ANR NanoBiPelt : Composites de nanofils de Bismuth / silice nanoporeuse pour applications de type Peltier

_{ANR NACRI (Projet ANR : 2020-2024)}

Coordinateur du projet :

Claire Levelut, L2C, Montpellier

Partenaires :

L2C, Université de Montpellier
ICGM Université de Montpellier
Institut Neel Grenoble

ANR Collaborative Research Program (PRC) :

Contrat ANR- 19-CE09-0019-01
CE19 : Nano-objets et nanomatériaux fonctionnels, interfaces

Objectif du projet :

Développer de nouveaux nanocomposites pour des dispositifs de refroidissement à effet Peltier présentant des performances supérieures aux technologies actuelles.

*Carte EDX montrant la présence de bismuth dans les pores de l’alumine mésoporeuse*

La nanostructuration représente une voie prometteuse pour améliorer significativement l’efficacité des meilleurs matériaux thermoélectriques, notamment dans les dispositifs Peltier. En particulier, des calculs théoriques réalisés il y a une vingtaine d’années avaient prédit que des nanofils de Bi-Sb de très faible diamètre pouvaient présenter des propriétés thermoélectriques exceptionnelles.

Dans ce projet, des nanofils de Bi-Sb de 0,5 à 5 nm de diamètre sont intégrés dans les pores de matrices mésoporeuses (zéolithes, silices ou alumines) afin de renforcer les propriétés électroniques du bismuth tout en réduisant fortement sa conductivité thermique. Cette approche permet d’augmenter de manière significative le facteur de mérite ZT des alliages Bi-Sb, déjà parmi les meilleurs matériaux thermoélectriques pour la plage de température 100–300 K sous forme massive.

Une méthode innovante de fabrication sous haute pression et haute température est utilisée pour obtenir des nanofils cristallins homogènes de faible diamètre. Leur structure et leurs propriétés physiques, en particulier leurs performances thermoélectriques, sont étudiées en fonction du diamètre des nanofils. Le confinement des nanofils est analysé grâce à des micro-spectroscopies vibrationnelles, telles que l’IR et le Raman.

Les performances thermoélectriques de ces nanocomposites sont ensuite quantifiées afin de concevoir des dispositifs de refroidissement efficaces, sans recourir à des fluides cryogéniques.