Elaboration et étude des propriétés thermoélectriques de nanomatériaux thermoélectriques 3D – 3D-ThermoNano

Le projet 3D-ThermoNano est consacrée à la fabrication et la caractérisation de matériaux nanostructurés tridimensionnels et ce pour des applications à température ambiante. Ce travail s’inscrit dans une démarche d’innovation visant à améliorer le rendement énergétique des éléments thermoélectriques par leur nanostructuration. L’avantage de ces nanostructures 3D réside dans leurs manipulations aisées du fait de leurs dimensions externes macroscopiques et leurs stabilités mécaniques, tout en conservant leurs performances liées à leurs faibles dimensionnalités. L'approche expérimentale est basée sur les compétences complémentaires de trois laboratoires et se concentrera sur l'élaboration de structures 3D via deux approches : la lithographie colloïdale et la lithographie 2 photons, chacune étant combinée avec la synthèse électrochimique. Une étape préalable de modélisation, par calculs analytiques et éléments finis, du transport thermique sera réalisée visant notamment étudier l’influence du design sur les échanges thermiques. Pour ces matériaux, il est attendu une baisse significative de leur conductivité thermique par rapport à leurs homologues massifs, comme c’est déjà le cas pour des mousses métalliques et pour des films de basse épaisseur en raison de la diffusion des phonons aux interfaces. L’autre point clé du projet repose sur la nature chimique des matériaux utilisés. En effet il s’agira ici de réaliser des structures à base de composés IV-VI, en remplacement des matériaux de référence de la famille de tellurure de bismuth. Ces derniers, bien qu’étant les plus performants pour une température de fonctionnement aux alentours 300K, possèdent des problèmes environnementaux dont notamment leurs abondances. Ainsi l’intérêt de ce travail vise à étudier le potentiel de composés alternatifs plus abondants avec une structure tridimensionnelle.