253304, 2010.
  4. Xuan Y., et al., Thermoelectric properties properties of conducting polymers: The case of poly (3- hexylthiophene), Phys. Rev. B 82, 115454, 2010.
  5. Bubnova O., et al. Optimization of the thermoelectric figure of merit in the conducting polymer. poly(3,4-ethylenedioxythiophene), Nature Materials, 10, 429, 2011. DOI: 10.1038/NMAT3012.
  6. Bubnova O., Berggren M. and Crispin X. Tuning the thermoelectric properties of conducting polymers in an electrochemical transistor. J. Am. Chem. Soc. 134, 16456, 2012.
  7. Yue R. and Xu L. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) as promising organic thermoelectric materials: A mini-review. Synt. Met. 162, 912, 2012.
  8. Sun Y. et al., Organic Thermoelectric Materials and Devices Based on p- and n-Type Poly(metal 1,1,2,2-ethenetetrathiolate)s, Adv. Mater. 24, 932, 2012.
  9. Wang Y. Y., Cai K. F., Yin J. L., An B. J., Du Y., Yao X. In situ fabrication and thermoelectric properties of PbTe–polyaniline composite nanostructures, J Nanopart Res. 13,533, 2011.
  10. Ao W. Q., Wang L., Li J. Q., Pan F., Wu C. N. Synthesis and Characterization of Polythiophene/Bi2Te3 Nanocomposite Thermoelectric Material. J.Electron. Mat. 40, 9, 2011.
  11. Toshima N., Jiravanichanun N., Marutani H. Organic thermoelectric materials composed of conducting polymers and metal particles. J. Electron. Mat. 41, 6, 2012.
  12. Wang Y., Cai K., Yao X. Facile fabrication and thermoelectric properties of PbTe-modified poly(3,4- ethylenedioxythiophene) nanotubes, ACS Appl. Mater. Interfaces 3, 1163, 2011.
  13. Carrete J., Mingo N., Tian G., Agren H., Baev A., and Prasad P. N. Thermoelectric Properties of Hybrid Organic–Inorganic Superlattices, The Journal of Physical Chemistry C, 116 (20), 10881, 2012.
  14. Yu C., Choi K., Yin L., and Grunlan J. C. Light-Weight Flexible Carbon Nanotube Based Organic Composites with Large Thermoelectric Power Factors. ACS Nano, 5 (10), 7885, 2011.
  15. Kim G. and Pipe K. P. Thermoelectric model to characterize carrier transport in organic semiconductors, Phys. Rev. B 86, 085208, 2012.
  16. Dudis, D. S.; Ferguson, J. D.; Check, M.; Schmidt, J. E.; Kemp, E. R.; Robbins, T.; Shumaker, J. A.;
    Chen, G.; Seibel, H. A. Multidimensional nanoscopic approaches to new thermoelectric materials. Proc. SPIE 2010, 7683, No. 76830S.
  17. Chen J., Wang D., Shuai Z. First-Principles Predictions of Thermoelectric Figure of Merit for Organic
    Materials: Deformation Potential Approximation, J. Chem. Theory Comput. 8 (9), 3338, 2012.
  18. Wang Y., Zhou J., and Yang R. Thermoelectric properties of molecular nanowires. J. Phys. Chem. C
    115, 24418, 2011.
  19. Casian A., Dashevsky Z., Scherrer H., Dusciac V., Dusciac R. Proc. of 22nd Intern. Conf. on Thermoel.,
    La Grande-Motte, France (IEEE, Piscataway, NJ, 2004), p. 330-335.
  20. Casian A., in: Thermoelectric Handbook, Macro to Nano, Ed. by D. M. Rowe, CRC Press, 2006, Chap.36.
  21. Casian A., Prospects of the thermoelectricity based on organic materials. J. of Thermoelectricity, 3, 45, 2007.
  22. Casian A.I., Gorelov B.M, Dubrovin I.V. State of art and prospects of thermoelectricity on organic
    materials. J. of Thermoelectricity, 3, 7, 2012.
  23. Casian A., Dusciac V., and Coropceanu Iu. Huge carrier mobilities expected in quasi-one-dimensional
    organic crystals. Phys. Rev. B 66, 165404 (2002).
  24. Casian A., Dusciac V., and Nicic V. Thermoelectric opportunities of quasi-one-dimensional organic
    crystals of tetrathiotetracene–iodide, J. of Thermoelectricity, 2, 33-39, 2009.
  25. Casian A., Stockholm J., Dusciac V., Nicik V. Low-Dimensional Organic Crystal Tetrathiotetracene–
    Iodide as Thermoelectric Material: Reality and Prospects, J. of Nanoelectronics and Optoelectronics, 4, 95-100, 2009.
  26. Casian A., Sanduleac I. Effect of Interchain Interaction on Electrical Conductivity in Quasi-OneDimensional Organic Crystals of Tetrathiotetracene -Iodide. J. of Nanoelectronics and Optoelectronics 7, 706-711, 2012.
  27. Isset I.C. Magnetic susceptibility, electrical resistivity, and thermoelectric power measurements of
    bis(tetrathiotetracene)-triiodide, Phys. Rev. 18, 439 (1978)
  28. Hilti B. and Mayer C.W. Electrical Properties of the Organic Metallic Compound bis
    (Tetrathiotetracene)–Triiodide, (TTT)2I3. Helvetica Chimica Acta, 61, Nr 40, 501, (1978).

Надійшла до редакції 16.05.2013