ERDF — CNRS — OxyChalcoThermo — CHAIR — Terasaki Ichiro (Q3673240)
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Project Q3673240 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — CNRS — OxyChalcoThermo — CHAIR — Terasaki Ichiro |
Project Q3673240 in France |
Statements
17,996.88 Euro
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50,196.88 Euro
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35.85 percent
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1 July 2016
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31 March 2018
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EPST CNRS
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49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
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14052
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Ce projet porte sur la recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques et l'étude de leurs propriétés, et correspond au domaine Matériaux durables et intelligents de la RIS3 puisque les applications potentielles de ces matériaux se situent dans le domaine de la récupération d'énergie thermique, et de sa conversion en énergie électrique. Grâce aux effets thermoélectriques, il est en effet possible de transformer une différence de température (T) en différence de potentiel électrique (T) via l'effet Seebeck, ou une différence de potentiel électrique en différence de température via l'effet Peltier. Toute source de chaleur perdue est donc potentiellement une source d'énergie électrique propre. Les effets thermoélectriques ont été découverts à la fin du 19ème siècle, et les applications restent pour le moment limitées à des secteurs de niche telles que les applications spatiales, du fait des rendements relativement faibles (~ 5 % du rendement de Carnot). Le rendement des modules thermoélectriques dépend de la réalisation de ce module (qualité des contacts électriques et des contacts thermiques en particulier), et fortement des propriétés intrinsèques des matériaux qui le constituent. Pour améliorer les rendements, il est essentiel de découvrir de nouvelles familles de matériaux thermoélectriques.Un bon matériau thermoélectrique est caractérisé par une résistivité électrique faible (), une faible conductivité thermique () et un fort coefficient Seebeck (S), afin de maximiser le facteur de mérite ZT = S2T/() pour qu'il atteigne une valeur proche de 1. Historiquement, les meilleurs matériaux thermoélectriques sont des semi-conducteurs à faible gap tels que Bi2Te3, PbTe, SiGe, avec des ZT proches de 1 pour T ~ 300K ou à très haute T (~ 1000°C pour SiGe). Ces matériaux sont efficaces, mais présentent des problèmes de toxicité, ou de stabilité thermique sous air. De plus, le tellure est un élement très rare, qui ne pourra être utilisé pour des applications à grande échelle. La recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques a connu un grand essor depuis les années 1990, suite à la publication de différents articles prédisant de fortes augmentations de S dans des matériaux nanostructurés, ou de faibles dans des structures cristallographiques à maille complexe. Il a été également proposé que la présence de fortes corrélations électroniques pouvait augmenter S via une modification de la structure de bande. En 1997, I. Terasaki a montré qu'il était effectivement possible d'obtenir des valeurs de S très élevées, proches de celles d'un semi-conducteur, dans un oxyde métallique NaxCoO2 présentant de fortes corrélations électroniques. Les oxydes étant relativement résistifs, ils n'avaient jusqu'à lors jamais été considérés pour la thermoélectricité. Les oxydes sont constitués d'éléments abondants, non toxiques, et peuvent être très stables à haute température et sous air, ce qui favorise l'utilisation de ces matériaux pour des applications de récupération d'énergie à très haute température. Cet article fondateur a été cité 1600 fois depuis 1997, et a véritablement ouvert une nouvelle voie de recherche extrêmement prometteuse sur les oxydes thermoélectriques, au niveau international. Des collaborations entre le laboratoire CRISMAT et I. Terasaki ont jusqu'à présent eu lieu via des échanges de docteurs et de doctorant. Le but de cette Chaire est à présent de renforcer les collaborations précédentes en bénéficiant d'une présence sur le long terme d'I. Terasaki au laboratoire. Ichiro Terasaki est un expert des propriétés de magnéto-transport dans les oxydes, qui recherche des propriétés originales dérivant de l'effet Seebeck (telles que le photoSeebeck'). En collaboration avec les physiciens et chimistes du CRISMAT, il pourra développer de nouveaux axes de recherche au sein du laboratoire, afin de mieux comprendre la physique de ces matériaux thermoélectriques, et ainsi déterminer les paramètres pertinents pour leur optimisation. (French)
