thesis

Novel chalcogenides for thermoelectric conversion

Defense date:

Jan. 1, 2013

Edit

Institution:

Caen

Disciplines:

Abstract EN:

The focus of this thesis work is the exploratory preparation of novel chalcogenides as potential thermoelectric materials and the analyses of their physical properties. A thermoelectric material is capable of converting heat to electricity or vice versa. Usually, narrow band gap semiconductors are good candidates for thermoelectric applications, because such materials have large Seebeck coefficient, reasonably high electrical conductivity and low thermal conductivity. In this work, two different systems were studied, intermetallic pseudo hollandite structures and layered CdI2 type structures. In the large family of pseudo hollandite systems, we mainly focused on thallium systems in which the solid solution TlxCr5Se8 and TlCr5Se8-xTex have been synthesized. In CdI2 structures, we focused our investigation on transition metal selenides for their rather semiconducting properties. Therefore we embarked on the systematic study of AgCrSe2, TiS2 and TiSe2. In addition, the effect on physical properties using different intercalated elements (Ag and Cu) in TiSe2 chalcogenides were studied. All these samples are prepared by the solid state reaction. The purity of the samples was confirmed by powder X-ray diffraction data, physical and thermal properties were measured on Spark Plasma Sintered (SPS) samples. Low thermal conductivity as well as competitive power factors was observed in these chalcogenides. The highest zT of 0. 54 is achieved in titanium dichalcogenides for the composition of Cu0. 05TiS1. 5Se0. 5 at 700K. Our results show that these structures are potential for future thermoelectric materials research.

Abstract FR:

Ce travail de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux chalcogénures à propriétés thermoélectriques. Deux familles de matériaux ont été étudiées : les composés à structure pseudo-Hollandite et les composés en couches de type CdI2. Dans ces premiers, les études se sont principalement portées sur les structures à base de thallium de formulation TlxCr5Se8 and TlCr5Se8-xTex. L’influence de la non stoichiometrie en Tl ainsi que de la solution solide Sélénium-Tellure sur les propriétés électriques et thermiques a principalement été abordée. Pour les composés de structure de base CdI2, une étude systématique de substitution et intercalation chimique a été menée. Les meilleurs résultats sont rapportés dans le composé Cu0. 05TiS1. 5Se0. 5 avec une valeur de ZT de 0. 54 à 700K. D’une manière générale, ce travail de thèse démontre l’importance de la formulation chimique sur les propriétés électriques (Taux de porteurs) mais aussi sur la contribution phonique à la conductivité thermique (désordre structural). Ces résultats encourageant ont ouverts une voie dans la recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques, notamment à base de chalcogénes, pour des utilisations futures dans des applications thermoélectriques. Ce travail démontre également que la recherche fondamentale de nouveaux composés et de nouvelles structures peut toujours permettre la découverte de matériaux aux propriétés intéressantes.