Propriétés physiques de skuttérudites remplies type CeyFe4-xNixSb12 en relation avec leurs potentialités d'applications dans le domaine thermoélectrique

MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Etude de matériaux de type skutterudites pour des applications thermoélectriques (Essai de réalisation d'un module thermoélectrique)

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Étude de matériaux composites à base de nanosiliciures de métaux de transition pour la thermoélectricité

L'alliage Si-Ge est utilisé depuis de nombreuses années dans les modules thermoélectriques dans les sondes spatiales de la NASA. Ils convertissent la chaleur résultant de la désintégration radioactive de matériaux riches en un ou plusieurs radio-isotopes en électricité. Cet alliage est performant à haute température (à partir de 700 C), c'est pourquoi il trouve également un fort intérêt dans l'industrie automobile. De nombreuses recherches dans ce secteur s'orientent vers la thermoélectricité, notamment vers des modules fonctionnant à haute température pour permettre la réduction de consommation de carburant.La meilleure composition de l'alliage en thermoélectricité est Si0,8Ge0,2. Le facteur de mérite réduit (ZT) de ces matériaux est généralement proche de 0,75 et de 0,45 à 700 C pour les types n et p respectivement. Le germanium étant très onéreux, la composition retenue dans cette étude est Si0,92Ge0,08. Pour améliorer les performances de la composition choisie et se rapprocher de celles de la meilleure composition, la voie retenue est l'incorporation de nanoinclusions à base de siliciures de molybdène dans le matériau, permettant la diminution de la conductivité thermique.L'alliage Si-Ge est synthétisé par mécanosynthèse, et densifié par SPS. Les dopants utilisés sont le phosphore et le bore pour les types n et p respectivement. Le taux de dopage optimal est de 0,7 %. Ainsi, les ZT obtenus à 700 C sont égaux à 0,7 et 0,5 pour les types n et p respectivement. La nature des inclusions stables dans la matrice est déterminée par la méthode CalPhad qui permet l'obtention du diagramme ternaire Mo-Si-Ge. La phase MoSi2 apparait alors comme étant la seule phase stable dans la matrice Si0,92Ge0,08. La fraction volumique optimale de molybdène est de 1,3 % lorsque les matériaux sont densifiés à 1280 C. Le ZT obtenu est supérieur à 1 à 700 C pour le type n, et proche de 0,8 pour le type p. L'ajout de nanoinclusions a permis d'augmenter les performances de 43 % et de 60 % à 700 C.Si-Ge alloys has been used for many years in the thermoelectric modules in the NASA space probes in which they convert heat produced by the radioactive decay of a heat source into electricity. This alloy is effective at high temperature (from 700 C), so it is also a strong interest in the automotive industry. The strong incentive in this area to reduce fuel consumption leads researchers to develop thermoelectric modules that can operate at high temperatures. The composition at which SiGe alloys are the most thermoelectrically efficient is Si0.8Ge0.2. Their figure of merit (ZT) is generally close to 0.75 and 0.45 at 700 C for type n and p respectively. As Germanium is very expensive, this study aims to develop a Si0.92Ge0.08 alloy that can compare to the existing Si0.8Ge0.2 alloys. To get to a higher level of performance, the thermal conductivity of the chosen composition has to be decreased, which is done by incorporating molybdenum silicides in the Si0.92Ge0.08 alloys.The Si-Ge alloy was synthesized by mechanical alloying, and sintered by SPS. The dopants used are phosphorous and boron for the n and p types respectively. The optimal doping level is 0.7%. ZT obtained for Si0.92Ge0.08 base alloys at 700 C are equal to 0.7 and 0.5 for n and p types respectively. The nature of stable inclusions in the matrix has been determined by the CALPHAD method to obtain the ternary diagram Mo-Si-Ge. Then, the MoSi2 phase appears to be the only stable phase in the matrix Si0.92Ge0.08. The optimum volume fraction of molybdenum was 1.3% when the materials are sintered at 1280 C. Therefore, the ZT obtained is higher than 1 at 700 C for n-type and close to 0.8 for p-type. Adding nanoinclusions has increased performance by 43% (n-type) and 60% (p-type) at 700 C.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Phases transformations and magnetic properties in the Fe-Co-Sb ternary system

La transformation de phase des alliages ternaires dans le système ternaire de Fe-Co-Sb est propriétés magnétiques de ces alliages ont été étudiées. Une solution solide existe dans tous le domaine CoSb - Fe0.56Sb0.44 par substitution aux sites 2a et l occupation des sites 2d par les ions Fe excédentaires ce qui stabilise la structure non stoechiomètrique. La substitution de Co par Fe dans la skutterudite CoSb3 (D02) est limitée à Fe = 5 at.%. Entre CoSb et Fe0.56Sb0.44, les alliages sont un comportement de spin-glass et spin-glass re-entrant. Pour 0 < x < 0.2, les composes Co1-xFexSb3 montrent un comportement comme semiconducteur semimagnétiques. Les ions Fe3+, en configuration bas-spin sont couplés par une interaction d échanger entre plus proche voisin antiferromagnétique | J | /kB ~20.5 KPhase transformation in some vertical sections and magnetic properties of ternary alloys in Fe-Co-Sb ternary system has studied. The solid solution is formed between CoSb and Fe0.56Sb0.44 by substituting atoms at 2a and occupying voids at 2d sites which stabilizes the non-stoichiometric structure. Fe = 5 at.% is the limit of solid solution of D02 phase. The magnetic properties of samples between CoSb and Fe0.56Sb0.44 show spin-glass and reentrant spin-glass behavior. Co1-xFexSb3 for 0 < x < 0.2 shows the semimagnetic semiconductor in which the Fe3+ ions in a low-spin state are coupled by an antiferromagnetic nearest-neighbor exchange interaction | J | /kB ~ 20.5 KMONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

