Synthèse électrochimique de nanostructures à base de tellure pour la conversion thermoélectrique - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Electrochemical synthesis of tellurium-based nanostructures for thermoelectric conversion

Synthèse électrochimique de nanostructures à base de tellure pour la conversion thermoélectrique

Karen Al Hokayem

Abstract

Among the thermoelectric materials, tellurium has a high positive Seebeck coefficient (500 μV/K) at room temperature but with a relative high thermal conductivity (3 W/m.K). Nanostructuring is a solution to improve thermoelectric performances, as the lattice part of the thermal conductivity can be independently lowered. In this work, we synthesized self-standing Te nanostructures by electrodeposition technique, taking advantage of the templating properties of ionic liquids solvents. Single crystalline hexagonal nanostructures were systematically obtained with a preferential orientation along the [001] direction. By varying the conditions of electrodeposition, the size of nanostructures can be tuned. Finally, nanorods of 52 ± 11 nm in diameter and less than 300 nm long were grown by applying a small charge density. Tellurium nanorods were used as precursors of an additional synthesis step. Indeed, by simple redox reaction in Ag(I) or Cu(II) aqueous solution, Te nanostructures have been transformed into single crystalline nanorods Ag2+xTe and Cu1.75Te respectively. In the last part of the work, we tried to incorporate these nanostructures as well as graphene quantum dots in conductive polymer in order to realize flexible hybrid films. The latter should combine the interesting thermoelectric properties of the nanostructures and the low thermal conductivity as poly(3-hexylthiophene) (P3HT).
Parmi les matériaux thermoélectriques, le tellure possède un coefficient Seebeck positif élevé (500 μV/K) à température ambiante mais avec une conductivité thermique relativement élevée (3 W/m.K). La nanostructuration est une solution pour améliorer les performances thermoélectriques, la conductivité thermique de réseau pouvant être réduite. Dans ce travail, nous avons synthétisé des nanostructures de Te auto-supportées par électrodéposition en profitant de l'effet matrice des liquides ioniques. Des nanostructures hexagonales monocristallines ont été systématiquement obtenues avec une orientation préférentielle le long de la direction [001]. En appliquant notamment une faible densité de charge, leurs tailles ont pu être ajustées à 52 ± 11 nm de diamètre et à moins de 300 nm de long. Les nanobâtonnets de tellure ont été alors utilisés comme précurseurs d'une étape de synthèse supplémentaire. En effet, par simple réaction d'oxydo-réduction dans une solution aqueuse d'Ag(I) ou de Cu(II), les nanostructures de Te ont été transformées respectivement en nanobâtonnets monocristallins Ag2+xTe et Cu1,75Te. Dans la dernière partie du travail, nous avons tenté d'incorporer ces nanostructures ainsi que des graphène quantum dots, à conductivité électrique élevée, dans des polymères conducteurs afin de réaliser des films hybrides flexibles. Ces derniers combinent les propriétés thermoélectriques intéressantes des nanostructures et la faible conductivité thermique de polymère conducteur comme le poly(3-hexylthiophène) (P3HT).
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tel-04128686 , version 1 (14-06-2023)

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  • HAL Id : tel-04128686 , version 1

Cite

Karen Al Hokayem. Synthèse électrochimique de nanostructures à base de tellure pour la conversion thermoélectrique. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Lorraine, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LORR0315⟩. ⟨tel-04128686⟩
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