Thèse soutenue

Synthèses et caractérisations de matériaux thermoélectriques nanostructurés
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Auteur / Autrice : Romain Bude
Direction : Sebastian VolzJinbo Bai
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science des Matériaux
Date : Soutenance le 16/04/2018
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Bertrand Lenoir
Examinateurs / Examinatrices : Jay Amrit, Laurent Divay
Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Alleno, Sylvie Hebert

Mots clés

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Résumé

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Les marchés de la thermoélectricité sont en pleine expansion avec l’intérêt croissant pour la récupération d’énergie thermique ou encore pour la gestion de la température de composants électroniques. En dépit de ses nombreux avantages, le développement de cette technologie est freiné par les performances des matériaux. Une voie d’amélioration identifiée est leur nanostructuration afin d’en diminuer la conductivité thermique de réseau.Dans ce travail de thèse, cette voie est appliquée au tellurure de bismuth, matériau connu pour posséder les meilleures performances autour de la température ambiante. Les matériaux sont obtenus par synthèse de nanoparticules en solution avant d’être mis en forme par pressage à chaud.Une première étude est réalisée sur la recherche d’un optimum de la taille de grain dans le massif. On montre que le contrôle des conditions de synthèse permet le contrôle des dimensions des nanoparticules. Par ailleurs, les analyses structurales et fonctionnelles des massifs après densification montrent que la variation de la taille initiale des particules permet le contrôle de la microstructure et des propriétés detransport des massifs.Une seconde étude porte sur la recherche d’un optimum en composition des matériaux Bi2Te3-xSex. Les analyses morphologiques mettent en évidence une structure complexe et particulière, laissant apparaitre la présence de trois phases dans les massifs.Les matériaux obtenus par cette méthode de synthèse possèdent a priori des propriétés de transport anisotropes. La caractérisation de leurs performances thermoélectriques est donc difficile. Plusieurs techniques de caractérisation sont mises en oeuvre afin de mieux connaitre leurs conductivités thermiques. Celles-ci sont faibles, ce qui montre l’intérêt de l’approche. Toutefois, leur conductivité électrique est plus basse que leurs homologues obtenus par des techniques plus conventionnelles. On montre néanmoins que l’optimisation des conditions de synthèse des particules entrant dans la composition des massifs alliés permet d’améliorer leurs propriétés électriques et donc leurs performances thermoélectriques