热电材料是一种利用载流子与声子的输运性质,实现电能与热能相互转换的绿色能源材料,在新能源领域具有非常大的竞争力与前景。本文主要研究了中室温热电材料Bi₂（Se,Te）₃的制备与性能优化。硒化铋（Bi₂Se₃）与碲化铋（Bi₂Te₃）材料同属于三维拓扑绝缘体,应用在热电领域具有优异的性能。在以Bi₂Se₃为基体的材料中,Sb合金化的Bi₂Se₃（BiSbSe₃）材料在中温应用区域具有非常优异的热电性能,并且我们发现In合金化的Bi₂Se₃（BiInSe₃）在热电领域具有非常大的研究价值。在以Bi₂Te₃为基体的材料中,Sb合金化的Bi₂Te₃(Bi_0.46Sb_1.54Te₃)材料在室温应用区域具有非常优异的热电性能。Bi₂Se₃属于中温热电材料,在中温区域其热电性能达到最大值,由于其良好的电输运性质,较高的Seebeck系数,被认为具有潜力的中温热电材料。然而对于Bi₂Se₃热电性质方面,其本征热导率较高,限制了本征热电性能。我们通过传统的固相烧结法结合等离子快速烧结技术（SPS）制备了以Bi₂Se₃为基体的热电材料。具体研究工作如下:1、In合金化的Bi₂Se₃形成了BiInSe₃热电材料,属于n型半导体。本研究工作主要是使In取代Bi₂Se₃中一个Bi原子的位置,形成BiInSe₃热电材料。相比于Bi₂Se₃,BiInSe₃本征热电性质类似于BiSbSe₃材料,具有极高的Seebeck系数和低的热导率,然而电导率却极低,同样需要通过相应的增加载流子浓度的方法或者提高迁移率的方法提高电导率。2、已报道的BiSbSe₃热电材料,属于n型半导体。BiSbSe₃具有极高的Seebeck系数和较低的热导率,是非常具有前景的中温热电材料。然而BiSbSe₃的电导率非常低,需要通过相应的增加载流子浓度的方法或者提高迁移率的方法提高电导率。本研究工作主要通过在BiSbSe₃基体里掺杂SnCl₄实现非等价阴阳离子共掺杂,改善其热电性能。Sn原子取代Bi/Sb原子的位置,Cl原子取代Se原子的位置,协同提供额外的电子,进而提高载流子浓度,达到提高电导率的目的。结合BiSbSe₃的低热导,最大的ZT值在773 K达到0.61。Bi₂Te₃是最具有前景的传统的商用热电材料,在室温附近达到最优的热电性能,属于p型半导体。在以Bi₂Te₃为基体的热电材料中,BiSbTe合金材料具有优异的热电性能。本研究工作主要通过机械合金法结合等离子快速烧结技术制备了Bi_0.46Sb_1.54Te₃材料并对Bi_0.46Sb_1.54Te₃材料的热电性能优化做出了相关的研究。具体研究工作如下:1、机械合金法制备了含有纳米析出物的Bi_0.46Sb_1.54Te₃热电材料。Bi_0.46Sb_1.54Te₃的热电性能通过纳米析出物产生的能量过滤机制被改善,提高了Bi_0.46Sb_1.54Te₃在325 K时的ZT值。为了进一步增强Bi_0.46Sb_1.54Te₃的热电性能,我们在Bi_0.46Sb_1.54Te₃基体内掺杂了微量的纳米碳化硅（SiC）,形成了纳米复合物。SiC的添加增加了电导率和Seebeck系数,同时在最优的SiC掺杂量下,晶格热导率略微下降,因此,使Bi_0.46Sb_1.54Te₃/SiC复合物的ZT值在325 K时达到1.45。2、利用热电纳米异质区域的设计策略,我们在Bi_0.46Sb_1.54Te₃基体内引入另一种与其晶格匹配度小的热电材料（SnTe）。热电纳米异质区域解耦了电、热输运性质,增加了Bi/Sb_Te缺陷从而增加了载流子浓度,同时较小匹配度的晶格界面保持了几乎无变化的迁移率,增加了电导率。纳米异质区域的存在降低了晶格热导率。因此,SnTe的添加提高了ZT值,使其在325 K时达到1.45。