Thermoelectric properties of higher manganese silicides
CE TRAVAIL VISE À COUVRIR UNE VARIÉTÉ D'ASPECTS RELATIFS AU SILICIURE DE MANGANESE (HMS), PAR EXEMPLE, LES COMPOSITES, LES SUBSTITUTIONS, LES MÉTHODES DE SYNTHÈSE, ET LES ÉVOLUTIONS STRUCTURALES. LES COMPOSITES FAITS DE COMPOSÉS À BASE DE HMS ET DE NANO-INCLUSIONS ONT ÉTÉ PRÉPARÉS PAR DEUX PROCÉDURES DIFFÉRENTES, I.E. (I) LA RÉACTION À L'ÉTAT SOLIDE, LE MÉLANGE MANUEL, ET LE PRESSAGE À CHAUD, OU (II) LE BROYAGE À BILLES DANS DES CONDITIONS DOUCES ET LE FRITTAGE RÉACTIF. LA DERNIÈRE APPROCHE A PROUVÉ SON EFFICACITÉ DANS LA PRÉPARATION DES COMPOSITES NANOTUBE DE CARBONE MULTIFEUILLET (MWCNT)/MATÉRIAU À BASE DE HMS, QUI CONTIENNENT PRINCIPALEMENT DES PHASES HMS AVEC UNE RÉPARTITION HOMOGÈNE DE MWCNTS. IL A ÉTÉ DÉMONTRÉ QU' UNE RÉPARTITION FINE DES NANO-INCLUSIONS A JOUÉ UN RÔLE CRUCIAL DANS LA RÉDUCTION DE LA CONDUCTIVITÉ THERMIQUE À TRAVERS L'AMÉLIORATION DE LA DISSIPATION DES PHONONS DANS LES MATÉRIAUX À BASE DE HMS, RÉSULTANT EN UNE AUGMENTATION D'ENVIRON 20% DE L'EFFICACITÉ MAXIMALE POUR LA COMPOSITE MWCNT/MATÉRIAU À BASE DE HMS AVEC 1,0% EN MASSE DE MWCNT. LA SUBSTITUTION DU MOLYBDÈNE, DU TUNGSTÈNE, OU D'ARGENT SUR LES SITES DE Mn, ET DE GERMANIUM OU D'ALUMINIUM SUR LES SITES DE Si, A ÉTÉ ÉTUDIÉE POUR LES MATÉRIAUX À BASE DE HMS. LA MEILLEURE EFFICACITÉ THERMOÉLECTRIQUE ENTRE DIFFÉRENTS TENEURS DE Ge A ÉTÉ OBTENUE DANS LE MÉLANGE DE PHASE DE LA COMPOSITION NON STOECHIOMÉTRIQUE MnSi1.75Ge0.02, QUI A ENSUITE ÉTÉ CHOISI COMME LE MATÉRIAU DE BASE POUR LES AUTRES SUBSTITUTIONS. AUCUNE MODIFICATION ESSENTIELLE DES PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES N'A ÉTÉ OBSERVÉE, MAIS UNE DIMINUTION IMPORTANTE DE LA CONDUCTIVITÉ THERMIQUE DE RÉSEAU A ÉTÉ OBTENUE EN RAISON D'UNE MEILLEUR DISSIPATION DES PHONONS, AVEC LA PLUS GRANDE RÉDUCTION JUSQU' À 25% POUR LA SUBSTITUTION DU MOLYBDÈNE. LE FACTEUR DE MÉRITE MAXIMALE, ZT, ÉTAIT D'ENVIRON 0,40 POUR LE MATÉRIAU AVEC 2% DE MOLYBDÈNE SUR LES SITES DE Mn. LES VALEURS ZT MAXIMALES VARIANT DE 0,31 À 0,42 ONT ÉTÉ ATTEINTES POUR DIVERSES COMPOSITIONS PRÉPARÉES PAR L'ALLIAGE MÉCANIQUE, LE BROYAGE MÉCANIQUE, ET LE TRAITEMENT THERMIQUE DANS UN FOUR CONVENTIONNEL, AINSI QUE PAR LA RÉACTION À L'ÉTAT SOLIDE, QUI POURRAIENT ÊTRE AMÉLIORÉES PAR ÉLIMINER COMPLÈTEMENT LES PRODUITS SECONDAIRES. PAR LA SUITE, UN PROCESSUS SIMPLE ET EFFICACE A ÉTÉ UTILISÉ POUR LA SYNTHÈSE DE HMS NON DOPÉ, IMPLIQUANT LE BROYAGE À BILLES AVEC N-HEXANE DANS DES CONDITIONS DOUCES POUR OBTENIR DES MÉLANGE HOMOGÈNES D'ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS, ET LE FRITTAGE FLASH SUBSÉQUENTE POUR LA RÉACTION DIRECTE À L'ÉTAT SOLIDE. LES PARTICULES FINES OBTENUES APRÈS LE BROYAGE AVEC N-HEXANE ONT PERMIS D'AMÉLIORER LE TAUX DE RÉACTION PLUS TARD, RÉSULTANT DES MATÉRIAUX PURS DE HMS. EN CONSÉQUENCE, LE FACTEUR DE MÉRITE MAXIMAL ÉTAIT DE 0,55 À 850 K, UNE VALEUR ÉLEVÉE POUR UN HMS NON DOPÉ. DE PLUS, LES MONOCRISTAUX DE HMS ONT ÉTÉ PRÉPARÉS EN UTILISANT LE TRANSPORT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR À TRÈS FAIBLE RENDEMENT, MAIS LEURS MAUVAISES QUALITÉS ENTRAÎNÉ EN BASSE RÉSOLUTION DE DIFFRACTION DES RAYONS X SUR MONOCRISTAUX. LES MATÉRIAUX À BASE DE HMS, Y COMPRIS CEUX AVEC DES RATIOS ATOMIQUES Si/Mn DIFFÉRENTS ET DIVERS DOPANTS, PAR EXEMPLE, Ge, Al, Cr ET Mo, ONT ÉTÉ PRÉPARÉS POUR ETUDIER L'ÉVOLUTION STRUCTURALE ENGENDREE PAR UNE AUGMENTATION DE LA TEMPÉRATURE. LA FORMULE STRUCTURALE MOYENNE À LA TEMPÉRATURE AMBIANTE ET SA DÉPENDANCE DE LA TEMPÉRATURE ONT ÉTÉ FORTEMENT INFLUENCÉE PAR LA COMPOSITION DES MATÉRIAUX DE DÉPART AINSI QUE PAR LA NATURE DES DOPANTS. LES MESURES DES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES SUR LE COMPOSÉ MnSi1.75 ONT RÉVÉLÉ QU'UNE CORRÉLATION ENTRE LES PROPRIÉTÉS THERMOÉLECTRIQUES ET LA FORMULE STRUCTURALE MOYENNE DES MATÉRIAUX À BASE DE HMS POURRAIT ÊTRE ATTENDU.