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| Synthesis and crystallographic structure analysis through multiscale characterization of complex sulfide materials for energy conversion (Synthèse et analyse de la structure cristallographique par caractérisation multi-échelle de matériaux sulfures complexes pour la conversion d’énergie) | ||
Guiot, Florentine - (2024-11-04) / Université de Rennes Synthesis and crystallographic structure analysis through multiscale characterization of complex sulfide materials for energy conversion Langue : Anglais Directeur de thèse: Pasturel, Mathieu; Prestipino, Carmelo Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : S3M Thématique : Chimie, minéralogie, cristallographie | ||
Mots-clés : Structures cristallines complexes, sulfures de métaux 3D, diffractions, thermoélectricité, colusite, Structure cristalline (solides), Sulfures métalliques, Rayons X -- Diffraction, Thermoélectricité Résumé : propriétés physique, ainsi que sur l’étude du comportement thermique de matériaux sulfures complexes. La première partie a été dédiée à l’exploration de nouvelles phases dans le diagramme ternaire Cr-Sn-S, et plus spécifiquement aux phases Cr₂Sn₃S₇ et SnCr₂S₄ caractérisées par des structures cristallographiques complexes à plusieurs sous-réseaux, favorables à l’obtention d’une faible conductivité thermique du réseau. Une approche cristallographique multi-technique de la phase Cr₂Sn₃S₇ a permis de mettre en évidence deux sous-réseaux faiblement liés dus à la présence de Sn²+ dans la structure. Des études expérimentales et théoriques ont montré que Sn²+ est responsable de la faible conductivité thermique de la phase. La structure de la phase SnCr₂S₄ doit sa faible conductivité thermique au caractère incommensurable de sa structure, étudiée par diffraction électronique 3D couplée à des simulations de diffusion diffuse. La deuxième partie a été consacrée à l’étude du comportement en fonction de la température de la phase Cu₂₆V₂Sn₆S₃₂ rapportée comme un matériau thermoélectrique prometteur. La diffraction des rayons X synchrotron a confirmé l’absence de phénomènes d’exsolution dans les échantillons préparés par mécanosynthèse, quel que soit le procédé de densification utilisé. Enfin, dans la dernière partie de la thèse, les mécanismes de formation des composés Cr₂Sn₃S₇, SnCr₂S₄, Cu₂₆V₂Sn₆S₃₂ et Cu₂₆Ti₂Sb₆S₃₂ en tubes scellés ont été étudiés par diffraction neutronique en température. Résumé (anglais) : The work presented in this Ph.D. thesis focuses on the synthesis, structural analysis, properties characterization, and investigation of the temperature-dependent behavior of complex sulfides. The first part of this research has been devoted to the exploration of new phases in the Cr- Sn-S ternary diagram, specifically the Cr₂Sn₃S₇ and SnCr₂S₄phases, which exhibit complex crystallographic structures with multiple sublattices, that significantly contribute to their low lattice thermal conductivity. A multi-technique crystallographic approach to the Cr₂Sn₃S₇ phase revealed two weakly bound sub-lattices, attributed to the presence of Sn²+ in the structure. The latter is responsible for the low thermal conductivity of the phase, as confirmed by both experimental and theoretical studies. For the SnCr₂S₄ phase, its low thermal conductivity can be explained by the incommensurate nature of its structure, as investigated using 3D electron diffraction combined with diffuse scattering simulations. The second part of this work focused on the study of the temperature-dependent behavior of the Cu₂₆V₂Sn₆S₃₂ phase, reported as a promising thermoelectric material. Synchrotron X-ray diffraction confirmed the absence of exsolution phenomena in samples prepared by mechanosynthesis, regardless of the densification process used. Finally, the formation mechanisms of Cr₂Sn₃S₇, SnCr₂S₄, Cu₂₆V₂Sn₆S₃₂ and Cu₂₆Ti₂Sb₆S₃₂ during sealed tube synthesis are investigated using in situ neutron powder diffraction. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-20071 | ||
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