Thermoélectricité Des Matériaux à Basse
il y a 2 semaines
**Thermoélectricité des matériaux à basse dimensionnalité // Thermoelectricity of low-dimensional materials**:
- Réf
- **ABG-111636**
**ADUM-47056**
- Sujet de Thèse- 02/03/2023- Contrat doctoral- Sorbonne Université SIM (Sciences, Ingénierie, Médecine)- Lieu de travail- Paris - France- Intitulé du sujet- Thermoélectricité des matériaux à basse dimensionnalité // Thermoelectricity of low-dimensional materials- Mots clés- Pouvoir thermoélectrique, Facteur de mérite, Chalcogénures
- Thermoelectric power, Figure of merit, Chalcogenides**Description du sujet**:
- L'optimisation des matériaux thermoélectriques (TE) nécessite un réglage fin des conductivités électriques et thermiques (σ et K) et du coefficient Seebeck, S, afin de maximiser le facteur de mérite, ZT = S²σT/(Ke+Kp), où Ke est la contribution électronique à la conductivité thermique et Kp la contribution des phonons. Ceci est difficile dans les conducteurs conventionnels car σ et K sont liés par la loi de Wiedemann-Franz. Pour surmonter cette difficulté, les systèmes de basse dimension sont prometteurs, car ils introduisent des degrés de liberté supplémentaires, comme la longueur caractéristique du matériau, par exemple l'épaisseur du puits quantique ou d'un système de matériau bidimensionnel (2D), le filtrage d'énergie, la distribution asymétrique de la DOS autour de l'énergie de Fermi, parmi d'autres mécanismes qui peuvent assouplir l'interdépendance entre S, σ et K.
- Parmi les systèmes de faible dimension, les matériaux laméllaires tels que les dichalcogénures et les composés apparentés ont attiré une attention considérable car le confinement quantique se produisant dans des couches atomiquement minces ou des monocristaux exfoliés conduit intrinsèquement à des conditions favorables pour améliorer les valeurs ZT.
- Pour le présent projet, nous considérons Bi2O2Se comme système modèle. Nos résultats préliminaires obtenus en collaboration avec CINTRA - Singapour (voir figure) indiquent que la basse dimensionnalité de ce système offre la possibilité d'adapter la structure de la bande et donc d'améliorer ZT. Nous proposons de généraliser cette approche aux nano-sulfures de type MS2 où M = Ti, Zr ou Hf tels que TiS2 et les séléniures, par ex. WSe2, MoTe2 et ZrSe2, qui devraient présenter des valeurs élevées de ZT, selon les prédictions théoriques. Dans tous ces composés, nous utiliserons l'intercalation d'ions/atomes comme paramètre supplémentaire de contrôle de la structure des bandes. Notre but est de : (i) moduler séparemment la conductivité électrique, σ, et S ; (ii) manipuler les centres de diffusion des phonons afin de réduire la conductivité thermique K.
- Pour atteindre les objectifs ci-dessus, notre feuille de route s'articule autour des deux points suivants : consolider la plateforme de mesure et adapter l'instrumentation pour les mesures de puissance thermoélectrique et de résistivité sur les nanomatériaux (voir figure). Grâce au soutien d'un projet Tremplin du CNRS et d'Action recherche (UFR Ingénierie), nous avons acquis et assemblé des instruments sensibles connectés à un système PPMS, qui permettront des mesures dans la gamme 2-400 K sous des champs magnétiques jusqu'à 9T. La première étape consistera à valider la séquence de mesures entre instruments (PPMS, amplificateurs à verrouillage, nanovoltmètres, source de courant et contrôleur T) pour mesurer la tension thermique générée lors du chauffage à travers une micro résistance pour une température donnée (et éventuellement un champ ) boucle. Les codes d'acquisition de données pour commander l'instrumentation sont développés en Python.-
The optimization of thermoelectric (TE) materials requires a fine tuning of the electrical and thermal conductivities (σ and K) and of the Seebeck coefficient, S, in order to maximise the figure of merit, ZT = S²σT/(Ke+Kp), where Ke is the electronic contribution to the thermal conductivity and Kp the phonon contribution. This is challenging in conventional conductors because σ and K are related by the Wiedemann-Franz law. In order to overcome this difficulty, low dimensional systems are promising, for they introduce additional degrees of freedom, such as the characteristic length of the material, e.g., the thickness of the quantum well or of a two-dimensional (2D) material system, energy filtering, asymmetrical carrier DOS around the Fermi energy, band convergence among other mechanisms that may reduce the inter-dependence between S, σ and K.
- Among low-dimensional systems, 2D layered materials such as dichalcogenides and related compounds have attracted a considerable attention because the quantum confinement occurring in atomically thin layers or exfoliated single crystals inherently lead to favourable conditions to enhance the ZT values as compared to their bulk counterpart.
- For the present project, we should con
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