Thermoelectric materials convert temperature gradients into electricity and vice-versa. These materials utilize the Seebeck effect for power generation and function without moving parts and are highly reliable. The efficiency of thermoelectric devices is related to the dimensionless figure of merit for the constituent materials, defined as where S is the Seebeck coefficient, is the electrical conductivity, is the thermal conductivity and T is the temperature. Maximizing ZT is very challenging because of interdependence of parameters, for example, increasing the electrical conductivity by increasing the carrier concentration invariably lowers S and vice versa. Presently numerous thermoelectric materials are being investigated by different research groups. Despite having high thermal conductivity, half-Heusler materials are promising candidates for thermoelectric applications due to their relatively high power factor () and the ability to tune the thermal and electrical properties through substitutional doping. 2S In this research work, I have investigated the synthesis and transport properties of half Heusler series Zr 0.5Hf0.5Ni1-xPdxSn0.99Sb0.01 (0≤x≤1). Also the role of NiO and HfO2 nanoinclusions in half –Heusler matrix were studied. The half Heusler samples were prepared by solid state reaction. Resistivity, Seebeck coefficient and thermal conductivity were measured for all samples over a temperature range from room temperature to 750K. Hall effect measurements at room temperature were also performed. Addition of NiO inclusions did result in an improvement in ZT whereas addition of 3% vol HfO2 in Zr0.5Hf0.5Ni0.8Pd0.2Sn0.99Sb0.01 showed 19% improvement in ZT.

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une étude sur les matériaux massifs thermoélectriques nanostructurés, composés dont les propriétés peuvent potentiellement être améliorées grâce aux nombreuses interfaces. Il concerne la réalisation et la caractérisation de composites à matrices skutterudites (CoSb3 ou In0,4Co4Sb12) contenant différents taux d’inclusions nanométriques de PbTe ou de ZnO. Des techniques de métallurgie des poudres et de fracturation laser en milieu liquide ont été conjuguées à divers moyens de caractérisation (RX, MEB, MET) pour mettre au point le protocole d’élaboration des matériaux. L’observation des microstructures des composites a révélé que l’étape de dispersion des particules dans le matériau est la plus délicate de la préparation. Celles-ci forment des amas localisés aux joints de grains. La porosité est également relativement importante lorsque le taux d’inclusions est élevé en particulier avec ZnO. Les propriétés électriques (pouvoir thermoélectrique, résistivité électrique, effet Hall) et thermiques (conductivité thermique) ont été mesurées sur une large gamme de température (2-800 K) puis corrélées aux microstructures. L’analyse des résultats a permis de montrer que le PbTe tend à dégrader les propriétés électriques des deux matrices du fait notamment d’une réaction des nanoparticules avec les skutterudites. Par contre, l’ajout de ZnO semble plus prometteur même s’il est difficile de conclure définitivement quant à son rôle réel compte tenu de la complexité des microstructures (défauts, pores, joints de grains). Un modèle théorique développé afin de mieux comprendre l’impact des tailles de particules sur les propriétés thermiques a mis en évidence qu’il est plus intéressant de travailler avec des skutterudites partiellement remplies plutôt qu’avec CoSb3 puisque les inclusions affectent majoritairement les phonons les moins énergétiques. Les tendances qui se dégagent de cette étude vont plutôt dans le sens d’une détérioration des propriétés avec ce type de nanostructuration lorsque les taux de nanoparticules excèdent quelques pourcents mais l’utilisation de quantités plus faibles et une porosité mieux maîtrisée pourrait avoir un effet positif / This work was carried out as part of a study on nanostructured bulk thermoelectric materials, compounds whose properties can potentially be improved with many interfaces. It is related to the synthesis and characterization of skutterudites (CoSb3 or In0.4Co4Sb12) containing nanoinclusions of PbTe or ZnO. Techniques of powder metallurgy and laser fragmentation in liquid medium were combined to X-rays diffraction analyses, SEM and TEM observations to develop the experimental procedure for the preparation of materials. The microstructures of the composites show that the dispersion step is the most difficult part of the preparation as it leads to agglomerates located at the grain boundaries. The porosity is also relatively large when the quantity of inclusions is high especially with ZnO. The electrical and thermal properties (thermoelectric power, electrical resistivity, Hall effect, thermal conductivity) have been