Synthèse, mise en forme et frittage de céramiques thermoélectriques de formulation In2-xGexO3
Institution:
CaenDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is focused on the relationships between manufacturing process, micro/nano structure and thermoelectric properties of electron doped In2-xGexO3 ceramics. For that purpose, the processing of nanopowders by soft chemistry (citrate gel process), ceramic forming process (Slip-casting) and fast sintering technique (microwave sintering) have been investigated. Compared to conventional synthesis process, the development of the citrate gel process allows to prepare homogeneous microstructures with improved thermoelectric properties. The figure of merit ZT of In2-xGexO3 compounds reaches values higher than 0. 3 at 1000 K. In order to increase the densification during sintering, the slip casting shaping process has been studied. Sintered compounds prepared by this technique exhibit densities closed to the theoretical value thanks to an optimized arrangement of particles in the green bulks. Otherwise, the development of microwave sintering enables the preparation of fine microstructures (grain size lower than 500 nm). Moreover, the conception of a thermoelectric device prepared with Ca3Co4O9 and Sn doped In2O3 compounds was also carried out. Output power of about 480 mW has been reached for a 56 legs module with a temperature difference of 550 K. The different results obtained during this PhD study appear to be interesting for the development of oxide compounds and oxide based thermoelectric devices with improved thermoelectric performances.
Abstract FR:
Ce travail de thèse porte sur l’étude des relations procédé, micro/nanostructures et propriétés thermoélectriques de composés oxydes de formulation In2-xGexO3. Dans ce contexte, des techniques de synthèse des poudres par chimie douce (procédé citrate), de mise en forme en milieu liquide (coulage en moule poreux) et de frittage non conventionnel des céramiques (frittage micro-ondes) ont été développées. Par comparaison à des procédés d’élaboration classiques, le développement du procédé citrate a permis la préparation de microstructures homogènes permettant d’optimiser les propriétés de transport. La figure de mérite ZT des composés In2-xGexO3 atteint ainsi des valeurs supérieures à 0. 3 à 1000 K. Afin de mieux contrôler la densification pendant le frittage, l’utilisation d’une technique de mise en forme par coulage en moule poreux a été expérimentée et des densités après frittage proches de la densité théorique ont pu être obtenues grâce à une mise en ordre optimisée des particules dans les composés crus. Le développement du frittage micro-ondes à ce type de matériau a par ailleurs permis d’obtenir des microstructures très fines (taille de grains inferieure à 500 nm). Un dispositif thermoélectrique (surface de 35 × 40 mm², 56 jambes) de formulations Ca3Co4O9 et In1. 994Sn0. 006O3 a été également réalisé. Celui-ci délivre une puissance de 480 mW pour un gradient de température de 550 K. Ces différentes études ouvrent des perspectives intéressantes dans l’élaboration de composés et de dispositifs thermoélectriques à base d’éléments oxydes présentant des performances accrues.