Soutenance de thèse de Ming XIA

Avec la croissance économique mondiale et l'augmentation de la demande en énergie, la rareté énergétique et la pollution environnementale deviennent des problèmes pressants. Les matériaux thermoélectriques, qui convertissent les différences de température en énergie électrique ou permettent le refroidissement à l'état solide, suscitent un intérêt croissant pour des applications telles que la récupération de chaleur résiduelle et les micro-générateurs. Leur efficacité est déterminée par le facteur de mérite thermoélectrique (ZT), influencé par la conductivité électrique, le coefficient Seebeck, la conductivité thermique et la température. L'amélioration du ZT est difficile en raison de l'interdépendance de ces paramètres. Un intérêt récent s'est porté sur les alliages à haute entropie (HEA) en raison de leur composition multi-élémentaire unique et de leur faible conductivité thermique de réseau, des caractéristiques avantageuses pour les performances thermoélectriques. Cette thèse utilise des calculs de premiers principes pour analyser la structure électronique, la stabilité de phase et les propriétés thermoélectriques des HEA, en particulier PbSnTeSe. Elle explore les effets du désordre, du dopage magnétique et de la contrainte sur l'efficacité thermoélectrique. L'étude conclut que PbSnTeSe est un matériau prometteur avec un ZT maximal d'environ 1,1 à 500 K pour le dopage de type n, et montre que le dopage magnétique et la contrainte peuvent améliorer encore davantage ses performances. Ce travail fait progresser la compréhension théorique des propriétés thermoélectriques des HEA et propose de nouvelles stratégies pour l'optimisation des matériaux.

With global economic growth and increasing energy demands, energy scarcity and environmental pollution are becoming pressing issues. Thermoelectric materials, which convert temperature differences into electrical energy or provide solid-state cooling, are gaining attention for applications such as waste heat recovery and micro-generators. Their efficiency is determined by the thermoelectric figure of merit (ZT), influenced by electrical conductivity, Seebeck coefficient, thermal conductivity, and temperature. Enhancing ZT is challenging due to the interdependence of these parameters. Recent interest has shifted towards High-Entropy Alloys (HEAs) due to their unique multi-element composition and low lattice thermal conductivity, which are advantageous for thermoelectric performance. This thesis uses first-principles calculations to analyze the electronic structure, phase stability, and thermoelectric properties of HEAs, specifically PbSnTeSe. It explores the effects of disorder, magnetic doping, and strain on thermoelectric efficiency. The study finds PbSnTeSe to be a promising material with a maximum ZT of approximately 1.1 at 500 K for n-type doping, and shows that magnetic doping and strain can further enhance its performance. This work advances the theoretical understanding of HEA thermoelectric properties and suggests new strategies for material optimization.