Actualités en Thermoélectricité

édition du 31 janvier 2020, n°4

 

BONNE ANNEE A TOUS


Actualités

Journées nationales en ThermoElectricité, JnTE 2019, Metz

L’édition 2019 des JnTE, initialement prévue en décembre 2019, se sont finalement déroulées du 22 au 24 janvier à Metz suite aux mouvements de grève. Elles ont été organisée par les collègues messins de l'Institut Jean Lamour (Clotilde Boulanger, Sophie Legeai, Nicolas Stein). Au cours des deux premières journées, environ 25 personnes ont assisté à des sessions de formation consacrées aux "basses dimensionnalités", à la fois du point de vue expérimental et théorique. Lors des journées scientifiques qui les ont suivies, environ 50 partipants ont ensuite pu échanger autour de les résultats de recherche les plus récents. Le programme détaillé peut être retrouvé sur le site des JNTE.
 

Bhuvanesh Srinivasan, lauréat du prix Coqblin, prix de thèse en thermoélectricité 2019

Au cours des dernières JNTE, organisées les  22 au 24 janvier 2020 à Metz par les collègues de l'IJL, le prix de thèse TE-2019 a été décerné à Bhuvanesh Srinivasan après une sélection par un jury indépendant d'experts internationaux dans le domaine, constitué par T. Caillat (JPL-NASA, USA), A. Gonçalves (ITN-Lisbonne, Portugal),  et J. Tobola (Université AGH, Cracovie, Pologne).. Le prix a été financé par la société HotBlock OnBoard.
Lors de sa thèse effectuée à l'université de Rennes et soutenue en décembre 2018, Bhuvanesh Srinivasan s'est intéressé à de nouveaux composés à base de tellure (sous forme vitreuse ou polycristalline) et à leurs propriétés thermoélectriques, sous la direction de Bruno Bureau et Catherine Boussard. Il est actuellement en post-doctorant au Japon au sein du NIMS, au laboratoire commun LINK, où il travaille avec Takao Mori et David Berthebaud.


 

Ecole thématique sur la thermoélectricité 2019

La 4e école thématique sur la thermoélectricité, organisée du 6 au 11 octobre 2019 à La Bresse par des collègues de l'IJL (Christophe Candolfi, Anne Dauscher, Bertrand Lenoir et Philippe Masschelein) a été un succès. Elle a réuni 31 participants dont 7 enseignants. Les étudiants étaient majoritairement des doctorants avec un master en sciences des matériaux, physique ou chimie. Le travail a été organisé sous forme de 17,5 heures de cours magistraux accompagnés par 11h de travaux dirigés en petits groupes (x4) de travail. Le programme et le syllabus des enseignements peuvent être retrouvés sur le site de l'école.

 

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Annonces

Les prochaines journées nationales en Thermoélectricité, JNTE Edition 2020


Les JNTE 2020 seront organisées à l’Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) à Villeneuve-d’Ascq par Z. Bougrioua et ses collègues. Le thème dominant de la journée de formation sera « les microdispositifs thermoélectriques », mettant en avant les questions technologiques. La journée de colloque qui suivra n’aura pas de coloration thématique, comme à l’accoutumée. Les dates pressenties sont les 18-20 novembre ou les 9-11 décembre 2020.
Les deux dernières demi-journées seront traditionnellement dédiées à des présentations orales et des posters.
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 », pour des doctorants ayant effectué leur thèse dans un laboratoire français et qui auront soutenu entre le 01/09/2019 et le 30/08/2020. N'hésitez pas à encourager vos doctorants à candidater à ce prix !


 

Conférences à venir

  • ISBB2021, International Symposium on Boron, Borides and Related Materials
Le 21ème Symposium International sur le bore, les borures et les matériaux en lien avec le bore (ISBB2021, International Symposium on Boron, Borides and Related Materials) se tiendra en France, à Paris du 30 août au 3 septembre 2021 sur le campus Jussieu de Sorbonne Université. Depuis le premier symposium à New Jersey, USA, en 1959, ISBB s’est tenu presque tous les 3 ans.
ISBB est le symposium le plus important dans le domaine des études sur le bore et en couvre les aspects physiques, chimiques, la structure, la préparation, les nouveaux matériaux, ainsi que les applications du bore, des borures et des matériaux associés. Les nouvelles thématiques sont les nano-structures de bore à basse dimension, le borophène, les feuillets d’hydrure(s) de bore, les nanotubes et nanofils. Les applications médicales, notamment la thérapie par capture de neutrons par des atomes de bore pris en médicament, sont prévues. Enfin, en terme de matériaux pour l’énergie, on peut noter quelques études de matériaux riches en bore pour leurs propriétés thermoélectriques, ou pour le stockage de l’hydrogène. (informations et contacts).
 
