Micro-nano générateurs thermoélectriques 2

Ce chapitre traite de l’écart existant entre la recherche sur les matériaux thermoélectriques et leurs applications concrètes, ainsi que des défis liés à la durabilité et à la fiabilité des matériaux et dispositifs thermoélectriques. Il aborde la stabilité thermique de plusieurs matériaux, ainsi qu’une analyse détaillée de la conception des dispositifs, incluant les contraintes thermiques et les problèmes d’interface. Les avancées récentes en matière de conception et de fabrication, ainsi que les perspectives des besoins futurs en recherche, y sont également présentées.

Ce chapitre expose les principes fondamentaux régissant les paramètres de transport électronique et explique comment extraire des informations sur les mécanismes de transport des porteurs à partir de données expérimentales. Plusieurs exemples sont fournis, illustrant l’effet des défauts, des joints de grains et de la texture sur les propriétés électroniques. L’orientation future de la recherche visant à mieux comprendre la relation entre microstructure et propriétés thermoélectriques est également mise en avant.

Ce chapitre passe en revue les méthodes de fabrication permettant d’obtenir des nanofils thermoélectriques, ainsi que les techniques de caractérisation de leurs propriétés physiques. Il aborde également leur intégration dans des dispositifs concrets, illustrée par quelques exemples. Une nouvelle famille de nanostructures, fondée sur des agencements tridimensionnels de nanofils, est présentée, accompagnée d’une perspective sur les développements futurs.

L’optimisation des propriétés thermoélectriques des chalcogénures s’effectue classiquement par le biais du dopage, de la micro- ou nanostructuration, de l’utilisation de structures cristallographiques complexes ou encore de l’optimisation de la chimie des défauts. Ce chapitre met en lumière les résultats obtenus pour des systèmes modèles parmi les sulfures, et présente plusieurs exemples où le magnétisme peut fortement influencer le transport et améliorer les propriétés thermoélectriques.

L’effet Nernst anormal suscite un intérêt croissant en tant que technologie thermoélectrique de nouvelle génération, en raison de sa géométrie transversale qui permet une couverture efficace et flexible des sources de chaleur sur de grandes surfaces. La découverte d’un renforcement significatif de cet effet dans les aimants topologiques a inauguré une nouvelle tendance dans l’étude des matériaux quantiques, ouvrant la voie à leurs applications thermoélectriques.

Ce chapitre débute par une introduction aux concepts fondamentaux de la conduction thermique et des phonons. Il décrit ensuite les méthodes théoriques de calcul et les techniques expérimentales utilisées pour prédire et évaluer la conductivité thermique et les propriétés des phonons. Ces approches permettent d’améliorer l’efficacité de conversion énergétique des matériaux thermoélectriques. Le chapitre expose également les mécanismes d’ingénierie des phonons et présente les avancées les plus récentes dans ce domaine.

Ce chapitre présente les mêmes concepts fondamentaux que le précédent, mais les applique à différentes configurations expérimentales. Il détaille les méthodes de mesure avancées de la conduction thermique à l’échelle nanométrique, les outils de modélisation associés et les enjeux liés à la miniaturisation. Des études de cas sur des nanostructures spécifiques viennent illustrer les approches théoriques et expérimentales.

Ce chapitre examine les avancées récentes dans le traitement des siliciures de métaux de transition pour des applications thermoélectriques. Les techniques présentées permettent d'améliorer les performances grâce à des effets tels que la nano- ou mésostructuration et l'orientation préférentielle des grains. Ces procédés sont également prometteurs pour la production de matériaux à grande échelle, un critère clé pour leur industrialisation. Des études récentes sur le développement de modules et de branches basés sur les siliciures y sont également présentées.

L’évolution annuelle du nombre de dépôts de brevets montre que les produits destinés aux applications thermoélectriques constituent encore un marché de niche, mais en croissance continue. Ce chapitre présente divers exemples, notamment celui d’un capteur sans fil. Il montre que, si les propriétés des matériaux thermoélectriques sont bien comprises et exploitées, ces matériaux pourront jouer un rôle essentiel dans notre société et donner lieu à une industrie en plein essor.