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Nano-engineering of high performance thermoelectrics

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Des matériaux thermoélectriques à l'échelle nanométrique

La mise au point de matériaux thermoélectriques à l'échelle nanométrique présentant des propriétés renforcées ouvre la voie au développement de nouvelles applications terrestres et spatiales.

Technologies industrielles

Les matériaux thermoélectriques sont des semi-conducteurs qui allient des propriétés de chauffage et de refroidissement, de sorte qu'ils peuvent être utilisés dans des installations de génération d'électricité et de refroidissement. Contrairement aux autres systèmes, ils ne requièrent pas l'utilisation de gaz porteurs pour le chauffage ou le refroidissement et peuvent dès lors être utilisés à plus grande échelle. Les propriétés électriques des semi-conducteurs subissent des modifications considérables sous l'effet de la température et chaque matériau possède sa propre plage de fonctionnement effective. Chaque matériau se caractérise en outre par un facteur de qualité thermoélectrique (ZT) unique, un ZT élevé indiquant des performances thermodynamiques supérieures. Les matériaux semi-conducteurs les plus souvent utilisés sont des alliages de tellurure de bismuth (Bi-Te). Une nouvelle procédure d'alliage chimique permettant de fabriquer ces alliages à l'échelle nanométrique a été mise au point. Un précurseur du produit final est précipité à partir d'une solution contenant les deux composants, à savoir Bi et Te. Ce précurseur consiste en une solution solide de différents composés intermédiaires et est extrêmement réactif. Pour réaliser l'alliage des précurseurs, ceux-ci sont traités à 350 degrés Celsius afin d'obtenir un matériau thermoélectrique pur offrant un excellent rendement (95-98%). Ce procédé a également été utilisé pour développer de l'arséniure de cobalt nanocristallin d'une pureté supérieure à 95%. La procédure d'alliage chimique mise au point est plus simple que le processus de fusion traditionnel. Les alliages peuvent par ailleurs être améliorés afin d'obtenir des matériaux nanocristallins présentant des propriétés ZT et TE plus performantes. Cette procédure devrait déboucher sur la fabrication de dispositifs thermoélectriques pour la génération d'électricité, le refroidissement et les capteurs destinés à être utilisés sur terre et dans l'espace. À cette fin, des partenaires sont invités à participer au développement de la technologie à l'échelle industrielle et à commercialiser des produits finaux reposant sur les matériaux développés.

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