Web of Science: 6 cites, Scopus: 5 cites, Google Scholar: cites,
Thermal conductivity in disordered porous nanomembranes
Sledzinska, Marianna (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Graczykowski, Bartlomiej (Max Planck Institute for Polymer Research)
Alzina, Francesc (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Melia, Umberto (Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria de Sistemes, Automàtica i Informàtica Industrial)
Termentzidis, Konstantinos (Centre National de la Recherche Scientifique (França))
Lacroix, David (Centre National de la Recherche Scientifique (França))
Sotomayor Torres, Clivia M. (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)

Data: 2019
Resum: In this work we study the effects of disorder on the thermal conductivity of porous 100 nm thick silicon membranes, in which the size, shape and position of the pores were varied randomly. Measurements using two-laser Raman thermometry on both non-patterned and porous membranes revealed more than a 10-fold reduction of the thermal conductivity compared to that of bulk silicon and a six-fold reduction compared to non-patterned membranes for the sample with random pore shapes. Using Monte Carlo methods we solved the Boltzmann transport equation for phonons and compared different possibilities of pore organization and its influence on the thermal conductivity of the samples. The simulations confirmed that the strongest reduction of thermal conductivity is achieved for a distribution of pores with arbitrary shapes that partially overlap. Up to a 15% reduction of the thermal conductivity with respect to the purely circular pores was predicted for a porous membrane with 37% filling fraction. The effect of the pore shape and distribution was further studied. Maps of temperature and heat flux distributions clearly showed that for particular pore placement heat transport can be efficiently blocked and hot spots can be found in narrow channels between pores. These findings have an impact on the fabrication of membrane-based thermoelectric devices, where low thermal conductivity is required. This work shows that for porous membranes with a given filling fraction the thermal conductivity can be further modified by introducing disorder in the shape and placement of the pores.
Ajuts: Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2017-0706
Ministerio de Economía y Competitividad FIS2015-70862-P
European Commission 694977
Nota: Altres ajuts: CERCA program/Generalitat de Catalunya
Drets: Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original. Creative Commons
Llengua: Anglès
Document: Article ; recerca ; Versió publicada
Matèria: Silicon nanomembrane ; Thermal conductivity ; Monte Carlo methods ; Disorder
Publicat a: Nanotechnology, Vol. 30, Num. 26 (June 2019) , art. 265401, ISSN 1361-6528

DOI: 10.1088/1361-6528/ab0ecd

9 p, 1.3 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Documents dels grups de recerca de la UAB > Centres i grups de recerca (producció científica) > Ciències > Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats

 Registre creat el 2019-09-02, darrera modificació el 2021-09-29

   Favorit i Compartir