Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ

2499-9962

54394

Моделирование в биофизике

Modelling in biophycis

Моделирование в биофизике

INVESTIGATION OF THERMOELECTRIC CHARACTERISTICS OF CARBON NANOTUBES FOR THE DEVELOPMENT OF BIOSENSORS

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ДЛЯ РАЗРАБОТКИ БИОСЕНСОРОВ

Судоргин

С А

Sudorgin

S A

sergsud@mail.ru

Заичкина

М А

Zaichkina

M A

Волгоградский государственный аграрный университет ru Volgograd State Agricultural University ru

25 03 2019

4 1 46 50 20 03 2019 20 03 2019

https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54394/view

В данной работе исследуются термоэлектрические характеристики углеродных нанотрубок. Была изучена дифференциальная термоЭДС однослойных углеродных нанотрубок типа «zig-zag», которое находятся во внешнем продольном постоянном электрическом поле. Динамика электронной подсистемы трубок описывается при помощи квазиклассического метода с использованием кинетического уравнения Больцмана. Так же выведена формула для коэффициента дифференциальной термоЭДС и показана нелинейная зависимость от величины напряженности внешнего поля. Для расчета термоэлектрических характеристик углеродных нанотрубок использовался метод разложения их периодического закона дисперсии в ряд Фурье. С его помощью определяются транспортные характеристики: электропроводность, коэффициент Холла, теплопроводность и другие. При вычислении коэффициента дифференциальной термоЭДС была использована методика по изучению зависимости дифференциальной термоЭДС от напряженности внешнего постоянного электрического поля для углеродных нанотрубок типа «зигзаг». В итоге все полученные результаты могут быть использованы для разработки биосенсоров на основе углеродных наноструктур.

In this paper, the thermoelectric characteristics of carbon nanotubes are investigated. The differential thermo pods of single-layer carbon nanotubes of the "zig-zag" type, which are in the external longitudinal constant electric field, were studied. The dynamics of the electronic tube subsystem is described using the quasi-classical method using the Boltzmann kinetic equation. The formula for the differential thermal EMF coefficient is also derived and the nonlinear dependence on the external field strength is shown. To calculate the thermoelectric characteristics of carbon nanotubes, a method of decomposition of their periodic dispersion law into a Fourier series was used. With its help, transport characteristics are determined: electrical conductivity, Hall coefficient, thermal conductivity, and others. When calculating the coefficient of differential thermal EDC, a technique was used to study the dependence of the differential thermal EDC on the external constant electric field strength for carbon.

нанотрубки термоэдс электропроводность наноструктуры сенсоры

carbon nanotubes thermopower conductivity nanostructures sensors

Schedin F., Geim A.K., Morozov S.V., Hill E.V., Blake P., Katsnelson M.I., Novoselov K.S. Detection of individual gas molecules adsorbed on grapheme. Nature Materials, 2007, vol. 6, pp. 652-655.

Варламов А.А., Кавокин А.В., Лукьянчук И.А., Шарапов С.Г. Аномальные термоэлектрические и термомагнитные свойства графена. УФН, 2012, т. 182, с. 1229-1234. [Varlamov A.A., Kavokin A.V., Lukyanchuk I.A., Sharapov S.G. Anomalous thermoelectric and thermomagnetic properties of graphene. UFN, 2012, vol. 182, pp. 1229-1234 (In Russ.)]

Varlamov A.A., Kavokin A.V., Luk'yanchuk I.A., Sharapov S.G. Anomal'nye termoelektricheskie i termomagnitnye svoystva grafena. UFN, 2012, t. 182, s. 1229-1234. [Varlamov A.A., Kavokin A.V., Lukyanchuk I.A., Sharapov S.G. Anomalous thermoelectric and thermomagnetic properties of graphene. UFN, 2012, vol. 182, pp. 1229-1234 (In Russ.)]

Sharapov S.G., Varlamov A.A. Anomalous growth of thermoelectric power in gapped grapheme. Phys. Rev. В., 2012, vol. 86, p. 035430.

Sharapov S.G., Varlamov A.A. Anomalous growth of thermoelectric power in gapped grapheme. Phys. Rev. V., 2012, vol. 86, p. 035430.

Дьячков П.Н. Электронные свойства и применение нанотрубок. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2010, 488 с. [Diachkov P.N. Electronic properties and application of nanotubes. M.: BINOM, Laboratory of knowledge, 2010, 488 p. (In Russ.)]

D'yachkov P.N. Elektronnye svoystva i primenenie nanotrubok. M.: BINOM, Laboratoriya znaniy, 2010, 488 s. [Diachkov P.N. Electronic properties and application of nanotubes. M.: BINOM, Laboratory of knowledge, 2010, 488 p. (In Russ.)]

Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Eklund P.C. Science of fullerenes and carbon nanotubes. Acad. Press, New York, 1996, 965 p.