  • 18ème Conférence Européenne sur la Thermoélectricité ECT 2020
La 18ème Conférence Européenne sur la Thermoélectricité se tiendra du 15 au 18 septembre 2020 à Barcelone. Les résumés pourront être soumis du 9 mars au 8 mai. Plus d'informations sur le site de la conférence.
 

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Offres d'emploi et concours

Thèse à l'Institut Jean Lamour à Nancy : Influence of resonant levels on the thermoelectric properties of quasi-2D topological
insulators

Un projet de thèse est proposé dans l'équipe "Matériaux thermoélectriques" de l'Institut Jean Lamour à Nancy, sous la direction de Christophe Candolfi et Bertrand Lenoir. (voir pdf de l'annonce)
 

Poste de Maître de Conférences section 28 à l'Ecole Centrale de Lyon : Hétérostructures et nanostructures oxydes fonctionnels/semiconducteurs pour la récupération d’énergie, la photonique et la nanoélectronique

Un poste de maître de conférences est mis au concours en 28e section à l'Ecole Centrale de Lyon au sein de l'Institut des Nanotechnologies de Lyon, avec pour mots clefs: Physique de la matière condensée, Matériaux fonctionnels (couches minces, nanofils), Caractérisations structurales et physico-chimiques, Elaboration et micro-fabrication. (voir pdf de l'annonce)
 

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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

ZT = 6 dans un film mince de Fe2V0.8W0.2Al : mythe ou réalité ?

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

Très récemment, Hinterleitner et al. ont rapporté dans la revue Nature [1] un facteur de mérite adimensionnel ZT = 6 à 350 K dans un film mince (1 micron) de Fe2V0.8W0.2Al déposé sur un substrat de silicium. Ce résultat est surprenant puisque le même composé sous forme massive présente un ZT de 0.1 à 350K [2]. Selon les auteurs, Fe2V0.8W0.2Al en film mince aurait un coefficient Seebeck de - 550 mV K-1 donnant lieu à un facteur de puissance maximum de 50 mW m-1 K-2 à 350K, soit respectivement 10 et 20 fois plus que dans Bi2Te3 et dans Fe2V0.8W0.2Al sous forme massive. Le substrat en silicium a un coefficient Seebeck de -600 mV K-1 à 350K mais sa résistivité électrique de 100 Ohm cm permettrait de négliger sa contribution au transport électronique qui serait dominé par celle du film (0.5 mW cm). L’étude structurale montre que Fe2V0.8W0.2Al sous forme de film mince cristallise dans une structure cubique centrée désordonnée« A2 » puisque les 4 atomes partagent le même site cristallographique tandis que Fe2V0.8W0.2Al massif cristallise dans une structure cubique face-centré ordonnée « L21 ». Aussi, de façon erronée, c’est cette structure ordonnée qui est utilisée pour calculer (DFT) la structure de électronique du film qui serait un semi-métal comportant des « nœuds de Weyl » conférant au film ses propriétés de transport électroniques extraordinaires. Dans la littérature [3], la structure électronique de Fe2VAl a été calculée lorsqu’il est désordonné : c’est un métal. Fe2V0.8W0.2Al présente très probablement le même état fondamental et il est donc très peu susceptible de présenter un coefficient Seebeck élevé.

