Theoretical study of phonon and electron transport in low band gap Janus MXene monolayer MoWCO2 for thermoelectric application

凝聚态物理 热电效应 声子 声子散射 散射 材料科学 玻尔兹曼方程 热导率 热电材料 塞贝克系数 带隙 物理 光学 热力学 复合材料
作者
Gourav Rana,Raveena Gupta,Chandan Bera
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (6) 被引量:15
标识
DOI:10.1063/5.0134617
摘要

A theoretical study is performed on narrow bandgap Janus monolayer MoWCO2 using the density functional theory and the Boltzmann transport equation. The scattering rate is calculated for electron–phonon, phonon–phonon, phonon-boundary, and electron-boundary scattering. It has a power factor (6.5 × 103 μW/mK2) for p-type and (1.5 × 103 μW/mK2) for n-type at T = 700 K. A strong effect of surface scattering is observed in phonon transport, and lattice thermal conductivity is reduced to 65 W/m K from 308 W/m K at T = 300K for 1 μm width (L) of ribbon. In contrast, there is no change observed in electrical conductivity. This reduction in thermal conductivity improves the thermoelectric figure of merit to 0.33 (p-type) and 0.08 (n-type) at T = 700 K for L = 10 nm from 0.04 (p-type) and 0.01 (n-type). The obtained Young's modulus and Poisson's ratio are 244 N/m and 0.55, respectively, indicating that the material can be deformed under small strain. The obtained in-plane piezoelectric coefficients are e11 = 268 pC/m and d11 = 1.6 pm/V. This indicates the material will be suitable for wearable thermoelectric devices and sensor applications.
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