Enhancing thermoelectric properties of isotope graphene nanoribbons via machine learning guided manipulation of disordered antidots and interfaces

热电效应 材料科学 热电材料 石墨烯 纳米技术 声子 纳米材料 凝聚态物理 热导率 物理 热力学 复合材料
作者
Xiang Huang,Shengluo Ma,Haidong Wang,Shangchao Lin,C.Y. Zhao,Hong Wang,Shenghong Ju
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:197: 123332-123332 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123332
摘要

Structural manipulation at the nanoscale breaks the intrinsic correlations among different energy carrier transport properties, achieving high thermoelectric performance. However, the coupled multifunctional (phonon and electron) transport in the design of nanomaterials makes the optimization of thermoelectric properties challenging. Machine learning brings convenience to the design of nanostructures with large degree of freedom. Herein, we conducted comprehensive thermoelectric optimization of isotopic armchair graphene nanoribbons (AGNRs) with antidots and interfaces by combining Green's function approach with machine learning algorithms. The optimal AGNR with ZT of 0.894 by manipulating antidots was obtained at the interfaces of the aperiodic isotope superlattices, which is 5.69 times larger than that of the pristine structure. The proposed optimal structure via machine learning provides physical insights that the carbon-13 atoms tend to form a continuous interface barrier perpendicular to the carrier transport direction to suppress the propagation of phonons through isotope AGNRs. The antidot effect is more effective than isotope substitution in improving the thermoelectric properties of AGNRs. The proposed approach coupling energy carrier transport property analysis with machine learning algorithms offers highly efficient guidance on enhancing the thermoelectric properties of low-dimensional nanomaterials, as well as to explore and gain non-intuitive physical insights.

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