[1] B. Hinterleitner, et al., Nature 576 (2019) 85, doi: 10.1038/s41586-019-1751-9
[2] M. Mikami, et al., J. Appl. Physics 111 (2012) 093710, doi: 10.1063/1.4710990
[3] S. Maier, et al., Acta Materialia 121 (2016) 126, doi: 10.1016/j.actamat.2016.08.080

 

Module "semi-heusler" performant et stable

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

Dans un article publié dans Energy & Environmental Science [1], une équipe de Shanghai (groupe de Lidong Chen) a montré la possibilité de synthétiser rapidement et de manière homogène des poudres de semi-heusler de type p et n de compositions proches de l'état de l'art en quantité importante (batch de 200g) et de les densifier pour obtenir des pastilles homogènes de 5cm de diamètre, tout en gardant de bonnes performances (ZT proche de l'unité en type p comme en type n). A partir de ces pastilles, les auteurs ont construit et mesuré les performances de modules 8 paires de géométrie optimisée, soit à base uniquement de semi-heusler avec des électrodes de cuivre, soit segmenté avec du tellurure de bismuth et une barrière d'antidiffusion de nickel. Malgré des résistances de contact entre le semi-heusler et l'électrode encore un peu élevées (de l'ordre de 30 µOhm.cm-2), les densités de puissance obtenues dans le cas du module à base de semi-heusler seul dépassent les 2 W.cm-2 et le rendement de conversion dans le cas du module segmenté dépasse les 12%, pour les gradients thermiques les plus élevés. Par ailleurs, les premiers tests ont montré une très bonne stabilité en isotherme sur quelques jours et en cyclage sur une centaine de cycle. Cette étude et ces résultats semblent donc prometteurs dans la perspective de l'utilisation des semi-heusler dans des applications de conversion de chaleur perdue jusqu'à 700°C.

[1] Y. Xing et al., "High-efficiency half-Heusler thermoelectric modules enabled by self-propagating synthesis and topologic structure optimization", Energy & Environmental Science 12, 3390 (2019), doi: 10.1039/C9EE02228G

 

Publications récentes de la communauté française
Cette rubrique a été générée automatiquement à partir d'alertes bibliographiques. Notre détection d’articles basée sur Google Scholar (sur la période du 25/01/2019 au 01/07/2019) peut parfois rencontrer des problèmes avec certains éditeurs. Si sur cette période vous avez publié un article en lien avec la thématique qui ne figure pas dans la rubrique et souhaitez qu'il y apparaisse :
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Matériaux

Théorie

Basses dimensionnalités

  • Nanowire forest of pnictogen–chalcogenide alloys for thermoelectricity,  Singhal Dhruv, Paterson Jessy, Ben-Khedim Meriam, Tainoff Dimitri, Cagnon Laurent, Richard Jacques, Chavez-Angel Emigdio, Fernandez Juliana Jaramillo, Sotomayor-Torres Clivia M., Lacroix David, Bourgault Daniel, Buttard Denis, Bourgeois Olivier,  Nanoscale,  2019
  • Two-Dimensional Phonon Polariton Heat Transport,  Tranchant Laurent, Hamamura Satoki, Ordonez-Miranda Jose, Yabuki Tomohide, Vega-Flick Alejandro, Cervantes-Alvarez Fernando, Alvarado-Gil Juan Jose, Volz Sebastian, Miyazaki Koji,  Nano Letters,  2019

Dispositifs

 

En cours de construction

En cours de construction

Prix de thèse "Bernard Coqblin"

Ce prix récompense la meilleure thèse sur la thématique thermoélectricité. Il est remis à l'issue de l'examen d'un dossier (CV + liste de publications + résumé de la thèse + rapport de soutenance) par un jury d'experts extérieurs au bureau du GIS. Le lauréat reçoit à titre personnel un chèque de 500 euros.

 

Lauréat 2018

A l'occasion de la réunion scientifique de Grenoble, le prix "Bernard Coqblin" 2018 a été remis à S. MAIER pour ses travaux sur des composés à base de chalcogènes. Le jury était constitué par les personalités suivantes: T. Caillat (JPL-NASA, USA), A. Gonçalves (ITN-Lisbonne, Portugal), J. Hetjmanek (Institut de Physique, Prague, République tchèque) et J. Tobola (Université AGH, Cracovie, Pologne)..

