Dans le Vide : Nanopore Unique dans des Nanoplates de Bi2Te3 Synthétisées Colloïdalement avec une Conductivité Thermique de Réseau Ultralow

Bi2Te3 est un matériau thermoelectrique bien connu qui a été d'abord étudié dans les années 1960, optimisé pendant des décennies, et qui est maintenant l'un des matériaux thermoelectriques les plus performants à température ambiante à ce jour. Dans ce document, nous rapportons la synthèse colloïdale, le mécanisme de croissance et les propriétés thermoelectriques des nanoplates de Bi2Te3 avec un nanopore unique au centre. L'analyse des produits de réaction durant la synthèse colloïdale révèle que la réaction progresse via une nucléation en deux étapes et une croissance épitaxiale : d'abord des nanorods de Te élémentaire, puis la croissance des nanoplates de Bi2Te3. Les taux de croissance épitaxiale peuvent être contrôlés durant la réaction, permettant ainsi la formation d'un seul nanopore au centre des nanoplates de Bi2Te3. La taille du nanopore peut être contrôlée en changeant le pH de la solution de réaction, où des pores plus grands d'un diamètre d'environ 50 nm se forment à un pH plus élevé et des pores plus petits d'un diamètre d'environ 16 nm se forment à un pH plus bas. Nous proposons que la formation du nanopore unique soit médiée par l'effet Kirkendall et que les conditions de réaction permettent un contrôle sélectif de la taille des pores. Les nanoplates présentent des facettes hexagonales bien définies comme le montrent les images de microscopie électronique à balayage et de microscopie électronique en transmission. Les nanopores uniques ont une fine couche amorphe à leur bord, révélée par microscopie électronique en transmission. Les propriétés thermoelectriques des nanoplates de Bi2Te3 pristes et à nanopore unique ont été mesurées dans les directions parallèle et perpendiculaire. Ces propriétés révèlent une forte anisotropie avec une réduction significative de la conductivité thermique et une augmentation de la résistivité électrique dans la direction perpendiculaire en raison du plus grand nombre d'interfaces nanoplate et nanopore. De plus, les nanoplates de Bi2Te3 avec un nanopore unique présentent des valeurs de conductivité thermique de réseau ultrabasses, atteignant environ 0,21 Wm–1K–1 dans la direction perpendiculaire. La conductivité thermique de réseau a été systématiquement réduite avec la taille des pores, permettant la réalisation d'une figure de mérite thermoelectrique, zT de 0,75 à 425 K pour la plus grande taille de pore.