半导体单壁碳纳米管的离子交换掺杂
材料科学
2025-03-21 v1
摘要
半导体单壁碳纳米管 (SWCNTs) 是一种极具前景的热电材料，在经过化学 p 型或 n 型掺杂后具有高功率因子。理解掺杂剂反离子对电荷传输和纳米管网络热电性质的影响，对于进一步优化掺杂方法和开发更好的掺杂剂至关重要。在此，我们利用离子交换掺杂，在聚合物分选的小直径和大直径半导体 SWCNT 薄膜中系统地改变反离子的大小，以 AuCl3 作为初始 p 型掺杂剂，并研究了离子尺寸对电导率、塞贝克系数和功率因子的影响。我们发现较大的阴离子与更高的电导率和更好的掺杂稳定性相关，而对功率因子没有显著影响。重要的是，致密 SWCNT 网络热电性质受反离子尺寸的影响并未因掺杂引起的形貌变化而被掩盖。观察到的载流子迁移率和塞贝克系数的趋势可以通过纳米管网络的无序电阻器模型来解释，该模型考虑了重叠的库仑势导致形成杂质带，其深度取决于载流子密度和反离子尺寸。这些见解可更广泛地应用于理解掺杂渗流无序系统的热电性质，包括半导体聚合物。
引用
@article{arxiv.2503.16347,
title = {Ion-Exchange Doping of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes},
author = {Angus Hawkey and Aditya Dash and Xabier Rodríguez-Martínez and Zhiyong Zhao and Anna Champ and Sebastian Lindenthal and Michael Zharnikov and Martijn Kemerink and Jana Zaumseil},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.16347},
year = {2025}
}