La thèse de Stefan Maier porte sur l’étude des propriétés chimiques et physiques de chalcogénures polaires (par exemple Ba4Cu8Se13, Ba2FePnSe5 (Pn = Sb,Bi), BaBiTe3, ACuZrSe3 et ACuYSe3 (A = Sr, Ba)) à valence normale ou hypervalents. Le but premier de cette étude est la synthèse de nouveaux composés de structure cristalline complexe, afin d’étudier les relations entre la structure cristalline, la nature des liaisons chimiques et les propriétés thermoélectriques déterminées par des mesures expérimentales et des analyses théoriques.

 

Lauréate 2017

A l'occasion de la réunion scientifique de Montpellier, le prix "Bernard Coqblin" 2017 a été remis à M. BEN KHEDIM pour ses travaux sur des nanofils de Bi2Te3. Le jury était constitué par les personalités suivantes: T. Caillat (JPL-NASA, USA), A. Gonçalves (ITN-Lisbonne), C. Simon (ILL-Grenoble), et S. Volz (Ecole Centrale Chatenay-Malabry).

Dans son travail intitulé «Etude de nanofils électrodéposés de Bi2-xSbxTe3 et Bi2Te3-xSex et de leur intégration dans des modules thermoélectriques», M. Ben Khedim a déposé des réseaux de nanofils de type n ( Bi2Te3-xSex) et de type p ( Bi2-xSbxTe3). Elle a développé une nouvelle méthode de caractérisation du transport électrique sur fil unique et corrélé leur structure à leurs propriétés thermoélectriques. Enfin elle a réalisé des prototypes de thermogénérateurs à base de ces réseaux de nanofils sur des substrats rigides et souples avec une optimisation des résistances de contact électrique (métal / thermoélectrique).

 

Lauréat 2016

A l'occasion de la réunion scientifique de Lyon , le prix "Bernard Coqblin" 2016 a été remis à Y. BOUYRIE pour ses travaux sur les composés "tétraédrites". Le jury était constitué cette année par les personalités suivantes: T. Caillat (JPL-NASA, USA), A. Gonçalves (ITN-Lisbonne), C. Simon (ILL-Grenoble), et S. Volz (Ecole Centrale).

Dans son travail de thèse intitulé « Identification, synthèse et caractérisation de phases tétraédrites pour la conversion d’énergie par effets thermoélectriques », Y. Bouyrie a contribué à une meilleure compréhension des mécanismes qui gouvernent les propriétés électriques et thermiques de tétraédrites synthétiques. En particulier, il a montré que le phénomène d’exsolution affecte fortement les propriétés de transport de ces matériaux à basse température et a mis en évidence les mécanismes microscopiques qui sont à l’origine de leurs très faibles valeurs de conductivité thermique de réseau.

 

Lauréats 2014

En 2014, lors de la réunion scientifique de Thiais, le GDR thermoélectricité, après décision du jury composé de T. Caillat, C. Simon, M. Guilloux-Viry et S. Volz, a attribué le prix de thèse à deux lauréats : Y. APERTET et C. BARRETEAU.

 

Dans son travail de thèse intitulé "Réflexion sur l'optimisation thermodynamique des générateurs thermoélectriques", Y. Apertet s'est principalement consacré à l’étude théorique des systèmes thermoélectriques et plus particulièrement à leur optimisation, tant du point de vue de l’efficacité que de la puissance délivrée. L'approche va au-delà du modèle traditionnel du module TE de Ioffe et a été étendue à d'autres systèmes comme pour décrire la roue à rochet de Feyman, référence pour décrire les moteurs moléculaires. Le formalisme dérivé dans ce travail contribue à une avancée certaine dans la modélisation des systèmes thermodynamques hors équilibre.

 

Dans sont travail de thèse intitulé "Matériaux céramiques thermoélectriques pour la production d'électricité propre", C. Barreteau a mis en évidence le potentiel pour la thermoélectricité d'une famille de matériaux à structure 2D, les oxychalcogénures de formule générale MCuChO où M est un cation trivalent et Ch un ion chalcogène. Outre les études physico-chimiques, l'optimisation du ZT, elle s'est préoccupée de la "scalabilité" des procédés prenant en compte la toxicité et le temps d'élaboration, et a caractérisé la stabilité thermique des composés dans le but de démontrer la viabilité de cette famille de matériaux pour les applications.

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