Formation L'actualité

          Journées nationales de Thermoélectricité, JNTE 2019

Les Journées Nationales de la Thermoélectricité 2019 sont programmées du mercredi 4 décembre après-midi au vendredi 6 décembre matin sur le campus de Metz Technopôle.Le campus est desservi par le Mettis (tramway) depuis la gare SNCF et le centre ville de Metz, en une vingtaine de minutes.
Les deux premières demi-journées seront consacrées à la formation, avec cette année un focus sur la basse-dimensionnalité dans les matériaux thermoélectriques.Tous les aspects de cette thématique seront couverts, des méthodes d'élaboration jusqu'aux aspects théoriques.Les deux dernières demi-journées seront traditionnellement dédiées à des présentations orales et des posters. Le programme est accessible sur le site des JNTE.
Enfin le prix Coqblin récompensera la meilleure thèse sur la thématique de la thermoélectricité. Pour rappel, ce prix récompense la meilleure thèse en France sur la thématique « Thermoélectrique ».

Le comité d'organisation
Clotilde Boulanger, Sophie Legeai, Nicolas Stein.


 

Formation Récemment

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Stefan MAIER, lauréat du prix de thèse thermoélectricité 2018

Au cours des dernières JNTE, organisées les 17-19 Octobre 2018 par les chercheurs du CEA LITEN, le prix de thèse TE-2018 fut décerné à Stefan Maier après une sélection par un jury indépendants d'experts internationaux dans le domaine.
Stefan Maier a réalisé sa thèse au laboratoire CRISMAT à Caen sous la direction de F. Gascoin. Ses travaux ont porté sur l’étude des propriétés chimiques et physiques de chalcogénures polaires à valence normale ou hypervalents. Sa thèse est disponible en ligne (suivre le lien). Il réalise actuellement un postdoc dans le groupe du Pr. M. Wuttig à l'Université de Aachen en Allemagne.

 

Formation L'actualité scientifique

 

Résumés de publications récentes en thermoélectricité

Cette rubrique présente des résumés de publications extraites de la production scientifique mondiale en thermoélectricité des 6 - 12 mois précédents. Ces résumés ont été rédigés par les membres du conseil scientifique (CS) du GIS. L'objectif est d'attirer votre attention sur des résultats jugés comme "marquants" pour la thématique par ces membres du CS. Pour éviter toute confusion, il est précisé que les auteurs de ces résumés ne sont pas les auteurs de ces publications ! Si vous avez des commentaires ou suggestions au sujet de cette rubrique, envoyez un message à  Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

Matériaux

TaFeSb, un nouveau composé « semi-Heusler » avec un facteur de mérite ZT = 1,5 à 1000 K

Auteur du résumé: E. Alleno, Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est, Thiais

Les composés semi-Heusler forment une famille d’intermétalliques qui cristallisent dans la structure MgAgAs (F-43m). Plusieurs d’entre eux sont déjà connus comme de bons matériaux thermoélectriques : (Ti-Zr-Hf)NiSn de type n avec ZT = 1,0 à 1000 K [1] ou NbFeSb de type p avec ZT = 1,2 à 1000 K [2]. Pour découvrir TaFeSb, le consortium d’universités sino-américaines à l’origine de ce travail [3] a d’abord effectué des calculs DFT de la stabilité et des propriétés électroniques d’un ensemble de 27 combinaisons d’éléments choisis parmi V, Nb, Ta - Fe, Ru, Os – As, Sb, Bi. De façon surprenante, bien que NbFeSb soit déjà connu, TaFeSb n’avait pas été synthétisé jusque là. Le consortium l’a ainsi calculé comme un composé stable et semi-conducteur puis l’a synthétisé en combinant broyage réactif des éléments chimiques et frittage flash. TaFeSb a ensuite été dopé de type p et sa conductivité thermique abaissée en substituant Ta par Ti et V. Il obtient ainsi ZT = 1,2 à 800 K et ZT = 1,5 à ~ 1000 K, ce qui constitue les meilleures performances thermoélectriques actuelles pour un composé semi-Heusler. Ce résultat est essentiellement due à une conductivité thermique plus basse dans TaFeSb (9 W m-1 K-1 à 300K) que dans NbFeSb (14 W m-1 K-1 à 300K), à cause de la masse atomique plus élevée de Ta par rapport à Nb. Enfin, ce composé est suffisamment stable pour être cyclé plusieurs fois jusque 1000 K en atmosphère inerte.

[1] G. Joshi, X. Yan, H. Wang, W. Liu, G. Chen, Z. Ren, Enhancement in Thermoelectric Figure-Of-Merit of an n-Type Half-Heusler Compound by the Nanocomposite Approach, Advanced Energy Materials 1(4) (2011) 643-647.

[2] C. Fu, Y. Liu, X. Zhao, T. Zhu, S. Bai, Y. Tang, L. Chen, X. Zhao, T. Zhu, Realizing high figure of merit in heavy-band p-type half-Heusler thermoelectric materials, Nature communications 6 (2015) 8144.