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This project focuses on the research of new thermoelectric materials and the study of their properties, and corresponds to RIS3's Sustainable and Intelligent Materials area since the potential applications of these materials are in the field of thermal energy recovery and conversion to electrical energy. Thanks to thermoelectric effects, it is possible to transform a temperature difference (T) into a difference in electrical potential (T) via the Seebeck effect, or a difference in electrical potential into a difference in temperature via the Peltier effect. Any heat source lost is therefore potentially a source of clean electrical power. Thermoelectric effects were discovered in the late 19th century, and applications are currently limited to niche sectors such as space applications, due to relatively low yields (~5 % of Carnot’s yield). The efficiency of thermoelectric modules depends on the realisation of this module (quality of electrical contacts and thermal contacts in particular), and strongly on the intrinsic properties of the materials that make up it. To improve efficiency, it is essential to discover new families of thermoelectric materials.A good thermoelectric material is characterised by low electrical resistivity, low thermal conductivity and a high Seebeck (S) coefficient, in order to maximise the merit factor ZT = S2T/to reach a value close to 1. Historically, the best thermoelectric materials are low gap semiconductors such as Bi2Te3, PbTe, SiGe, with ZTs close to 1 for T~300K or very high T (~1000 °C for SiGe). These materials are effective, but present problems with toxicity, or thermal stability under air. Moreover, tellure is a very rare element, which cannot be used for large-scale applications. Research for new thermoelectric materials has grown greatly since the 1990s, following the publication of various articles predicting strong increases in S in nanostructured materials, or weak in complex crystallographic structures. It was also suggested that the presence of strong electronic correlations could increase S through a modification of the band structure. In 1997, I. Terasaki showed that it was indeed possible to obtain very high S values, close to those of a semiconductor, in a NaxCoO2 metal oxide with strong electronic correlations. Since the oxides were relatively resistant, they had never been considered for thermoelectricity until then. Oxides consist of abundant, non-toxic elements and can be very stable at high temperature and under air, which promotes the use of these materials for energy recovery applications at very high temperature. This founding article has been quoted 1600 times since 1997, and has truly opened up a new and extremely promising research pathway on thermoelectric oxides at international level. Collaborations between the CRISMAT laboratory and I. Terasaki have so far taken place through exchanges of doctors and PhD students. The aim of this Chair is now to strengthen previous collaborations by benefiting from a long-term presence of I. Terasaki in the laboratory. Ichiro Terasaki is an expert in magneto-transport properties in oxides, looking for original properties derived from the Seebeck effect (such as photoSeebeck'). In collaboration with the physicists and chemists of CRISMAT, he will be able to develop new lines of research within the laboratory, in order to better understand the physics of these thermoelectric materials, and thus determine the parameters relevant for their optimisation. (English)
18 November 2021
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Das Projekt konzentriert sich auf die Erforschung neuer thermoelektrischer Werkstoffe und die Untersuchung ihrer Eigenschaften und entspricht dem Bereich Nachhaltige und intelligente Werkstoffe der RIS3, da die potenziellen Anwendungen dieser Materialien im Bereich der thermischen Energierückgewinnung und der Umwandlung in elektrische Energie liegen. Dank der thermoelektrischen Effekte ist es nämlich möglich, einen Temperaturunterschied (T) über den Seebeck-Effekt in einen Unterschied des elektrischen Potentials (T) umzuwandeln, oder durch den Peltier-Effekt eine Differenz des elektrischen Potentials in Temperaturunterschiede. Jede Wärmequelle, die verloren geht, ist daher potenziell eine saubere elektrische Energiequelle. Die thermoelektrischen Effekte wurden Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt, und die Anwendungen sind aufgrund der relativ niedrigen Erträge (~ 5 % der Carnot-Effizienz) derzeit auf Nischenbereiche wie Raumfahrtanwendungen beschränkt. Der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Module hängt von der Realisierung dieses Moduls (insbesondere der Qualität der elektrischen Kontakte und der thermischen Kontakte) und stark von den inhärenten Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe ab. Um die Ausbeute zu verbessern, ist es wichtig, neue thermoelektrische Werkstofffamilien zu entdecken.Ein gutes thermoelektrisches Material zeichnet sich durch einen geringen elektrischen Widerstand, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Seebeck-Koeffizienten (S) aus, um den Verdienstfaktor ZT = S2T/zu maximieren, um einen Wert von fast 1 zu erreichen. Historisch gesehen sind die besten thermoelektrischen Materialien Halbleiter mit niedriger Gap wie Bi2Te3, PbTe, SiGe, mit ZTs nahe 1 für T ~ 300K oder sehr hohen T (~ 1 000 °C für SiGe). Diese Materialien sind wirksam, haben jedoch Probleme mit der Toxizität oder der thermischen Stabilität unter Luft. Darüber hinaus ist Tellur ein sehr seltenes Element, das nicht für großflächige Anwendungen verwendet werden kann. Die Suche nach neuen thermoelektrischen Werkstoffen hat seit den 1990er Jahren einen großen Aufschwung erlebt, nachdem verschiedene Artikel veröffentlicht wurden, die einen starken Anstieg von S in nanostrukturierten Materialien oder schwache kristallografische Strukturen mit komplexen Maschen aufweisen. Ferner wurde vorgeschlagen, dass das Vorhandensein starker elektronischer Korrelationen S durch eine Änderung der Bandstruktur erhöhen könnte. 