Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Synthèse, Propriétés & Modélisation des Matériaux - SP2M

Oxydes à propriétés remarquables

Notre groupe est composé d’un professeur (Nita Dragoe) ; deux maitres de conférences, David Bérardan ; Nghi Pham), une assistante ingénieur (Céline BYL).

Nous étudions des composés oxydes pouvant présenter des propriétés physiques intéressantes (supraconductivité, thermoélectricité …). La non-stœchiométrie en oxygène et la nanostructuration de ces composés modifient notablement ces propriétés physiques.

 

Nanostructuration

L'utilisation de matériaux nanostructurés pour la thermoélectricité constitue une étape clé pour l'amélioration des performances.
Nos projets actuels concernent des oxydes connus comme étant de bons thermoélectriques à l’échelle micrométrique que nous étudions à l’échelle nanométrique. Nous étudions l’effet de la taille, de la forme, du dopage et de la surface sur les propriétés thermoélectriques.

Préparation de matériaux nanostructurés

Nous travaillons sur l’effet de forme, de taille ou encore du dopage sur les propriétés thermoélectriques. Différentes voies de synthèse par chimie douce (co-précipitation, utilisation de surfactants, sol-gel, synthèse hydrothermale...) sont mise en œuvre pour obtenir les composés à étudier. La taille et la forme des particules peuvent être contrôlée en modifiant les conditions réactionnelles telles que la température, la concentration, le solvant, la nature de l’agent complexant ou du surfactant. Nous caractérisons par microscopie électronique et diffraction des  rayons X les composés obtenus.

Created by Digital Micrograph, Gatan Inc.
Exemple d’un composé dont la forme et la taille diffèrent en fonction de la méthode de synthèse choisie (précipitation ou utilisation d’un agent complexant)

Le Frittage SPS (spark plasma sintering)

La mesure des propriétés thermoélectriques est réalisée sur des composés denses. En effet, il est bien connu que la conductivité électrique est fortement diminuée lorsqu’un échantillon est mal densifié. Notre objectif est d’optimiser le frittage des nanoparticules (cycles de température, application de pression…) pour garder le caractère nanométrique des grains et obtenir des pastilles denses. Pour atteindre cet objectif, le SPS constitue un outil de choix. Il permet en effet d’effectuer des rampes de températures très rapides (jusqu’à 300°C/minute) avec un chauffage à l’intérieur même de l’échantillon par l’application de pulse de courant, ce qui occasionne un abaissement de la température de frittage tout en diminuant de manière importante la durée du cycle de température, minimisant ainsi la croissance cristalline.