Percolation exaltée de la chaleur dans des nanocomposites.
Valentina Giordano (équipe Nano(Matériaux) pour l’énergie), dans le cadre d’une collaboration avec des collègues français et grecs, a publié un article intitulé "Enhanced thermal conductivity in percolating nanocomposites: a molecular dynamics investigation" dans la revue Nanoscale. Ce travail a fait l'objet d'une actualité par l'INSIS.
La chaleur constitue une gigantesque réserve énergétique dont le recyclage et une bonne gestion sont des enjeux majeurs. Les nanocomposites, faits d’un mélange de phases sur la nano-échelle, permettent de modifier la conductivité thermique ad-hoc et donc contrôler cette réserve. Les mécanismes fondamentaux derrière les effets du nanocomposite sur le transport thermique sont toutefois encore incompris.
Les auteurs de ce travail ont étudié par dynamique moléculaire le transport de la chaleur dans un composite fait de silice, isolante, avec des nanoparticules de GaN, semi-conducteur. Ils ont trouvé une augmentation de la conductivité thermique d’un facteur 100 pour seulement 20% en volume de GaN. Ceci a pu être expliqué par un phénomène de percolation des ondes de chaleur, exalté par un tunneling de ces ondes entre les particules rendu plus efficace par leur iso-orientation.
Les auteurs de ce travail ont étudié par dynamique moléculaire le transport de la chaleur dans un composite fait de silice, isolante, avec des nanoparticules de GaN, semi-conducteur. Ils ont trouvé une augmentation de la conductivité thermique d’un facteur 100 pour seulement 20% en volume de GaN. Ceci a pu être expliqué par un phénomène de percolation des ondes de chaleur, exalté par un tunneling de ces ondes entre les particules rendu plus efficace par leur iso-orientation.
Une nouvelle vision des mécanismes de transition structurale
Hélainne Girao, Patrice Mélinon et Denis Machon (équipe Nano(Matériaux) pour l’énergie), en collaboration avec des collègues de Lyon et Montpellier ont publié un article intitulé "Pressure-induced sublattice disordering in SnO2: Invasive selective percolation" dans la revue Physical Review Letters.
Les structures cristallographiques simples sont traditionnellement représentées sous forme d’arrangement de polyèdres relativement réguliers (tétraèdres, octaèdres). Les transitions de phases structurales induites par des variations de pression et/ou de température modifient cet arrangement en impliquant les cations et anions. Dans cette étude, les transformations sous pression dans l’oxyde d’étain ont été suivies par une méthode sensible uniquement aux anions (spectroscopie Raman).
Les résultats montrent un découplage important entre les sous-réseaux lors d’une transition structurale (voire une amorphisation) comme cela peut-être le cas dans le cas de transitions magnétiques ; cette observation ouvre la possibilité d’établir un formalisme commun et remet en cause la vision traditionnelle de l’arrangement à base de polyèdres. Une alternative est de considérer les structures comme des réseaux cationiques dans lesquels les anions sont des atomes en positions interstitielles.
Les résultats montrent un découplage important entre les sous-réseaux lors d’une transition structurale (voire une amorphisation) comme cela peut-être le cas dans le cas de transitions magnétiques ; cette observation ouvre la possibilité d’établir un formalisme commun et remet en cause la vision traditionnelle de l’arrangement à base de polyèdres. Une alternative est de considérer les structures comme des réseaux cationiques dans lesquels les anions sont des atomes en positions interstitielles.
Ondes élémentaires du transport de chaleur dans un thermoélectrique
Stéphane Pailhès et Valentina Giordano (equipe Nanomatériaux pour l’Energie), dans le cadre d’un consortium de recherche Européen, ont publié un article intitulé "Direct measurement of individual phonon lifetimes in the clathrate compound Ba7.81Ge40.67Au5.33" dans la revue Nature Communications. Cet article a fait l'objet d'un Communiqué de Presse de l'INP en collaboration avec l’ILL.
La chaleur constitue une gigantesque réserve énergétique dont le recyclage est un enjeu majeur. Certains semi-conducteurs ont la propriété de convertir la chaleur en électricité et l’efficacité de cette conversion, dite « thermoélectrique », dépend en partie du transport thermique. Celui-ci est assuré par des déplacements atomiques collectifs formant les ondes élémentaires du transport de la chaleur. Ces ondes transportent une énergie avec une vitesse et sur une distance qui leurs sont propres, avant d’être amorties par des processus de collisions. Pour la première fois, dans un matériau thermoélectrique appelé « clathrate », les auteurs ont observé et caractérisé ces ondes conduisant à une compréhension du transport thermique. Ils ont pu accéder aux distances sur lesquelles elles véhiculent l’énergie, nommées « libres parcours moyens », identifier celles qui participent le plus au transport et caractériser les processus dominants l’amortissement des ondes et responsables de la résistance thermique du matériau.
21/09/2017
