Découverte d'une méthode rapide pour obtenir des matériaux thermoélectriques

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Expérience, image d'illustration - Sputnik France
Des chercheurs ont élaboré une méthode permettant d'obtenir rapidement de nouveaux matériaux thermoélectriques à base d'oxysélénides BiCuSeO, en 10 heures environ et sans perte de qualité.

Des chercheurs de l'Université nationale de science et de technologies MISiS, en collaboration avec leurs confrères de l'Académie des sciences de Russie, de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, de l'Université d'État de l'Oural du Sud et de l'Institut national de science des matériaux (Japon) ont mis au point une méthode permettant d'obtenir de nouveaux matériaux thermoélectriques à base d'oxysélénides BiCuSeO (bismuth-cuivre-sélène-oxygène) rapidement et sans perte de qualité. L'article présentant cette étude a été publié dans la revue Journal of Alloys and Compounds.

© Photo Service de presse de l'université MISiSOxysélénides BiCuSeO
Oxysélénides BiCuSeO - Sputnik France
Oxysélénides BiCuSeO

Les matériaux thermoélectriques sont des alliages de métaux ou des corps composés capables de transformer directement l'énergie thermique en énergie électrique et inversement. Ils sont utilisés actuellement pour le refroidissement solide et le recyclage de la chaleur émise, ainsi que pour générer de l'électricité dans l'espace lointain.

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Les méthodes traditionnelles d'obtention de matériaux thermoélectriques (notamment à base de BiCuSeO) sont relativement complexes en termes de production, et la création de tels matériaux nécessite en général au moins une semaine. Cependant, il est possible d'obtenir une matière aux propriétés comparables en 10 heures environ grâce à la technologie de frittage «flash» Spark Plasma Sintering (SPS). C'est cette méthode qui a été utilisée par les auteurs de l'étude.

«Le mélange initial d'agents réactifs est versé dans un presse de graphite, puis il est placé dans la chambre de frittage SPS où, sous une pression de 50 MPa dans une atmosphère d'argon, il est chauffé jusqu'à 700°C grâce à des impulsions électriques», explique Andreï Novitski, coauteur de l'étude de l'université MISiS.

D'après lui, cela donne un matériau volumineux prêt à être traité — un semi-produit qui peut être utilisé pour créer le corps de travail d'un générateur thermoélectrique.

«Le principal effet concret de cette étude est qu'il est possible d'utiliser cette méthode de synthèse pour obtenir des matériaux thermoélectriques de température moyenne à l'échelle industrielle. Son utilisation pour la production de matériaux thermoélectriques permettra de réduire significativement la durée et les dépenses énergétiques tout en maintenant la quantité et la qualité du produit», explique Andreï Novitski.

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Bien que les spécialistes aient réussi à mettre en évidence la possibilité fondamentale d'obtenir des matériaux à base de BiCuSeO avec la technologie SPS, ils sont encore confrontés à plusieurs problèmes qui doivent être réglés avant la mise à l'échelle et le test de la méthode sur le dispositif de production.

A l'avenir, les chercheurs comptent étudier le mécanisme de formation des phases de corps composés synthétisés en fonction des composantes initiales, déterminer l'impact des paramètres de frittage (vitesse de chauffage, durée de la procédure) sur les propriétés électrophysiques du produit, ainsi qu'étudier le reflet de l'activation mécanique préalable des composantes initiales sur le déroulement du processus et les propriétés du matériau obtenu.

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