Белоненко М.Б., Лебедев Н.Г., Судоргин С.А. Коэффициенты диффузии и проводимости полупроводниковых углеродных нанотрубок во внешнем электрическом поле. ФТТ, 2011, т. 53, с. 1841-1844. [Belonenko M.B., Lebedev N.G., Sudorgin S.A. Diffusion and conductivity coefficients of semiconductor carbon nanotubes in an external electric field. PoSS, 2011, vol. 53, pp. 1841-1844. (In Russ.)]

Belonenko M.B., Lebedev N.G., Sudorgin S.A. Koefficienty diffuzii i provodimosti poluprovodnikovyh uglerodnyh nanotrubok vo vneshnem elektricheskom pole. FTT, 2011, t. 53, s. 1841-1844. [Belonenko M.B., Lebedev N.G., Sudorgin S.A. Diffusion and conductivity coefficients of semiconductor carbon nanotubes in an external electric field. PoSS, 2011, vol. 53, pp. 1841-1844. (In Russ.)]

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Физическая кинетика. М.: Физ.-мат. лит., 1979, 528 c. [Landau L.D., Lifshits E.M. Physical kinetics. M.: Fiz.-mat. lit., 1979, 528 p. (In Russ.)]

Landau L.D., Lifshic E.M. Fizicheskaya kinetika. M.: Fiz.-mat. lit., 1979, 528 c. [Landau L.D., Lifshits E.M. Physical kinetics. M.: Fiz.-mat. lit., 1979, 528 p. (In Russ.)]

Булыгин А.С., Шмелев Г.М., Маглеванный И.И. Дифференциальная термоэдс сверхрешетки в сильном электрическом поле. ФТТ, 1999, т. 41, с. 1314-1316. [Bulygin A.S., Shmelev G.M., Maglevanny I.I. Differential thermoelectric power of a superlattice in a strong electric field. PoSS, 1999, vol. 41, p. 1314-1316 (In Russ.)]

Bulygin A.S., Shmelev G.M., Maglevannyy I.I. Differencial'naya termoeds sverhreshetki v sil'nom elektricheskom pole. FTT, 1999, t. 41, s. 1314-1316. [Bulygin A.S., Shmelev G.M., Maglevanny I.I. Differential thermoelectric power of a superlattice in a strong electric field. PoSS, 1999, vol. 41, p. 1314-1316 (In Russ.)]

Белоненко М.Б., Лебедев Н.Г., Судоргин С.А. Электропроводность и коэффициент диффузии электронов в бислое графена. ЖТФ, 2012, т. 82, с. 129-133. [Belonenko M.B., Lebedev N.G., Sudorgin S.A. Electrical conductivity and diffusion coefficient of electrons in graphene bilayer. JTF, 2012, vol. 82, pp. 129-133 (In Russ.)]

Belonenko M.B., Lebedev N.G., Sudorgin S.A. Elektroprovodnost' i koefficient diffuzii elektronov v bisloe grafena. ZhTF, 2012, t. 82, s. 129-133. [Belonenko M.B., Lebedev N.G., Sudorgin S.A. Electrical conductivity and diffusion coefficient of electrons in graphene bilayer. JTF, 2012, vol. 82, pp. 129-133 (In Russ.)]

10.

Sudorgin S.A., Belonenko M.B., Lebedev N.G. Effect of an electric field on the transport and diffusion properties of bilayer graphene ribbons. Physica Scripta, 2013, vol. 87, p. 015602.

11.

Дыкман И.М., Томчук П.М. Явления переноса и флуктуации в полупроводниках. Наук. думка, Киев, 1981, 320 c. [Dykman I.M., Tomchuk P.M. Transport and fluctuation phenomena in semiconductors. Nauk. Dumka, Kiev, 1981, 320 p. (In Russ.)]

Dykman I.M., Tomchuk P.M. Yavleniya perenosa i fluktuacii v poluprovodnikah. Nauk. dumka, Kiev, 1981, 320 c. [Dykman I.M., Tomchuk P.M. Transport and fluctuation phenomena in semiconductors. Nauk. Dumka, Kiev, 1981, 320 p. (In Russ.)]

12.

Small J., Perez K., Kim P. Modulation of Thermoelectric power of Individual Carbon Nanotubes. Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 91, p. 256801.

13.

Small J., Kim P. Thermopower measurement of individual single walled nanotubes. Microscale thermophysical engineering, 2004, vol. 8, p. 1.

14.

Egorushkin V.E., Melnikova N.V., Bobenko N.G., Ponomarev A.N. Low-temperature thermopower in disordered carbon nanotubes. Nanosystems: physics, chemistry, mathematics, 2013, vol. 4, pp. 622-629.

15.

Елецкий А.В. Транспортные свойства углеродных нанотрубок. УФН, 2009, т. 179, № 3, с. 225-242. [Eletsky A.V. Transport properties of carbon nanotubes. UFN, 2009, vol. 179, no. 3, pp. 225-242. (In Russ.)]

Eleckiy A.V. Transportnye svoystva uglerodnyh nanotrubok. UFN, 2009, t. 179, № 3, s. 225-242. [Eletsky A.V. Transport properties of carbon nanotubes. UFN, 2009, vol. 179, no. 3, pp. 225-242. (In Russ.)]