1997 zeigte I. Terasaki, dass in einem Metalloxid NaxCoO2 mit starken elektronischen Korrelationen sehr hohe S-Werte in der Nähe eines Halbleiters erzielt werden können. Da Oxide relativ resistiv sind, waren sie bisher noch nie für Thermoelektrizität in Betracht gezogen worden. Oxide bestehen aus reichlichen, ungiftigen Elementen und können bei hohen Temperaturen und unter Luft sehr stabil sein, was die Verwendung dieser Materialien für Anwendungen zur Energierückgewinnung bei sehr hohen Temperaturen begünstigt. Dieser Gründungsartikel wurde seit 1997 1600 Mal zitiert und hat auf internationaler Ebene einen äußerst vielversprechenden neuen Forschungsweg für thermoelektrische Oxide eröffnet. Kooperationen zwischen dem CRISMAT-Labor und I. Terasaki haben bisher durch den Austausch von Doktoren und Doktoranden stattgefunden. Ziel dieses Lehrstuhls ist es nun, frühere Kooperationen durch eine langfristige Präsenz von I. Terasaki im Labor zu stärken. Ichiro Terasaki ist ein Experte für magneto-Transporteigenschaften in Oxiden, der nach ursprünglichen Eigenschaften sucht, die sich aus dem Seebeck-Effekt ergeben (z. B. FotoSeebeck'). In Zusammenarbeit mit den Physikern und Chemikern des CRISMAT kann er neue Forschungsschwerpunkte innerhalb des Labors entwickeln, um die Physik dieser thermoelektrischen Materialien besser zu verstehen und so die für ihre Optimierung relevanten Parameter zu bestimmen. (German)
1 December 2021
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Dit project richt zich op het onderzoek naar nieuwe thermo-elektrische materialen en de studie van hun eigenschappen, en komt overeen met het gebied Duurzaam en Intelligent Materialen van RIS3, aangezien de potentiële toepassingen van deze materialen zijn op het gebied van thermische energieterugwinning en omzetting in elektrische energie. Dankzij thermo-elektrische effecten is het mogelijk om een temperatuurverschil (T) om te zetten in een verschil in elektrisch vermogen (T) via het Seebeck-effect, of een verschil in elektrisch vermogen in een temperatuurverschil via het Peltier-effect. Elke verloren warmtebron is dus potentieel een bron van schoon elektrisch vermogen. Thermo-elektrische effecten werden ontdekt aan het eind van de 19e eeuw, en toepassingen zijn momenteel beperkt tot nichesectoren zoals ruimtetoepassingen, als gevolg van relatief lage opbrengsten (~5 % van de opbrengst van Carnot). De efficiëntie van thermo-elektrische modules hangt af van de realisatie van deze module (met name de kwaliteit van elektrische contacten en thermische contacten) en sterk van de intrinsieke eigenschappen van de materialen waaruit het bestaat. Om de efficiëntie te verbeteren, is het essentieel om nieuwe families van thermo-elektrische materialen te ontdekken.Een goed thermo-elektrisch materiaal wordt gekenmerkt door een lage elektrische weerstand, lage thermische geleidbaarheid en een hoge Seebeck (S) coëfficiënt, om de verdienstefactor ZT = S2T/om een waarde dicht bij 1. Historisch gezien zijn de beste thermo-elektrische materialen met lage gap halfgeleiders zoals Bi2Te3, PbTe, SiGe, met ZTs dicht bij 1 voor T~300K of zeer hoge T (~1000 °C voor SiGe). Deze materialen zijn effectief, maar vertonen problemen met toxiciteit, of thermische stabiliteit onder lucht. Bovendien is tellure een zeer zeldzaam element, dat niet kan worden gebruikt voor grootschalige toepassingen. Het onderzoek naar nieuwe thermo-elektrische materialen is sinds de jaren negentig sterk gegroeid, na de publicatie van verschillende artikelen die een sterke toename van S in nanogestructureerde materialen voorspellen, of zwak in complexe kristallografische structuren. Er werd ook gesuggereerd dat de aanwezigheid van sterke elektronische correlaties S zou kunnen vergroten door een wijziging van de bandstructuur. In 1997 toonde I. Terasaki aan dat het inderdaad mogelijk was om zeer hoge S-waarden te verkrijgen, dicht bij die van een halfgeleider, in een NaxCoO2-metaaloxide met sterke elektronische correlaties. Aangezien de oxiden relatief resistent waren, waren ze tot dan toe nooit voor thermo-elektriciteit in aanmerking genomen. Oxiden bestaan uit overvloedige, niet-toxische elementen en kunnen zeer stabiel zijn bij hoge temperaturen en onder lucht, wat het gebruik van deze materialen bevordert voor energieterugwinningstoepassingen bij zeer hoge temperatuur. Dit artikel wordt sinds 1997 1600 keer geciteerd en heeft op internationaal niveau een nieuw en uiterst veelbelovend onderzoek naar thermo-elektrische oxiden geopend. Samenwerkingen tussen het CRISMAT laboratorium en I. Terasaki hebben tot nu toe plaatsgevonden via uitwisselingen van artsen en promovendi. Het doel van deze leerstoel is nu om eerdere samenwerkingen te versterken door te profiteren van een langdurige aanwezigheid van I. Terasaki in het laboratorium. Ichiro Terasaki is een expert in magneto-transport eigenschappen in oxiden, op zoek naar originele eigenschappen afgeleid van het Seebeck effect (zoals fotoSeebeck). In samenwerking met de fysici en chemici van CRISMAT zal hij binnen het laboratorium nieuwe onderzoekslijnen kunnen ontwikkelen om de fysica van deze thermo-elektrische materialen beter te begrijpen en zo de parameters te bepalen die relevant zijn voor hun optimalisatie. (Dutch)
6 December 2021
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Identifiers
EXT00743
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