Synthèse de nanoparticules de chalcogénures de bismuth par chimie douce et élaboration de matériaux hybrides pour la thermoélectricité

par Jonathan Fouineau

Thèse de doctorat en Surfaces, Interfaces, Matériaux fonctionnels

Sous la direction de Lorette Sicard.


  • Résumé

    Les systèmes thermoélectriques (TE) permettent de générer de l'électricité à partir d'un gradient de température et inversement. Les semi-conducteurs dopés, en particulier nanostructurés, présentent des performances élevées pour des différences de température importantes, cependant leur utilisation reste limitée à des applications de niche. Les matériaux les plus efficaces autour de la température ambiante, à base de Bi2Te3, sont de plus toxiques et onéreux. Les polymères conducteurs (PCs) constituent une alternative : ils sont peu coûteux, flexibles et légers, cependant leurs performances sont trop faibles pour envisager des applications à grande échelle. L'association de PCs avec des nanoparticules est une solution prometteuse pour améliorer leur efficacité. Ce travail de thèse est consacré au développement de nouveaux matériaux hybrides TE et à l'optimisation de l'interface entre les parties organique et inorganique. Des nanoparticules de Bi2Te3 dopées au Se, S et Sb ont été synthétisées par chimie douce en solution. Leurs mécanismes de synthèses en présence d'additifs ont été étudiés et différentes morphologies et compositions ont pu être obtenues. Des oligothiophènes fonctionnalisés par des fonctions thiols ont été également préparés et greffés à la surface des nanomatériaux synthétisés. Des matériaux hybrides ont ensuite été obtenus soit par dispersion des particules greffées dans un polymère, soit par co¬polymérisation chimique ou électrochimique du monomère greffé à la surface des particules et d'un monomère en solution. L'utilisation de nanoparticules greffées conduit à une meilleure incorporation et/ou dispersion des particules au sein de la matrice organique.


  • Résumé

    Thermoelectric systems allow for the direct and reversible conversion of a temperature difference into electricity. Doped semiconductors allow to obtain effective systems for a substantial difference of temperature, nevertheless they are limited to niche applications. Bi2Te3, the reference material for applications close to room temperature is, in addition, toxic and costly. Electron conducting polymers represent an alternative for low temperature thermoelectric devices rince they are flexible, light and cost¬effective, however their performance is still too low for large scale development. The objective of this thesis was to develop hybrid materials with a good control of the inorganic-organic interface in order to take advantage of both components and prepare materials with enhanced thermoelectric properties. To achieve this objective, Bi2Te3 doped with Se, S or Sb nanoparticles were synthesized using a soft chemistry route. Their mechanisms of formation in the presence of different additives have been studied and different compositions and morphologies have been obtained. Oligothiophenes molecules functionalized with thiols functions were then prepared and further grafted at the surface of synthesized nanomaterials. Finally, hybrid materials were obtained either by dispersing grafted particles into a conducting polymer matrix, or by chemical or electrochemical co-polymerization of the grafted monomer with a monomer in solution. The use of grafted particles lead to a better dispersion of the inorganic material in the polymer matrix compared to bare particles.

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  • Détails : 1 vol. (157 f.)
  • Annexes : 47 réf. Annexes

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  • Cote : TS (2015) 095
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