Using non-equilibrium molecular dynamics method, we investigate thermal rectification (TR) in hybrid pristine carbon nanotube (PCNT) and hydrogenated carbon nanotube (HCNT) structures. The interface thermal resistance of the junction is dependent on the direction of thermal transport, leading to TR. We show that by selecting nanotubes of smaller diameters, and/or increasing the hydrogen coverage of HCNT, the TR can be amplified. The observed TR does not decrease by increasing the system length, which presents PCNT/HCNT system as a promising thermal rectifier at room temperature.
REFERENCES
1.
2.
S.
Hong
and S.
Myung
, Nature Nanotechnol.
2
, 207
–208
(2007
).3.
J.
Hone
, M.
Whitney
, C.
Piskoti
, and A.
Zettl
, Phys. Rev. B
59
, R2514
(1999
).4.
E.
Pop
, D.
Mann
, Q.
Wang
, K.
Goodson
, and H.
Dai
, Nano Lett.
6
, 96
–100
(2006
).5.
J.
Che
, T.
Çagin
, and W. A.
Goddard
III, Nanotechnology
11
, 65
–69
(2000
).6.
M. A.
Osman
and D.
Srivastava
, Nanotechnology
12
, 21
–24
(2001
).7.
D. G.
Cahill
, W. K.
Ford
, K. E.
Goodson
, G. D.
Mahan
, A.
Majumdar
, H. J.
Maris
, R.
Merlin
, and S. R.
Phillpot
, J. Appl. Phys.
93
, 793
–818
(2003
).8.
A. A.
Balandin
, Nat. Mater.
10
, 569
–581
(2011
).9.
S.
Ghosh
, I.
Calizo
, D.
Teweldebrhan
, E. P.
Pokatilov
, D. L.
Nika
, A. A.
Balandin
, W.
Bao
, F.
Miao
, and C. N.
Lau
, Appl. Phys. Lett.
92
, 151911
(2008
).10.
B. N.
Khare
, M.
Meyyappan
, A. M.
Cassell
, C. V.
Nguyen
, and J.
Han
, Nano Lett.
2
, 73
–77
(2002
).11.
S.
Shenogin
, A.
Bodapati
, L.
Xue
, R.
Ozisik
, and P.
Keblinski
, Appl. Phys. Lett.
85
, 2229
(2004
).12.
K. N.
Kudina
, H. F.
Bettinger
, and G. E.
Scuseria
, Phys. Rev. B
63
, 045413
(2001
).13.
C. W.
Padgett
and D. W.
Brenner
, Nano Lett.
4
, 1051
(2004
).14.
A. C.
Dillon
, K. M.
Jones
, T. A.
Bekkedahl
, C. H.
Kiang
, D. S.
Bethune
, and M. J.
Heben
, Nature
386
, 377
(1997
).15.
C.
Liu
, Y. Y.
Fan
, M.
Liu
, H. T.
Cong
, H. M.
Cheng
, and M. S.
Dresselhaus
, Science
286
, 1127
(1999
).16.
A. V.
Talyzin
, S.
Luzan
, I. V.
Anoshkin
, A. G.
Nasibulin
, H.
Jiang
, E. I.
Kauppinen
, V. M.
Mikoushkin
, V. V.
Shnitov
, D. E.
Marchenko
, and D.
Noreusz
, ACS Nano
5
, 5132
(2011
).17.
K. S.
Kim
, D. J.
Bae
, J. R.
Kim
, K. A.
Park
, S. C.
Lim
, J. J.
Kim
, W. B.
Choi
, C. Y.
Park
, and Y. H.
Lee
, Adv. Mater.
14
, 1818
(2002
).18.
D. W.
Boukhvalov
and M. I.
Katsnelson
J. Phys. Condensed Mater.
21
, 344205
(2009
).19.
Z. F.
Wang
, Q.
Li
, H.
Zheng
, H.
Ren
, H.
Su
, Q. W.
Shi
, and J.
Chen
, Phys. Rev. B
75
, 113406
(2007
).20.
K. A.
Park
, K.
Seo
, and Y. H.
Lee
, J. Phys. Chem. B
109
, 8967
(2005
).21.
A.
Rajabpour
and S.
Volz
, J. Appl. Phys.
108
, 094324
(2010
).22.
E. T.
Swartz
and R. O.
Pohl
, Rev. Mod. Phys.
61
, 605
–668
(1989
).23.
M.
Terraneo
, M.
Peyrard
, and G.
Casati
, Phys. Rev. Lett.
88
, 094302
(2002
).24.
N. A.
Roberts
and D. G.
Walker
, Int. J. Therm. Sci.
50
, 648
(2011
).25.
G.
Casati
, Nat. Nanotechnol.
2
, 23
(2007
).26.
27.
B.
Li
, L.
Wang
, and G.
Casati
, Appl. Phys. Lett.
88
, 143501
(2006
).28.
L.
Wang
and B.
Li
, Phys. Rev. Lett.
