Edition du 12 juillet 2019, n° 3
Actualités
Ecole thématique sur la thermoélectricité – 6-11 octobre 2019 – La Bresse (Vosges)
Pour celles et ceux qui ne se sont pas encore inscrits à l’école thématique sur la thermoélectricité, ne tardez pas, car la date limite (24 juillet 2019) approche. Vous trouverez toutes les informations sur le site https://ecolete2019.sciencesconf.org
Au plaisir de vous retrouver à la Bresse !
L’équipe organisatrice
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Annonces
Les prochaines journées nationales en Thermoélectricité, JNTE Edition 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. Un appel à contributions sera fait prochainement.
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 ». N’hésitez pas à encourager vos doctorants qui ont soutenu après le 01/09/18 ou qui vont soutenir avant le 30/09/19 à candidater à ce prix !
Le comité d’organisation
Clotilde Boulanger, Sophie Legeai, Nicolas Stein.
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Offres d’emploi et concours
Post Doctoral Position ICG Montpellier : Low Cost Thermoelectric Heusler Alloys
A Post-doctoral position of one year is available in the Theoretical and Physical Chemistry Department of the Charles Gerhardt Institute in Montpellier (ICGM), France under the supervision of Pr. Philippe Jund.
Post Doctoral Position ICMPE-CNRS Thiais : Synthèse et Caractérisation de composés intermétalliques ternaires pour la thermoélectricité
A Post-doctoral position of two years is available in synthesis and characterization of ternary intermetallic compounds for thermoelectric applications at ICMPE-CNRS, Thiais, France, under the supervision of Dr. C. Barreteau. More details here: http://bit.ly/2x89Eb3
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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 !
Thème : 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.
Thème : 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 cm-2 [1]. Des chercheurs de Dresde en collaboration avec une équipe de Mexico ont développé par un procédé électrochimique un micro-refroidisseur 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 micro-refroidisseur est composé de 5500 paires de jambes par cm2 avec des sections de jambes de 30×30 µm2.
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 µTEC à une conception auto-portée 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
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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.
Matériaux
- Effect of Re Substitution on the Phase Stability of Complex gamma-MnSi, Ghodke Swapnil, Sobota Robert, Berthebaud David, Pichon Pierre-Yves, Navone Christelle, Takeuchi Tsunehiro, Journal of Electronic Materials, 2019
- Lattice Dynamics Study of Thermoelectric Oxychalcogenide BiCuChO (Ch = Se, S), Viennois R., Hermet P., Beaudhuin M., Bantignies J.-L., Maurin D., Pailhès S., Fernandez-Diaz M. T., Koza M. M., Barreteau C., Dragoe N., Bérardan D., The Journal of Physical Chemistry C, 2019
- Facile p–n control, and magnetic and thermoelectric properties of chromium selenides Cr2+xSe3, Guo Quansheng, Berthebaud David, Ueda Jumpei, Tanabe Setsuhisa, Miyoshi Akinobu, Maeda Kazuhiko, Mori Takao, Journal of Materials Chemistry C, 2019
- Electronic Band Structure and Transport Properties of the Cluster Compound Ag3Tl2Mo15Se19, Gougeon Patrick, Gall Philippe, Al Rahal Al Orabi Rabih, Boucher Benoit, Fontaine Bruno, Gautier Régis, Dauscher Anne, Candolfi Christophe, Lenoir Bertrand, Inorganic Chemistry, 2019
- Innovative synthesis of mesostructured CoSb3-based skutterudites by magnesioreduction, Sylvain Le Tonquesse, Éric Alleno, Valérie Demange, Vincent Dorcet, Loic Joanny, Carmelo Prestipino, Olivier Rouleau, Mathieu Pasturel, Journal of Alloys and Compounds, 2019
- Sr2Fe1+xRe1-xO6 double perovskites: magnetoresistance and (magneto)thermopower, Maignan Antoine, Martin Christine, Lebedev Oleg, Sottmann Jonas, Nataf Lucie, Baudelet François, Hébert Sylvie, Carbonio Raúl E., Chemical Communications, 2019
- Nanocrystalline chromium disilicide synthesized by a fast Chlorine-Transfer-Reaction, M. Godfroy, A. Russel, F. Mercier, M. Granier, T. Jarrosson, C. Niebel, F. Serein Spirau, R. Viennois, M. Beaudhuin, Materials Letters, 2019
- Synthesis, Powder X-Ray Diffraction, and Ab Initio Study of TlInSe2: Analysis of Its Thermoelectric Properties, Chumakov Yurii M., Mintas Mehmet Fatih, Amiraslanov Imameddin R., Volz Sebastian, Mammadov Samir N., Mamedov Nazim T., Mammadov Tofig G., Ishikawa Masato, Wakita Kazuki, Seyidov MirHasan Yu., Physica Status Solidi A, 2019
- Thermoelectric Properties of Magnesium-Doped Tetrahedrite Cu12-xMgxSb4S13, Levinsky P., Candolfi C., Dauscher A., Lenoir B., Hejtmanek J., Journal of Electronic Materials, 2019
- Thermoelectric properties of the tetrahedrite–tennantite solid solutions Cu12Sb4-xAsxS13 and Cu10Co2Sb4-yAsyS13 (0 =< x, y =< 4), Levinsky Petr, Candolfi Christophe, Dauscher Anne, Tobola Janusz, Hejtmánek Jirí, Lenoir Bertrand, Physical Chemistry Chemical Physics, 2019
- Anisotropic thermal transport in magnetic intercalates FexTiS2, Pawula Florent, Daou Ramzy, Hébert Sylvie, Lebedev Oleg, Maignan Antoine, Subedi Alaska, Kakefuda Yohei, Kawamoto Naoyuki, Baba Tetsuya, Mori Takao, Physical Review B, 2019
- Phonon–Glass and Heterogeneous Electrical Transport in A-Site-Deficient SrTiO3, Popuri S. R., Decourt R., McNulty J. A., Pollet M., Fortes A. D., Morrison F. D., Senn M. S., Bos J. W. G., The Journal of Physical Chemistry C, 2019
Théorie
- Large enhancement of the thermoelectric power factor in disordered materials through resonant scattering, Thébaud S., Adessi Ch., Bouzerar G., Physical Review B, 2019
- Dramatic effects of vacancies on phonon lifetime and thermal conductivity in graphene, Bouzerar G., Thébaud S., Pecorario S., Adessi Ch., arXiv e-prints, 2019
- A lower bound to the thermal diffusivity of insulators, Behnia Kamran, Kapitulnik Aharon, arXiv e-prints, 2019
Basses dimensionnalités
- Si and Ge allotrope heterostructured nanowires: experimental evaluation of the thermal conductivity reduction, Aymen Ben Amor, Doriane Djomani, Mariam Fakhfakh, Stefan Dilhaire, Laetitia Vincent, Stéphane Grauby, Nanotechnology, 2019