Synthèse de nanocharges thermoélectriques, mise en œuvre et caractérisation de nanocomposites thermoélectriques

• Auteur / Autrice : Thibault Parein
• Direction : Richard Retoux, Loïc Le Pluart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et thio-organique (Caen ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Chazeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard Retoux, Loïc Le Pluart, Laurent Chazeau, Jean-François Feller, Clotilde Boulanger, Stéphane Bizet, Franck Gascoin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-François Feller, Clotilde Boulanger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermoélectricité

Polymères

Composites

Exergie

Matériaux

Chimie

Résumé

L’objectif de ce travail est d’élaborer des composites polymère/charges thermoélectriques, pour tenter de répondre aux problématiques de coût, de rareté des précurseurs et de poids rencontrées dans le cas de matériaux thermoélectriques massifs. Dans un premier temps des composites polymère/tellurure de bismuth ont été mis en œuvre par micro-extrusion et par moulage par injection à partir de particules de taille micrométrique. Il a ainsi été démontré qu’il était possible par cette technique d’obtenir des composites conducteurs, cependant les valeurs de seuil de percolation observées sur ces matériaux restent élevées. Dans un deuxième temps, afin de remédier à ce problème, des composites à base de mélanges co-continus de polymères immiscibles ont été élaborés. La localisation sélective des charges dans une des phases polymères permet une diminution significative du seuil de percolation. Enfin, l’élaboration de nanocomposites a également été envisagée afin de diminuer le seuil de percolation des composites. Une procédure de synthèse simple et peu couteuse de nanoparticules de tellurure de bismuth a été développée durant cette thèse et a permis l’obtention de nanoparticules possédant la stœchiométrie et les propriétés souhaitées. La mise en œuvre de composites polymère/nanoparticules a été réalisée de façon similaire aux composites à base de particules micrométriques. Les analyses effectuées sur les nanocomposites ont ainsi mis en valeur une forte diminution du seuil de percolation, permettant de limiter la quantité de charges nécessaire pour obtenir des composites conducteurs, ainsi que le poids de ces derniers.

The aim of this work is to elaborate polymer/thermoelectric fillers composites, in order to help solving the weight, scarcity of the precursors and cost problems of thermoelectric massive materials. Firstly, polymer/bismuth telluride composites have been processed by a micro-extrusion and injection molding process, from micrometric particles. The possibility of obtaining conductive composites by this process has been demonstrated, nevertheless the percolation thresholds of the composites remain high. Secondly, in order to solve this problem, composites have been elaborated from immiscible co-continuous polymer blends. A significant reduction of the percolation threshold has been obtained, due to the selective localization of the fillers into one of the polymer phases. Finally, the elaboration of nanocomposites has also been investigated in order to lower the percolation threshold of the composites. A simple and low-cost synthesis procedure for thermoelectric bismuth telluride nanoparticles has been developed and polymer/bismuth telluride nanocomposites have been processed by micro-extrusion. The characterization of the elaborated nanocomposites has shown a dramatic decrease of the percolation threshold, allowing the limitation of the amount of particles used to get conductive composites, as their overall weight.