99
, 177208
(2007
).29.
L.
Wang
and B.
Li
, Phys. Rev. Lett.
101
, 267203
(2008
).30.
C. W.
Chang
, D.
Okawa
, A.
Majumdar
, and A.
Zettl
, Science
314
, 1121
(2006
).31.
G.
Wu
and B.
Li
, Phys. Rev. B
76
, 085424
(2007
).32.
K.
Takahashi
, M.
Inoue
, and Y.
Ito
, Jpn. J. Appl. Phys.
49
, 02BD12
(2010
).33.
S. K.
Chien
, Y. T.
Yang
, and C. K.
Chen
, Phys. Lett. A
374
, 4885
(2010
).34.
E. G.
Noya
, D.
Srivastava
, and M.
Menon
, Phys. Rev. B
79
, 115432
(2009
).35.
X.
Ni
, G.
Zhang
, and B.
Li
, J. Phys. Condens. Mater.
23
, 215301
(2011
).36.
K.
Gordiz
, S. M. V.
Allaei
, and F.
Kowsary
, Appl. Phys. Lett.
99
, 251901
(2011
).37.
X.
Zhang
, M.
Hu
, and D.
Tang
, J. Appl. Phys.
113
, 194307
(2013
).38.
A. K.
Vallabhaneni
, B.
Qiu
, J.
Hu
, Y. P.
Chen
, A. K.
Roy
, and X.
Ruan
, J. Appl. Phys.
113
, 064311
(2013
).39.
N.
Yang
, G.
Zhang
, and B.
Li
, Appl. Phys. Lett.
95
, 033107
(2009
).40.
J. W.
Jiang
, J. S.
Wang
, and B.
Li
, Europhys. Lett.
89
, 46005
(2010
).41.
J.
Hu
, X.
Ruan
, and Y. P.
Chen
, Nano Lett.
9
, 2730
(2009
).42.
A.
Rajabpour
, S. M. V.
Allaei
, and F.
Kowsary
, Appl. Phys. Lett.
99
, 051917
(2011
).43.
Y.
Wang
, A.
Vallabhaneni
, J.
Hu
, B.
Qiu
, Y. P.
Chen
, and X.
Ruan
, Nano Lett.
14
, 592
(2014
).44.
A.
Rajabpour
and S. M. V.
Allaei
, Appl. Phys. Lett.
101
, 053115
(2012
).45.
Q. X.
Pei
, Y. W.
Zhang
, Z. D.
Sha
, and V. B.
Shenoy
, Appl. Phys. Lett.
100
, 101901
(2012
).46.
Y.
Wang
, S.
Chen
, and X.
Ruan
, Appl. Phys. Lett.
100
, 163101
(2012
).47.
K. G. S. H.
Gunawardana
, K.
Mullen
, J.
Hu
, Y. P.
Chen
, and X.
Ruan
, Phys. Rev. B
85
, 245417
(2012
).48.
Q.
Liang
and Y.
Wei
, Physica B
437
, 36
(2014
).49.
J.
Cheh
and H.
Zhao
, J. Stat. Mech.
2012
, P06011
.50.
J.
Lee
, V.
Varshney
, A. K.
Roy
, J. B.
Ferguson
, and B. L.
Farmer
, Nano Lett.
12
, 3491
(2012
).51.
N.
Yang
, G.
Zhang
, and B.
Li
, Appl. Phys. Lett.
93
, 243111
(2008
).52.
G.
Wu
and B.
Li
, J. Phys. Condensed Mater.
20
, 175211
(2008
).53.
J. O.
Sofo
, A. S.
Chaudhari
, and G. D.
Barber
, Phys. Rev. B
75
, 153401
(2007
).54.
S.
Plimpton
, J. Comput. Phys.
117
, 1
–19
(1995
).55.
S. J.
Stuart
, A. B.
Tutein
, and J. A.
Harrison
, J. Chem. Phys.
112
, 6472
(2000
).56.
Z.
Xu
and M. J.
Buehler
, ACS Nano
3
, 2767
(2009
).57.
Q. X.
Pei
, Z. D.
Sha
, and Y. W.
Zhang
, Carbon
49
, 4752
(2011
).58.
J. A.
Thomas
, R. M.
Iutzi
, and A. J. H.
McGaughey
, Phys. Rev. B
81
, 045413
(2010
).59.
J. R.
Lukes
and H.
Zhong
, J. Heat Transfer
129
, 705
(2007
).60.
J. F.
Moreland
, J. B.
Freund
, and G.
Chen
, Microsc. Thermophys. Eng.
8
, 61
(2004
).61.
B.
Li
, L.
Wang
, and G.
Casati
, Phys. Rev. Lett.
93
, 184301
(2004
).62.
B.
Hu
, L.
Yang
, and Y.
Zhang
, Phys. Rev. Lett.
97
, 124302
(2006
).63.
S. C.
Wang
and X. G.
Liang
, Int. J. Therm. Sci.
50
, 680
(2011
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.