通过纳米网格化解耦多层石墨烯的热电系数

在小尺度上对材料进行纳米结构化可以控制其物理性质，揭示在较大尺寸下观察不到的行为。这种策略在表面效应占主导地位的二维（2D）材料中尤其有效，并已应用于热电领域。在这里，我们使用多层石墨烯（4-6 nm厚）作为测试平台，研究纳米网格化对其热电性能的影响。纳米网格由六边形排列的孔组成，测得的直径和颈宽分别约为360 nm和160 nm。多层石墨烯被集成到由六方氮化硼（hBN）支撑的类场效应晶体管器件中，允许同时进行电学和热电测量，并且纳米网格化仅应用于材料的一部分。我们使用调制热反射法研究等效纳米网格化和原始石墨烯薄片中的热传输，提取影响热电性能的关键参数。纳米网格几何结构抑制了热传输，而不会显著影响电荷传输，突出了声子和电子的不同散射长度，同时增强了热电势响应。我们观察到室温下器件功率因数PF = S^2 sigma（其中S是塞贝克系数，sigma是电导率）提高了两倍，同时热导率k降低了近三倍。结果表明，纳米网格化可以显著提高多层石墨烯的热电性能，为使用二维材料的新型能量转换策略铺平了道路。