Si nous voulons éviter la crise environnementale imminente, il est impératif que nous trouvions des moyens efficaces et durables d'éviter le gaspillage. Un domaine qui peut encore être amélioré est le recyclage de la chaleur résiduelle des processus industriels et des dispositifs technologiques en électricité. Les matériaux thermoélectriques sont au cœur des recherches dans ce domaine car ils permettent de produire de l'énergie propre à peu de frais.

Pour que les matériaux thermoélectriques soient utilisés dans des domaines très différents tels que les aciéries et les transports, ils doivent pouvoir fonctionner à la fois dans des régimes de haute et de basse température. À cet égard, les alliages semi-Heusler à base de Ni sont actuellement à l'honneur grâce à leur rendement thermoélectrique attractif, force mécanique, et durabilité. Bien que beaucoup d'efforts aient été consacrés à la compréhension et à l'amélioration de ces alliages particuliers, les scientifiques ont eu du mal à expliquer pourquoi les alliages à base de Ni semi-Heusler ont une efficacité de conversion aussi élevée. Certains ont émis l'hypothèse que des défauts dans la structure cristalline du matériau augmentent sa conductivité thermique et, à son tour, son efficacité de conversion. Cependant, la structure cristalline autour des défauts est inconnue, de même que leurs contributions spécifiques.

Dans une étude récente publiée dans Rapports scientifiques , une équipe de scientifiques du Japon et de Turquie, dirigé par le professeur agrégé Hidetoshi Miyazaki du Nagoya Institute of Technology, Japon, ont maintenant tenté de clarifier ce problème ! Leurs recherches ont combiné des analyses théoriques et expérimentales sous la forme de simulations de structure cristalline à grande échelle et de spectres à structure fine d'absorption des rayons X (XAFS) sur des alliages NiZrSn.

En utilisant ces techniques, l'équipe a d'abord calculé les effets structurels qu'un atome de Ni supplémentaire (défaut) aurait dans l'arrangement des cristaux de NiZrSn. Puis, ils ont vérifié les prédictions théoriques à travers différents types de mesures XAFS, comme l'explique le Dr Miyazaki, « Dans notre cadre théorique, nous avons supposé que les distorsions du réseau cristallin étaient une conséquence des défauts atomiques pour effectuer des calculs de structure de bande de premier principe. XAFS a permis d'obtenir des informations détaillées sur la structure cristalline locale autour des défauts atomiques en comparant les spectres expérimentaux et théoriques de la structure cristalline. les mécanismes par lesquels ces altérations donnent lieu à une conductivité thermique (et à une efficacité de conversion) plus élevée.

Les résultats de cette étude seront cruciaux pour faire progresser la technologie thermoélectrique, comme le fait remarquer le Dr Miyazaki :« Nous espérons que nos résultats contribueront au développement d'une stratégie centrée sur le contrôle de la contrainte autour des atomes défectueux, ce qui nous permettra à son tour de concevoir de nouveaux et meilleurs matériaux thermoélectriques. cela conduira à un bond dans la technologie de conversion thermoélectrique et accélérera la transition vers une technologie moins coûteuse, société décarbonée - une société dans laquelle la chaleur excédentaire n'est pas simplement rejetée mais récupérée en tant que source d'énergie.

Sur une note finale, Le Dr Miyazaki souligne que les techniques utilisées pour observer de fins changements de déformation dans les structures cristallines peuvent être facilement adaptées à d'autres types de matériaux, tels que ceux destinés aux applications spintroniques et aux catalyseurs.

Il y a certainement beaucoup à gagner à rechercher les moindres détails de la science des matériaux, et nous pouvons être assurés que cette étude marque un pas dans la bonne direction vers un avenir meilleur !