Etude de nanofils électrodéposés de Bi2-xSbxTe3 et Bi2Te3-xSex et de leur intégration dans des modules thermoélectriques

par Meriam Ben Khedim

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Soutenue le 09-12-2016

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Ana Lacoste.

Le jury était composé de Nicolas Stein.

Les rapporteurs étaient Marie-Christine Record, Bertrand Lenoir.


  • Résumé

    La nanostructuration des matériaux thermoélectriques semble être la solution pour palier au faible rendement généralement rencontré chez ces matériaux. Bien qu’il y ait eu de nets progrès en manipulant de nouvelles formulations et en nano-structurant les composés existants, peu de travaux ont été entrepris sur la fabrication de dispositifs permettant la micro-génération ou le micro-refroidissement thermoélectrique. Dans ce contexte, les travaux de recherche ont été en premier lieu l’optimisation et la maitrise de la croissance par voie électrochimique de réseaux auto-ordonnés de nanofils thermoélectriques à base de tellurure de bismuth de type n (Bi2Te3-xSex) et de type p (BixSb2-xTe3) dans des membranes d’alumine nanoporeuses. Les propriétés structurales et thermoélectriques de ces nanofils ont été investigués. Concernant les caractérisations électriques, une nouvelle méthode de mesure sur nanofil unique dans sa membrane a été développée. Elle permet de s’affranchir des problèmes d’oxydation quand le fils est libéré de sa membrane dans les méthodes de mesure classiques. La conductivité thermique a aussi été estimée sur des fils dans leurs membranes avec la méthode 3-omega. La deuxième partie de la thèse a été consacré à des premiers essais d'assemblage des deux types pour évaluer la performance d’un prototype de thermogénérateur (TEG) fonctionnant à une température proche de l’ambiante. Et en parallèle une étude des problèmes de résistance de contact entre le métal et le thermoélectrique a été réalisée.

  • Titre traduit

    Study of electrodeposited nanowires of Bi(2-x)SbxTe3 et Bi2Te(3-x)Sex and their integration into thermoelectric modules


  • Résumé

    Nanostructuration of thermoelectric materials seems to be the solution for their low efficiency generally encountered. Even if fair progress have been realized in manipulation of new formulations and nanostructuration of existing materials, few studies have been undertaken to develop devices for thermoelectric micro-generation or micro-cooling. In this context, bismuth antimony telluride (BixSb2-xTe3) and bismuth tellurium selenide (Bi2Te3-xSex) nanowires, have been potentiostatically electrodeposited using anodic alumina membrane. Nanowires structure, stoichiometry and thermoelectric properties have been investigated. A new method for electrical characterization have been developed, consisting in direct electrical transport measurement on a single nanowire embedded in his matrix. This method avoid oxidation effects and time-consuming processing as nanowires need no preliminary preparation and remain in their template during measurement. Thermal conductivity was also investigated using 3-omega method. The second part of this work was dedicated to first tests on n-type and p-type assembly in order to study the efficiency of TEG prototype working at ambient temperature. In parallel, a study of contact resistance (thermoelectric / metal) have been conducted.


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