热电材料是实现热能和电能直接转换的材料,可用于半导体制冷和发电。Bi₂Te₃基半导体材料是目前室温下性能最好的热电材料,但是经过几十年的研究,块体Bi₂Te₃基材料的最高热电优值ZT值仍然徘徊在1左右。传统的制备方法主要采用布里奇曼（Bridgman）法,但得到的材料机械强度低,易解理。近年来涌现出一批新型的热电材料制备方法,虽然制得材料性能较好,但是由于工序复杂、成本高,使其难于推广应用。机械合金化（MA）是一种制备粉末材料的常用方法,能够将原始粉末通过球磨直接合成合金粉末,具有低成本的优势。本文采用机械合金化法制备Bi₂Te₃系合金粉末,结合气氛保护烧结等工艺;在不同烧成制度下,利用不同的掺杂对材料的热电性能进行优化和提高,在降低材料制备成本的基础上,获得热电性能和机械性能较好的材料。本文首先综述了热电材料的基本理论和目前热电材料在国内外的发展情况。对Bi₂Te₃热电材料的机械合金化工艺进行了摸索,通过XRD结合EDS、SEM测试手段进行分析,结果表明经20小时以上机械球磨（MA）之后可以得到单相的Bi₂Te₃粉末。对不同MA时间得到的Bi₂Te₃样品进行分析,发现随MA时间的延长,粉体颗粒逐渐变细,球磨20h以上,颗粒直径减小到1μm以下;球磨时间为50h时,粉体颗粒中位径d₅₀为115nm;块材的热电性能也随MA时间的延长而提高,球磨50h,功率因子最大达到87.71μw/K²·m):冷压块的热电性能较低,经过烧成过程中的高温热处理后材料热电性能有大幅提高。烧成制度对材料性能影响主要表现在温度、保温时间两方面,发现温度过高、过低都不能得到性能优越的热电材料,在500-550℃区间内,材料性能表现优秀。原因是,过低温度晶体发育不完善,过高温度会造成Te的挥发从而影响材料性能。保温时间在0.5h为最佳,过长保温时间会造成晶体过分长大,但对晶体的定向排列有一定帮助。非掺杂的Bi₂Te₃材料热电性能不高,掺杂Se、Sb后对性能提高影响十分显著,对电导率和Seebeck系数的提高均有贡献,功率因子由原来的51.1μw/（K²·m）左右分别提高到786.5μw/（K²·m）和508μw/（K²·m）。通过实验得出,其N、P型最优配方分别为Bi₂Te_2.75Se_0.25和Bi_0.49Sb_1.51Te₃;本文还对Ag元素掺杂做了探索性研究,结果表明在wt%为0.25时,功率因子出现最大值352μw/（K²·m）。最后,本文对热电模块及小型半导体温差发电装置进行了探索性研究开发。