journal article·2021Open access

Thermal conductivity of benzothieno-benzothiophene derivatives at the nanoscale

Magatte N. Gueye, Alexandre Vercouter, Rémy Jouclas, David Guérin, Vincent Lemaur, Guillaume Schweicher, Stéphane Lenfant, Aleandro Antidormi, Yves Geerts, Claudio Melis, Jérôme Cornil, Dominique Vuillaume

Nanoscale· Volume 13· Issue 6

Abstract

We study by scanning thermal microscopy the nanoscale thermal conductance of films (40-400 nm thick) of [1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (BTBT) and 2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (C8-BTBT-C8). We demonstrate that the out-of-plane thermal conductivity is significant along the interlayer direction, larger for BTBT (0.63 ± 0.12 W m-1 K-1) compared to C8-BTBT-C8 (0.25 ± 0.13 W m-1 K-1). These results are supported by molecular dynamics calculations (approach to equilibrium molecular dynamics method) performed on the corresponding molecular crystals. The calculations point to significant thermal conductivity (3D-like) values along the 3 crystalline directions, with anisotropy factors between the crystalline directions below 1.8 for BTBT and below 2.8 for C8-BTBT-C8, in deep contrast with the charge transport properties featuring a two-dimensional character for these materials. In agreement with the experiments, the calculations yield larger values in BTBT compared to C8-BTBT-C8 (0.6-1.3 W m-1 K-1versus 0.3-0.7 W m-1 K-1, respectively). The weak thickness dependence of the nanoscale thermal resistance is in agreement with a simple analytical model.
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Research context

OpenAlex topics: Thermal properties of materials · Thermography and Photoacoustic Techniques · Thermal Radiation and Cooling Technologies

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Affiliations

Institute for Electronics Microelectronics and Nanotechnology (IEMN)

CNRS

Villeneuve d'Ascq

France

Laboratory for Chemistry of Novel Materials

University of Mons

Mons

Belgium

Laboratoire de Chimie des Polymères

Faculté des Sciences

Université Libre de Bruxelles (ULB)

Brussels

Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)

CSIC and BIST

Campus UAB

Bellaterra

Spain

Dipartimento di Fisica

Universita di Cagliari

Cittadella Universitaria

09042 Monserrato (Ca)

Italy

Funding

Agence Nationale de la Recherche · Fonds De La Recherche Scientifique - FNRS

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