Thèse soutenue

Dispersions de nano-aimants dans des liquides ioniques pour des applications thermoélectriques
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Auteur / Autrice : Jesse Riedl
Direction : Véronique Peyre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 25/09/2020
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....)
Jury : Président / Présidente : Sophie Cassaignon
Rapporteurs / Rapporteuses : Markus Valtiner, Ben Erné

Résumé

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La thermoélectricité (TE) permet la conversion de la chaleur en électricité, fournissant une méthode possible pour le recyclage de la chaleur fatale. Malgré les améliorations, les matériaux solides thermoélectriques actuels présentent plusieurs limitations. Par conséquent, des études sur des liquides complexes (par exemple des liquides ioniques ou des nanofluides) ont été proposées ces dernières années. Ce travail présente l’élaboration de nouveaux fluides complexes magnétiques à base de liquides ioniques pour de telles applications. Les liquides ioniques sont une large classe de liquides, constitués uniquement d’ions, et peuvent être liquides à température ambiante, avec de nombreuses propriétés idéales pour les matériaux thermoélectriques. En outre, des études récentes sur les dispersions aqueuses de nanoparticules ont démontré que l’ajout de nanoparticules magnétiques (nanomagnets) peut influencer le coefficient thermoélectrique et améliorer l’efficacité thermoélectrique du liquide. Il est ainsi proposé ici de combiner les deux voies en utilisant des dispersions de nano-aimants dans des liquides ioniques pour des applications thermoélectriques. Dans des études antérieures, utilisant du nitrate d’éthylammonium (NEA) comme liquide ionique, il a été montré que la stabilité colloïdale était contrôlée par l’interface solide-liquide. Cette découverte a été étendue ici à une large gamme de liquides ioniques avec différents ensembles de cations et d’anions, définissant les tendances générales et les principes de stabilité colloïdale dans les liquides ioniques à température ambiante. Pour obtenir des colloïdes à base de liquide ioniques, il est nécessaire de contrôler la charge de surface des nanoparticules, la nature des groupes de surface chargés et des molécules produisant cette charge superficielle, la nature des contre-ions compensant cette charge, et la voie de transfert depuis l’eau (le milieu de synthèse des nanoparticules) au liquide ionique. Dans une deuxième étape, la stabilité colloïdale a été étudiée dans la gamme de température des dispositifs thermoélectriques cibles (20-200° C) pour différents contre-ions et concentrations de nanoparticules. Même si la stabilité en température des liquides ioniques est l’un de leurs avantages par rapport aux liquides moléculaires, une telle étude de température n’a pas encore été abordée. En effet, certaines des dispersions conservent leur stabilité jusqu’à 200 ° C. Dans ce cas, la thermodiffusion, propriété étroitement liée à la thermoélectricité, a été mesurée. La microscopie optique, la microscopie électronique à transmission (MET), les mesures magnétiques, FAAS et ICP-MS ont été effectuées à température ambiante tandis que la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la diffusion forcée de Rayleigh (FRS) et la diffusion des rayons X / neutrons aux petits angles (SAXS / SANS) ainsi qu’une analyse thermogravimétrique (TGA) ont été utilisées pour analyser le comportement avec la température de dispersion des nanoparticules à base de liquide ioniques.