measured over a wide temperature range (2-800 K) and correlated with the microstructures. The results analysis showed that PbTe tends to degrade the electrical properties of the two matrixes because of a reaction between the nanoparticles and the skutterudites. Contrarily, the addition of ZnO seems more promising although it is difficult to conclude definitively on its effectiveness given the complexity of the microstructures (defects, pores, grain boundaries). A theoretical model developed to better understand the impact of the particle sizes on the thermal properties showed that it is more interesting to work with partially filled skutterudites instead of pure CoSb3 since the inclusions mostly affect the scattering of long wavelength phonons. The trends that emerge from this study are rather in the sense of a deterioration of the thermoelectric properties with this type of nanostructure when the quantities of nanoparticles exceed a few percentage. The use of smaller quantities and a better controlled porosity should be considered

L'alliage Si-Ge est utilisé depuis de nombreuses années dans les modules thermoélectriques dans les sondes spatiales de la NASA. Ils convertissent la chaleur résultant de la désintégration radioactive de matériaux riches en un ou plusieurs radio-isotopes en électricité. Cet alliage est performant à haute température (à partir de 700 °C), c'est pourquoi il trouve également un fort intérêt dans l'industrie automobile. De nombreuses recherches dans ce secteur s'orientent vers la thermoélectricité, notamment vers des modules fonctionnant à haute température pour permettre la réduction de consommation de carburant.La meilleure composition de l'alliage en thermoélectricité est Si0,8Ge0,2. Le facteur de mérite réduit (ZT) de ces matériaux est généralement proche de 0,75 et de 0,45 à 700 °C pour les types n et p respectivement. Le germanium étant très onéreux, la composition retenue dans cette étude est Si0,92Ge0,08. Pour améliorer les performances de la composition choisie et se rapprocher de celles de la meilleure composition, la voie retenue est l'incorporation de nanoinclusions à base de siliciures de molybdène dans le matériau, permettant la diminution de la conductivité thermique.L'alliage Si-Ge est synthétisé par mécanosynthèse, et densifié par SPS. Les dopants utilisés sont le phosphore et le bore pour les types n et p respectivement. Le taux de dopage optimal est de 0,7 %. Ainsi, les ZT obtenus à 700 °C sont égaux à 0,7 et 0,5 pour les types n et p respectivement. La nature des inclusions stables dans la matrice est déterminée par la méthode CalPhad qui permet l'obtention du diagramme ternaire Mo-Si-Ge. La phase MoSi2 apparait alors comme étant la seule phase stable dans la matrice Si0,92Ge0,08. La fraction volumique optimale de molybdène est de 1,3 % lorsque les matériaux sont densifiés à 1280 °C. Le ZT obtenu est supérieur à 1 à 700 °C pour le type n, et proche de 0,8 pour le type p. L'ajout de nanoinclusions a permis d'augmenter les performances de 43 % et de 60 % à 700 °C. / Si-Ge alloys has been used for many years in the thermoelectric modules in the NASA space probes in which they convert heat produced by the radioactive decay of a heat source into electricity. This alloy is effective at high temperature (from 700 °C), so it is also a strong interest in the automotive industry. The strong incentive in this area to reduce fuel consumption leads researchers to develop thermoelectric modules that can operate at high temperatures. The composition at which SiGe alloys are the most thermoelectrically efficient is Si0.8Ge0.2. Their figure of merit (ZT) is generally close to 0.75 and 0.45 at 700 °C for type n and p respectively. As Germanium is very expensive, this study aims to develop a Si0.92Ge0.08 alloy that can compare to the existing Si0.8Ge0.2 alloys. To get to a higher level of performance, the thermal conductivity of the chosen composition has to be decreased, which is done by incorporating molybdenum silicides in the Si0.92Ge0.08 alloys.The Si-Ge alloy was synthesized by mechanical alloying, and sintered by SPS. The dopants used are phosphorous and boron for the n and p types respectively. The optimal doping level is 0.7%. ZT obtained for Si0.92Ge0.08 base alloys at 700 °C are equal to 0.7 and 0.5 for n and p types respectively. The nature of stable inclusions in the matrix has been determined by the CALPHAD method to obtain the ternary diagram Mo-Si-Ge. Then, the MoSi2 phase appears to be the only stable phase in the matrix Si0.92Ge0.08. The optimum volume fraction of molybdenum was 1.3% when the materials are sintered at 1280 °C. Therefore, the ZT obtained is higher than 1 at 700 °C for n-type and close to 0.8 for p-type. Adding nanoinclusions has increased performance by 43% (n-type) and 60% (p-type) at 700 °C.

