Synthèse et caractérisations thermoélectriques de polyaniline dopée

Synthesis and characterization of thermoelectric properties of doped polyaniline

• Auteur / Autrice : Damien Brault
• Direction : Bruno Schmaltz, Patrice Limelette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2018
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physico-Chimie des Matériaux et des Électrolytes pour l’Énergie (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Martin Brinkmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Tran-Van
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Henri Aubert, Bruno Lucas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acide camphresulfonique

Polymérisation

Électricité -- Transport

Semiconducteurs dopés

Polyaniline

Polyaniline

Mots clés libres

Thermoélectricité

Polymères conducteurs

Propriétés de transport

Polyaniline

Dopant camphresulfonate

Thermoelectricity

Conducting polymers

Transports properties

Polyaniline

Camphorsulfonate doping

Résumé

Dans le contexte actuel de recherche d’efficacité énergétique, c’est-à-dire de maîtrise de l’énergie incluant la valorisation de l’énergie perdue, ce projet de thèse propose de synthétiser et caractériser les propriétés thermoélectriques de la polyaniline dopée. Nous avons ainsi synthétisé plusieurs échantillons de polyaniline et étudié l’influence des conditions de synthèse, du taux de dopage, du type de dopant, du taux de cristallinité ou de la mise en forme du matériau fini sur leurs propriétés thermoélectriques. Tout d’abord, nous avons mesuré les dépendances en température des conductivités électriques et thermiques ainsi que du coefficient Seebeck de la polyaniline dopée à l’acide chlorhydrique (Pani/HCl). Nous avons montré que lors de la synthèse, une température de polymérisation basse (223K) permet d’obtenir de meilleures conductivités électriques et donc des propriétés thermoélectriques améliorées. D’autre part, la valeur de la pression utilisée pour compresser le matériau et le mettre en forme doit être assez élevée (1.109GPa) pour optimiser les performances thermoélectriques. Afin de mieux comprendre les propriétés de transport de la polyaniline dopée au chlorure, nous nous sommes ensuite intéressés à ses propriétés magnétiques et calorifiques. Les mesures de la susceptibilité magnétique et de la capacité calorifique du polymère dopé en fonction de la température ont ainsi permis de déterminer la nature de ses états électroniques et de déduire le type de transport au sein du polymère. Enfin, nous avons synthétisé et étudié la polyaniline dopée au camphresulfonate en faisant varier le taux de dopage entre 30% et 90%. Les mesures de conductivités électriques, thermiques et du coefficient Seebeck en fonction de la température montrent qu’un optimum peut être trouvé pour un taux de dopage de 50%.

In the actual frame of energy efficiency research, namely, the energy management including wasted energy, this PhD project deals with the synthesis and characterization of thermoelectric properties of doped polyaniline. Consequently, polyanilines have been synthesized and the effect of the synthesis conditions, the doping level, the type of dopant, the crystallinity or the sample preparation of the final material on the thermoelectric properties have been studied. Firstly, we measured the thermal dependencies of electrical and thermal conductivities as well as Seebeck coefficient hydrochloric acid doped polyaniline (Pani/HCl). We showed that a low polymerization temperature (223K) lead to better electric conductivity and so improved thermoelectric properties. On the other side, the pressure used to compress powders should as high as 1.109GPa to optimize the thermoelectric performance. Then, in order to have a better understanding of the transport properties of chloride doped polyaniline, we investigate the magnetic and thermal properties. Measurements of the specific heat and the magnetic susceptibility of chloride doped polyaniline as a function of the temperature allowed to determine the electronic states and the mechanism of transport in the polymer chains. Finally, we synthesized and studied camphorsulfonate doped polyaniline by varying the doping level between 30% and 90%. The electrical, thermal conductivities and Seebeck coefficient as a function of the temperature show clearly on optimum of doping level at 50% with camphorsulfonate doping agent.