Fabrication et dopage d'aérogels de mélanges de polymères semi-conducteurs/isolants pour des applications thermoélectriques

Les polymères conjugués présentent un fort potentiel en thermoélectricité organique, notamment pour valoriser la chaleur résiduelle à température ambiante. Cette thèse conçoit des matériaux poreux, à la fois isolants thermiquement et conducteurs électriques, obtenus par gélification de mélanges polymériques, suivie d’un séchage supercritique (aérogels) ou par lyophilisation (cryogels). Deux systèmes ont été étudiés : des aérogels fibrillaires P3HT:sPS (type p) et des cryogels PBFDO:PVDF (type n), dopés à l’état de gel (F4TCNQ, FeCl₃, Magic Blue ou PEI). La morphologie a été analysée par SEM, cryo-SEM et WAXS/SAXS. Le rapport entre polymère semiconducteur et isolant, ainsi que les conditions de dopage, influencent fortement les performances. Les aérogels P3HT:sPS optimisés combinent 95 % de porosité, une conductivité thermique de 28 mW·m⁻¹·K⁻¹ et une conductivité électrique de 0,05 S·cm⁻¹. Les cryogels dopés au PEI atteignent 50 mW·m⁻¹·K⁻¹ et 0,25 S·cm⁻¹. Une différence de température de 11 K permet de générer jusqu’à 125 nW·cm⁻² (p) et 100 nW·cm⁻² (n). Ces matériaux poreux ouvrent la voie à des dispositifs thermoélectriques organiques performants et légers.