Η παρούσα εργασία αναφέρεται σε νανοσύνθετα βιο-αποικοδομήσιμα οργανικά πολυμερή, με κύρια πολυμερική μήτρα το πολυγαλακτικό οξύ (PLA). Η ερευνητική κοινότητα δείχνει μεγάλο ενδιαφέρον για την χρήση και την ανάπτυξη των βιοδιασπώμενων πολυμερών. Με αυτά αναμένεται να μειωθούν οι επιπτώσεις των πλαστικών υλικών στο περιβάλλον. Στην βιβλιογραφία υπάρχει μεγάλη δραστηριότητα για την ανάλυση του ανθρακικού αποτυπώματος των διασπώμενων πολυμερών. Επίσης, η ερευνητική κοινότητα εστιάζει την προσοχή της και στην μελέτη των ιδιοτήτων των βιοδιασπώμενων πολυμερών. Στο μέλλον αναμένεται να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν σε τομείς που τώρα, λόγω των περιορισμένων μήχανικών τους ιδιοτήτων δεν εφαρμόζονται. Βασικό αντικείμενο μελέτης στην εργασία αυτή ήταν η αλληλεπίδραση οργανικών σφαιρικών νανοσωματιδίων από πολυ(οξικό βινυλεστέρα) με το πολυγαλακτικό οξυ. Για να δημιουργηθεί μια εικόνα της συμπεριφοράς του πολυγαλκατικού οξέος σαν πολυμερική μήτρα, συντέθηκαν και αξιολογήθηκαν μίγματα απο ομοπολυμερή πολυ(οξικού βινυλεστέρα) (PVAc) πολυβινυλικης αλκοόλης (PVOH) και πολυαμιδίου (PA11, PA12). Ύστερα παρασκευάσθηκαν νανοσύνθετα φιλμ απο νανοσωματίδια δικτυωμένου πολυστυρολίου (NPs-PS), δικτυωμένου πολυ(οξικού βινυλεστέρα) (NPs-PVAc) και νανοσωματίδια δικτυωμένης παλυ(βινυλικής αλκοόλης) (με βαθμούς υδρόλυσης H.D.: 100, 50, 48 και 38%). Εν συνεχεία, στην πολυμερική μήτρα απο PLA εισήχθησαν νανοδομές δικτυωμένου πολυ(στυρενοσουλφονικού δεκαέξυλου τριμεθυλαμμωνίου) (PSSAmC16-ΑΝ) σε διάφορες αναλογίες (1, 2, και 5%) και νανοδομημένα δίκτυα δικτυωμένου πολυστυρολίου (PS-NN). Τέλος οι μηχανικές ιδιότητες όλων των φιλμ αξιολογήθηκαν μέσω δοκιμής τάσης-εφελκυσμού και τα μορφολογικά τους χαρακτηριστικά μελετήθηκαν μέσω της ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας σάρωσης SEM. / The scientific community shows great interest in the use and development of biodegradable polymers, due to their low impact on the environment. In literature there is plenty of research activity on the analysis of biodegradable polymers in comparison to the CO2 emission during the life cycle of polymer products. The carbon footprint of biodegradable polymers is far smaller than those of conventional polymers. The biodegradable materials are so desirable because these are expected to overcome significant problems such as environmental pollution, waste management issues which are created by plastics, as well as their oil dependence. Thus, the research community is focused on the study of the properties of biodegradable polymers and their potential use in applications where their design is mainly limited by the material's mechanical properties, such as modulus, strength and other characteristic properties of the behavior of the polymers (such as miscibility, optical transparency and barrier properties). In the present work blends of PLA with the homopolymers polystyrene (PS), polyvinyl acetate (PVAc) and polyamides (PA11, PA12) were made and the quality of the synthesized films was assessed. In a further step, spherical organic nanoparticles of PS, PVAc (either non-hydrolyzed or hydrolyzed with hydrolysis degree H.D.: 100, 50, 48 and 38%) as well as assymetric nanostructures of polystyrene sulfonate ammonium salt (PSSAmC16-AN) and PS-NN were incorporated into the PLA matrix in various percentages (1, 2, and 5%). Afterwards the mecahanical properties of the blends were evaluated by stress-strain measurements, whereas their morphological characteristics were tested through scanning electron microscopy (SEM).

