Layered materials for thermal management and sensing applications

Resumen

Los materiales en capas 2D de van der Waals han sido ampliamente explorados recientemente para aplicaciones electrónicas, optoelectrónicas y de detección. Especialmente porque los transistores de efecto de campo basados en materiales en capas podrían ser una posibilidad para reemplazar los transistores basados en silicio en los chips. Sin embargo, para superar la falla del dispositivo causada por el sobrecalentamiento y aplicar materiales en capas de manera más eficiente a los dispositivos electrónicos, se requiere una mejor comprensión de las propiedades térmicas y los métodos de gestión térmica. En esta tesis, varios materiales estratificados, como los dicalcogenuros de metales de transición MoS2 y WS2; Se prepararon PtSe2 y SnSe2 mediante diferentes técnicas para el estudio de la gestión térmica. Se han aplicado ampliamente dos técnicas principales para medir la conductividad térmica en el plano y en el plano transversal de estos materiales mediante termometría Raman de dos láseres y termorreflexión en el dominio de la frecuencia, respectivamente. Se fabricaron membranas independientes de SnSe2 y MoS2 de espesor variable (16 a 190 nm) mediante una combinación de métodos de exfoliación mecánica y transferencia en seco. Los resultados obtenidos muestran que la conductividad térmica en el plano y en el plano transversal de los materiales estratificados aumenta al aumentar el espesor y que la conductividad térmica en el plano de los materiales estratificados disminuye al aumentar la temperatura. En SnSe2, se encontró que la relación de anisotropía de la conductividad térmica independiente del espesor era de aproximadamente ~ 8.4 y la conductividad térmica dependiente de la temperatura se volvió gradualmente más débil con la disminución del espesor. PtSe2 cristalino (1 — 40 capas) y películas delgadas policristalinas se sintetizaron utilizando la técnica de epitaxia de haz molecular. Además, el transporte de calor entre planos balísticos fue de hasta ~30 capas en PtSe2, y la conductividad térmica entre planos de las películas policristalinas fue aproximadamente un 35 % más baja que la de una película de PtSe2 cristalino de 20 capas de espesor del mismo espesor. PtSe2 tuvo una vida útil corta de fonones acústicos en el rango de picosegundos y una constante elástica fuera del plano de 31,8 GPa con una velocidad de grupo dependiente de la capa que va desde 1340 ms-1 en bicapa hasta 1873 ms-1 en ocho capas. El siguiente, para controlar la conductividad térmica de MoS2, se aplicaron recocido y nanopatrones para aumentar y disminuir la conductividad térmica de los materiales de MoS2, respectivamente. Las nanoláminas de MoS2 se sintetizaron mediante el método de exfoliación en solución y se fabricaron para membranas independientes. Se descubrió que la conductividad térmica de la película basada en nanoláminas de MoS2 mejoró en aproximadamente un 140 % después del recocido. Además, se fabricaron membranas independientes de MoS2 de espesor variable (4,5 a 40 nm) de la misma manera que la membrana de SnSe2 en capas. Membranas suspendidas de MoS2 nanoestructuradas. Después de nanopatrones con un haz de iones enfocado, obtuvimos una reducción de más de 10 veces de las conductividades térmicas para el período hueco de 500 nm y un valor por debajo de 1 W/mK para el período de 300 nm, lo que muestra que el MoS2 en capas es mucho más sensible a la matriz perforada hecha por nanopatrones que el silicio y el carburo de silicio. Los resultados fueron respaldados por simulaciones dinámicas moleculares de equilibrio para MoS2 prístino y nanopatrón. También aplicamos el MoS2 nanopatrón para aplicaciones de enrutamiento de calor para bloquear y guiar el calor lejos del punto de acceso a través de una ruta predefinida en la dirección del plano. En consecuencia, las regiones modeladas actúan como ...

Fecha de lectura	7 sept 2022
Idioma original	Inglés
Supervisor	Sotomayor Torres, Clivia Marfa (Director/a), Carles Navau Ros (Tutor/a) & Sledzinska , Marianna (Director/a)