Weak interaction engineering on thermal transport in metal-organic semiconductor nanocomposites with self-assembled monolayers

单层 范德瓦尔斯力 材料科学 化学物理 有机半导体 半导体 分子间力 纳米技术 分子 纳米颗粒 化学 有机化学 光电子学
作者
Weitao Wang,Chao Yang,Shiyun Xiong,Xinyu Wang
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:213: 124326-124326 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124326
摘要

The engineering of weak interactions between metals and organic semiconductors is crucial in regulating energy carrier transport within organic semiconductor electronics. In this study, we introduce self-assembled monolayers (SAMs) to improve thermal transport in metal-organic semiconductor nanocomposites. SAM molecules with different terminal groups (-CH3, -COOH, and -C6H5) and chain lengths are utilized to modify the surface of Au nanoparticles with multiple core diameters. The introduction of SAMs significantly boosts the thermal transport of metal-organic semiconductor nanocomposites, which can be attributed to improved vibrational coupling and stronger nonbonding interactions. Furthermore, longer SAM chains broaden the area of van der Waals regions and further strengthen the intermolecular interaction across the interface, reducing the interfacial thermal transport barrier. Additionally, quantum chemistry calculation and evaluations of interfacial adhesion energy indicate that the π-π stacking interaction between TPD and SAM(-C6H5) molecules forms the best interfacial combination of nanoparticles and TPD molecules, resulting the greatest thermal transport characteristics. Finally, free energy calculations demonstrate that the variation of nanoparticle surface topology with the increase of the SAM chain length induces more obvious free energy fluctuation, which leads to tighter connections between TPD and SAM molecules under weak interaction.
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