Yes / This paper investigated the bond strength of eight nanoinclusions reinforced concrete with old concrete through a splitting tensile test. The reinforcing mechanisms of bond due to nanoinclusion was also explored by means of scanning electron microscope and energy dispersive spectrometer. A prediction model for the bond strength between nanoinclusion reinforced concrete with old concrete substrate was developed and calibrated against the experimental results obtained. The experimental results indicated that bond strength between nanoinclusions reinforced concrete and old concrete can reach 2.85 MPa, which is 0.8 MPa/39.0% higher than that between new concrete without nanoinclusions and old concrete. The reinforcing mechanisms can be attributed to the enrichment of nanoinclusions in the new-to-old concrete interface, compacting the interfacial microstructures and connecting hydration products in micropores of old concrete with that in bulk new concrete. In addition, the prediction model proposed on the basis of reinforcing mechanisms can accurately describe the relationship of the nanoinclusion content and the bond strength of nanoinclusions reinforced concrete with old concrete.

L'alliage Si-Ge est utilisé depuis de nombreuses années dans les modules thermoélectriques dans les sondes spatiales de la NASA. Ils convertissent la chaleur résultant de la désintégration radioactive de matériaux riches en un ou plusieurs radio-isotopes en électricité. Cet alliage est performant à haute température (à partir de 700 °C), c'est pourquoi il trouve également un fort intérêt dans l'industrie automobile. De nombreuses recherches dans ce secteur s'orientent vers la thermoélectricité, notamment vers des modules fonctionnant à haute température pour permettre la réduction de consommation de carburant.La meilleure composition de l'alliage en thermoélectricité est Si0,8Ge0,2. Le facteur de mérite réduit (ZT) de ces matériaux est généralement proche de 0,75 et de 0,45 à 700 °C pour les types n et p respectivement. Le germanium étant très onéreux, la composition retenue dans cette étude est Si0,92Ge0,08. Pour améliorer les performances de la composition choisie et se rapprocher de celles de la meilleure composition, la voie retenue est l'incorporation de nanoinclusions à base de siliciures de molybdène dans le matériau, permettant la diminution de la conductivité thermique.L'alliage Si-Ge est synthétisé par mécanosynthèse, et densifié par SPS. Les dopants utilisés sont le phosphore et le bore pour les types n et p respectivement. Le taux de dopage optimal est de 0,7 %. Ainsi, les ZT obtenus à 700 °C sont égaux à 0,7 et 0,5 pour les types n et p respectivement. La nature des inclusions stables dans la matrice est déterminée par la méthode CalPhad qui permet l'obtention du diagramme ternaire Mo-Si-Ge. La phase MoSi2 apparait alors comme étant la seule phase stable dans la matrice Si0,92Ge0,08. La fraction volumique optimale de molybdène est de 1,3 % lorsque les matériaux sont densifiés à 1280 °C. Le ZT obtenu est supérieur à 1 à 700 °C pour le type n, et proche de 0,8 pour le type p. L'ajout de nanoinclusions a permis d'augmenter les performances de 43 % et de 60 % à 700 °C.