3] H. Zhu, J. Mao, Y. Li, J. Sun, Y. Wang, Q. Zhu, G. Li, Q. Song, J. Zhou, Y. Fu, R. He, T. Tong, Z. Liu, W. Ren, L. You, Z. Wang, J. Luo, A. Sotnikov, J. Bao, K. Nielsch, G. Chen, D.J. Singh, Z. Ren, Discovery of TaFeSb-based half-Heuslers with high thermoelectric performance, Nature Communications 10(1) (2019) 270, https://doi.org/10.1038/s41467-018-08223-5.

Conduction bipolaire suivant la direction cristalline dans des matériaux « single-band »

Auteur du résumé: D. Bérardan, Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Dans un nombre limité de matériaux, le signe du coefficient Seebeck dépend de la direction cristallographique. Cette situation est observée dans le cas de matériaux multi-bandes lorsqu’il y a présence simultanée de poches de trous et d’électrons dans la surface de Fermi avec des tenseurs de masse effective différents, ce qui conduit à un rapport de mobilité des électrons et des trous supérieur ou inférieur à 1 selon la direction cristallographique. La différence de signe suivant la direction est alors due à des contributions plus ou moins importantes de chaque type de porteurs. C’est le cas par exemple des métaux de structure hexagonale pour lesquels le signe du coefficient Seebeck est différent dans le plan ou perpendiculairement au plan dans une certaine gamme de température. Cet effet a été baptisé « (p × n)-type » [1]. Récemment, J.P. Heremans et al. ont montré par simulation numérique et confirmé expérimentalement dans le composé en couches NaSn2As2 qu’une géométrie appropriée de la surface de Fermi peut également conduire à l’observation d’un tel effet même dans des composés « single-band » [2]. En effet, dans le cas d’une surface de Fermi hyperboloïde, cette surface peut être concave selon une direction et convexe selon une autre. Contrairement aux composés multi-bandes, les mêmes porteurs se comporteront donc dans ce cas comme des électrons selon une direction cristalline ou des trous selon une autre direction (dans le cas de NaSn2As2, le coefficient Seebeck est négatif dans le plan des couches et positif perpendiculairement à ce plan). Le signe du coefficient de Hall sera également différent suivant la direction de mesure. Cet effet, baptisé « goniopolarité » par les auteurs, pourrait se rencontrer notamment dans des matériaux en couches pour lesquels un couplage électronique inter-couche modéré existe. Il n’y a pas de concept d’applications à l’heure actuelle pour ce genre de composés.

[1] Yang Tang, Boya Cui, Chuanle Zhou, Matthew Grayson, Journal of Electronic Materials 44, 2095 (2015)

[2] Bin He, Yaxian Wang, Maxx Q. Arguilla, Nicholas D. Cultrara, Michael, R. Scudder, Joshua E. Goldberger, Wolfgang Windl, Joseph P. Heremans, The Fermi surface geometrical origin of axis-dependent conduction polarity in layered materials, Nature Materials 18, 568 (2019), https://doi.org/10.1038/s41563-019-0309-4.

Dispositifs

Microrefroidisseur thermoélectrique à temps de réponse rapide et à haute fiabilité

Auteur du résumé: D. Bourgault, Institut Néel, Grenoble

Les micromodules thermoélectriques peuvent être utilisés dans de nombreux domaines tels que la récupération d'énergie, la gestion thermique, l'imagerie thermique, etc.. L’avantage des micromodules est leur taille qui permet leur intégration dans des appareils multifonctions pour produire de l'électricité à partir d'un minuscule gradient de température et pour supporter des flux de chaleur de plusieurs centaines de W/cm2 [1]. Des chercheurs de Dresde en collaboration avec une équipe de Mexico ont développé par un procédé électrochimique un microrefroidisseur thermoélectrique (microTEC) à base de Bi2Te3. Le deltaT obtenu à la température ambiante est de -6 K et peut atteindre -12 K à une température d’ambiance de 380 K [2]. Le microrefroidisseur est composé de 5500 paires de jambes par cm2 avec des sections de jambes de 30×30 microm2.
Le temps de réponse du micromodule développé est extrêmement rapide inférieur à 1 ms, avec une fiabilité allant jusqu'à 10 millions de cycles et une stabilité au refroidissement de plus d'un mois. Les auteurs attribuent la grande fiabilité et la stabilité de leur microTEC à une conception autoportée des jambes thermoélectriques et des contacts métalliques qui réduisent considérablement les problèmes de contrainte thermomécanique lors du fonctionnement.
Ce résultat est essentiel pour le monde de la microélectronique dans lequel la miniaturisation des composants et les espaces confinés génèrent des sources de chaleur difficiles à évacuer.

[1] : J-P. Fleurial, A. Borshchevsky, M. A. Ryan, W. Phillips, E. Kolawa, T. Kacisch, R. Ewell. Thermoelectric microcoolers for thermal management applications. In Proc. ICT’97, 16th Int. Conf. Thermoelectrics (cat. no. 97TH8291) 641–645 (IEEE, 1997); https://doi.org/10.1109/ICT.1997.667611

[2] : G. Li, J. Garcia Fernandez, D. Alberto Lara Ramos, V. Barati, N. Pérez, I. Soldatov, H. Reith, G. Schierning, K. Nielsch. Integrated microthermoelectric coolers with rapid response time and high device reliability. Nature Electronics, 1 (2018) 555–561, https://doi.org/10.1038/s41928-018-0148-3

Publications récentes de la communauté française
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Matériaux

Théorie

Basses dimensionnalités

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