| Title: |
Elaboration of p-type Ge doped MnSi$_y$ (1.73 < y < 1.77) thermoelectric legs with complex shapes by binder jetting additive manufacturing technique |
| Authors: |
Thimont, Yohann; Mortagne-Coderch, Alexia; Chevallier, Geoffroy; Duployer, Benjamin; Galodé, Amélie; Gascoin, Franck; Berthebaud, David; Presmanes, Lionel |
| Contributors: |
Centre interuniversitaire de recherche et d'ingénierie des matériaux (CIRIMAT); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP); Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université de Toulouse (EPE UT); Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut Universitaire de Technologie - Paul Sabatier (IUT Toulouse Auch Castres); Université de Toulouse (EPE UT); Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse); Plateforme Nationale de Frittage Flash (PNF2); Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP); Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CRISMAT); Université de Caen Normandie (UNICAEN); Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN); Normandie Université (NU)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA); Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN); Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie); Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN); Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN); Normandie Université (NU); Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST); Nantes Université - pôle Sciences et technologie; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (Nantes Univ - EPUN); Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ); CARNOT Fort Potentiel de Valorisation |
| Source: |
ISSN: 1359-6454 ; Acta Materialia ; https://hal.science/hal-04760835 ; Acta Materialia, 2025, 282, pp.120466. ⟨10.1016/j.actamat.2024.120466⟩ ; https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645424008152?via%3Dihub. |
| Publisher Information: |
CCSD; Elsevier |
| Publication Year: |
2025 |
| Collection: |
Université Toulouse III - Paul Sabatier: HAL-UPS |
| Subject Terms: |
Thermoelectric; Higher Manganese Silicide (HMS); Additive manufacturing; Binder jetting; [CHIM]Chemical Sciences |
| Description: |
International audience ; Thermoelectric legs with complex geometries exhibit high potential interest for fatal heat conversion into electricity due to higher thermal dissipation. Additive manufacturing (AM)is a solution of choice to decrease the manufacturing cost of thermoelectric legs that are historically requiring lengthy and costly fabrication processes and it gives the possibility of custom legs geometry. Nevertheless, microcracks and high porosity are commonly present by using this kind of process for thermoelectric materials leading to by limited performances. This work reports the possibility to manufacture n type Ge doped MnSi y (1.73 < y < 1.77) thermoelectric legs with various shapes without microcracks and with low porosity using the binder jetting AM technique followed by a Spark Plasma Sintering (SPS) step. The Mn$_{15}$Si$_{26}$ phase in the samples is systematically present, the samples density can reach 98 %. A power factor of 1130 µW.m$^{-1}$K$^{-2}$ was reached at 350° C which is within the range of those obtained by the conventional technique of elaboration, proving that the material is not degraded using this novel route. It is mainly due to the good density and the absence of microcracks. Elaboration of legs with various geometry (cuboid and layered) was done to demonstrate the interest of this innovation manufacturing route. The benefit impact of the geometry was evaluated in term of voltages by a comparison measurement between a cuboid and a layered sample for which a remarkable gain of 16.5 % (at an applied temperature of 74.7° C) was obtained for the layered sample due to a better thermal dissipation. |
| Document Type: |
article in journal/newspaper |
| Language: |
English |
| DOI: |
10.1016/j.actamat.2024.120466 |
| Availability: |
https://hal.science/hal-04760835; https://hal.science/hal-04760835v1/document; https://hal.science/hal-04760835v1/file/DRAFT%20ACTA%20MATERIALIA.pdf; https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120466 |
| Rights: |
https://about.hal.science/hal-authorisation-v1/ ; info:eu-repo/semantics/OpenAccess |
| Accession Number: |
edsbas.E2F601FE |
| Database: |
BASE |