Cette thèse présente une étude théorique du transport de chaleur dans les matériaux composites nano poreux et nano fils ainsi qu'une étude théorique des propriétés thermoélectriques de l'alliage Si0:8Ge0:2 confrontée à des mesures expérimentales réalisées pour une partie, dans le cadre de l'étude.La première étude démontre que les alliages poreux affichent des réductions de conductivité thermique à des dimensions de pores beaucoup plus grandes que les matériaux poreux non alliés de même porosité nominale. Si on considère une taille de pores de 1000nm, la conductivité thermique de l'alliage Si0:5Ge0:5 avec 0:1 de porosité est deux fois plus faible que la conductivité thermique d'un matériau non poreux, alors que les pores plus petits que 100 nm sont nécessaires pour obtenir la même réduction relative dans le Si ou Ge pur. Nos résultats indiquent que les alliages nano poreux devraient être avantageux devant les matériaux nano poreux non alliés, et ceux pour les applications nécessitant une faible conductivité thermique, tels que les nouveaux matériaux thermoélectriques.La deuxième étude théorique sur la conductance thermique de nano fils révèle l'effet de la structure sur le transport des phonons. Avec un modèle théorique qui considère la dépendance en fréquence du transport des phonons, nous sommes en mesure quantitativement de rendre compte des résultats expérimentaux sur des nano fils droits et coudés dans la gamme de température qui montre qu'un double coude sur un fil réduit sa conductance thermique de 40% à la température de 5K. Enfin, nous avons procédé à une approche théorique des propriétés thermoélectriques des alliages SiGe frittés, en les comparant aux mesures expérimentales nouvelles et antérieures, tout en évaluant leur potentiel d'amélioration. L'approche théorique a été validée par comparaison de la mobilité prévue et la conductivité thermique prévues, en faisant varier la quantité de Ge et les concentrations de dopage, dans une gamme de température comprise entre 300 et 1000K. Nos calculs suggèrent qu'une optimisation par rapport à l'état de l'art actuel est possible pour le matériau de type n et type p, conduisant potentiellement à une augmentation de 6% (5%) du ZT _a 1000K et 25% (4%) _a température ambiante. Même des améliorations plus grandes devraient être possibles si la probabilité de diffusion des phonons aux joints de grains pouvait être augmentée au-delà de sa valeur actuelle de 10%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00576360 |
| Date | 01 October 2010 |
| Creators | Bera, Chandan |
| Publisher | Ecole Centrale Paris |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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