Modeling of Heat Conduction in Hybrid Nanodispersions

Pour une large gamme d'applications en ingénierie, allant des matériaux de conversion de l'énergie thermoélectrique aux matériaux d'interface thermique, la conductivité thermique dans les structures à l'échelle nanométrique fût un sujet intéressant et important à la fois dans la recherche fondamentale et appliquée. La théorie classique de Fourier ne permet pas de d´écrire la conduction thermique dans les matériaux nanostructurés en raison de la négligence des évènements de la limite de diffusion qui jouent un rôle très important dans les structures à l'échelle nanométrique. Le but ultime de ce travail est d'établir un cadre général pour étudier la conductivité thermique dans les nanodispersions. Dans cette thèse, en passant en revue les principes de base du transport des phonons dans les nanostructures, les coefficients de conductivité thermique qui se posent dans la théorie de la chaleur macrosopique de Fourier sont modifiés et rendus applicables pour les nanodispersions. Afin d'adapter la conductivité thermique macroscopique aux besoins de cette étude, l'influence de la limite de diffusion des phonons est prise en compte. La majorité des libres parcours moyens de la matrice et des particules dispersées fournis par la théorie cinétique sont modifiés de façon à capturer les effets de la limite de diffusion. Un bon accord entre les prédictions de nos modèles et les résultats expérimentaux et numériques disponibles a été trouvé. Notre analyse théorique permet de comprendre comment la taille des particules, la fraction volumique des particules dispersées, leur forme, les propriétés de l'interface particule-matrice, et l'agglomération des particules influencent la conductivité thermique des nanodispersions. Nous étudions également les nanodispersions hybrides dans lesquelles les particules en suspension sont de différents types (par exemple, des nanofils et des nanosphères). Notre modèle montre que la conductivité thermique augmente à mesure que la spécularité de l'interface augmente. Pour la dispersion de particules anisotropes, l'influence de l'orientation des particules sur la conductivité thermique est mise en évidence.