Synthèse, caractérisation physico-chimique et propriétés de transport de composés de type Mo3Sb7

Synthesis, structural and chemical characterizations and transport properties of Mo3Sb7 based compounds

• Auteur / Autrice : Christophe Candolfi
• Direction : Bertrand Lenoir, Anne Dauscher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux
• Date : Soutenance le 06/10/2008
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des matériaux (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Dubois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Lenoir, Anne Dauscher, Jean-Marie Dubois, Antoine Maignan, Claude Godart, Bernard Malaman, Jiri Hejtmanek, Janusz Tobola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Maignan, Claude Godart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zintl, Composés de

Thermoélectricité

Mots clés libres

Thermoélectricité

Propriétés de transport

Structure de bande électronique

Thermoelectricity

Transport properties

Electronic band structure

Résumé

Les préoccupations environnementales actuelles ont conduit à un regain d’intérêt pour la conversion d'énergie par effets thermoélectriques au cours de ces 20 dernières années. Le challenge lié à cette technologie consiste à découvrir des matériaux qui possèdent à la fois une faible conductivité thermique, une forte conductivité électrique et un fort pouvoir thermoélectrique. Les travaux présentés dans ce mémoire se sont orientés vers l'étude de phases cristallines complexes à base de Mo3Sb7. Contrôler finement les propriétés électriques et thermiques de ces matériaux par le biais de substitutions appropriées et relier les propriétés physiques aux propriétés structurales et électroniques ont été au coeur de ces travaux de recherche. Des résultats significatifs ont ainsi pu être obtenus tant au niveau de la synthèse et de la caractérisation physico-chimique qu'au niveau des propriétés magnétiques et de transport. En particulier, nous avons pu mettre en évidence les propriétés exotiques du composé Mo3Sb7 dont la compréhension s'est révélée indispensable pour l'étude des propriétés de transport des matériaux substitués ternaires et quaternaires. Les différentes possibilités de substitution ont alors permis d'améliorer de façon substantielle les performances thermoélectriques du composé Mo3Sb7 et ont, de ce fait, conduit à la découverte de nouveaux matériaux surpassant les meilleurs matériaux connus à ce jour (Si-Ge) et utilisés sur la gamme 900 - 1200 K dans des applications en génération d'électricité

Due to current environmental concerns, a resurgence of interest in thermoelectricity have been witnessed by the last 20 years. The challenge raised by this technology lies in identifying materials that display low thermal conductivity as well as both high electrical conductivity and thermopower. The work presented in this manuscript deals with a thorough study on molybdenum-antimony based complex crystalline structure. To finely control the thermal and electrical properties of these compounds through judicious substitutions and to link up physical and structural properties were at the heart of this in-depth study. Not only did we obtain outstanding results regarding the synthesis and both the chemical and structural characterizations but we also discovered intriguing magnetic and transport properties. Particularly, we emphasized the exotic properties exhibited by the binary Mo3Sb7 compound whose a deep understanding were essential to study the transport properties of the ternary and quaternary alloys. The different substitutions we have considered were found to substantially improve the thermoelectric properties of the Mo3Sb7 compound and thus, led to the synthesis of new prospective thermoelectric materials that surpass the best compounds discovered up-to-now (Si-Ge) and used in power generation applications in the 900 – 1200 K temperature range