The contribution of solid-state chemistry in the determination of multicomponent phase diagrams

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Wet Chemical Synthesis of Highly Aligned ZnO Nanowires with Optical Properties

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Wet Chemical Synthesis of Highly Aligned ZnO Nanowires with Optical Properties

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Diffusion barriers for CeFe4Sb12/Cu thermoelectric devices

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Biodiversité végétale précoce de cinq affluents de la Sélune dans la vallée renaturée de Vezin (Normandie)

International audienceThe restoration of the ecological continuity of the Sélune river is a management project of the French ministry of ecology that is removing two large hydroelectric dams (36 m high and 16 m high) and that is unprecedented in Europe. The scientific program includes an analysis of the spontaneous recolonization of the river margins of the neo-valley of Vezin after the lake disappeared (a length of 19 km and an area of 160 ha). The second downstream dam of la Roche-qui-Boit will be destroyed later, after the success of the first Vezin dam removal. The Sélune River is a 85 km long coastal river in Normandie (northwestern France). It flows from Saint-Cyr-du-Bailleul (elevation of 175 m) to the Bay of Mont Saint-Michel and the English Channel. This low-energy river has a mean annual discharge of 10 m3/s, which ranges from 3.1 m3/s in August to 20.2 m3/s in February on average. Its pluvial hydrological regime is characterized by winter floods. Its watershed of 1107 km² mainly occurs in rural areas caracterised by intensive farming (mixed crop-livestock farming and dairy farming) and agro-industrial activities. The climate of the region is temperate and hyperoceanic with an annual mean temperature of 12°C. Although mean annual precipitations is 800 mm, the study year was a dry one (695 mm in 2017). The growing season lasts from April to September. The Sélune River has been greatly impacted by its two large hydroelectric dams built in the early 20th century: the Vezins dam located upstream (36 m high and 278 m wide) and the La Roche-qui-Boit dam located down-stream (16 m high and 129 m wide). Although there was a period of conflict over the dismantling project, the dams are expected to be removed by 2019 and 2021 respectively. The Sélune River will flow continuously again, and both 25 km of the river channel and 181 ha of the river valley (the combined dimensions of the two reservoirs) could return to a more natural state. In the pre-removal period, a showcase engineering project focused on reservoir draining and sediment management (i.e., channel widening and in situ storage involving local-level riverbank profiling) has been conducted to avoid sediment erosion; it was a response to environmental and societal issues, as well as concerns over cultural heritage, related to the presence of the Mont Saint-Michel. The Sélune project is thus employing both a “passive hydrological” approach and an “active geomorphic” restoration method. Successive levels of the emptying of the lake of Vezin have gradually exposed the sediment beaches of the neo-valley (2015-2018). The huge civil engineering works were performed in the river bed. A storage of sediments by localized reshaping of the banks allowed the prevention of erosive risk (potential removal of 700 000 m3 of mobilizable sediment). These sediments, which we want to block in the neo-valley, constitute pioneer environments opened to plant recolonization. The two years of monitoring (2017-2018) aimed to observe the spatial pattern and the trajectory of spontaneous plant communities from the structural, ecological and taxonomic points of view. The spontaneous plant communities of the neo-banks of the main course of the Sélune in the old dam lake (19 km by two banks, Strahler number 5) are different from those of the five main tributary streams of the neo-valley (a few hundred meters each within the new valley, Strahler numbers from 1 to 3). These small streams contribute to the recruitment of a spontaneous riparian flora different from that of the 38 km of banks of the main course of Sélune. These ecological engineering results reinforce the possibility of passive ecological restoration of the banks of the neo-valley, with the assurance of obtaining a mosaic of riparian habitats.La restauration de la continuité écologique du fleuve Sélune se traduit par un aménagement actif correspondant à l’arasement de deux grands barrages hydroélectriques (hauteurs de 36 m et 16 m) sans précédent en Europe. Le programme scientifique comprend une analyse de la recolonisation spontanée de l’ancien lac de Vezin (une longueur de 19 km pour une superficie de 160 ha). Des baisses de niveaux successives ont dénoyé progressivement les plages de sédiments de la néo-vallée (2015-2018). Un creusement du lit mineur, un stockage des sédiments par reprofilage localisé des berges (travaux de génie civil) ont permis la prévention du risque érosif (emportement potentiel de 700 000 m3 de sédiments mobilisables). Ces vases exondées, que l’on veut bloquer dans la néo-vallée, constituent des milieux pionniers ouverts à la recolonisation végétale. Les deux années de suivi (2017-2018) visent à observer le patron spatial et la trajectoire des communautés végétales spontanées des points de vue structurel, écologique et taxonomique. Les communautés végétales spontanées des néo-rives du cours principal de la Sélune dans l’ancien lac de barrage (19 km × 2 berges, Ordre de Strahler [OD] de 5) sont différentes de celles des cinq principaux ruisseaux affluents de la néo-vallée (de quelques centaines de mètres chacun au sein de la nouvelle vallée, OD de 1 à 3). Ces petits ruisseaux contribuent au recrutement d’une flore riparienne spontanée différent de celui des 38 km de rives du cours principal de la Sélune. Ces résultats de génie écologique renforcent la possibilité d’une restauration écologique passive des berges de la néo-vallée, avec l’assurance de l’obtention d’une mosaïque d’habitats ripariens