热电材料具有将热能直接转化为电能的能力,以其制成的温差发电和热电制冷器件具有结构简单、无活动部件、工作时无噪声、无污染等优点从而广泛应用于军事、航天、交通、医疗等领域。然而,热电发电器件的转换效率仍然较低,不足以和传统的发电方式竞争。由于热电材料的最佳性能主要集中在某一温域,将适用于不同温域的热电材料组合成分段结构可显著提升热电器件的性能,但分段结构界面上各种因素的相互作用不仅影响热电转换效率,还会加剧界面应力集中程度,导致断裂失效。珀耳帖效应、界面电阻和界面热阻是影响分段热电器件转换效率和力学行为的主要界面性质,热电器件中p型和n型材料的热膨胀不匹配也将加剧分段结构间的界面应力。因此,针对分段热电器件现有问题的研究需要着眼于界面。本文以分段热电模块为研究对象,首先基于热电材料的本构方程构建描述热电材料热-电-力耦合行为的理论模型,导出均匀热电介质中温度、电势、应力等物理场的基本方程,进而分别研究分段结构的界面效应对热电性能的影响及界面力学行为。在热电性能研究方面,基于表征界面电阻、界面热阻、珀尔贴效应等界面性质的边界条件,推导出分段热电模块的热-电耦合解析解,并以碲化铋基的两段热电模块为重点,详细讨论了界面效应对热电转换性能的影响规律。结果表明,形成分段材料的赛贝克系数沿电流方向增加时,界面产生的珀尔帖热可以提高转换效率。适用的界面电阻应保持在10-5Ω·cm~2的数量级,过大的界面电阻会显著的降低转换效率。相反,热电转换效率几乎不受界面热阻变化的影响。在界面力学行为方面,首先基于热弹性理论推导出热电器件中p型和n型热电材料热膨胀不匹配造成的结构应力,再将热电理论模型扩展至二维平面,利用复变函数、级数展开等方法求解出界面总应力。在理论研究的基础上,结合数值算例探讨了分段热电支腿几何尺寸和不匹配的热膨胀系数对分段热电模块的结构应力和界面热应力的影响。研究发现,p型和n型热电支腿之间的横截面积比、不同节段的高度比对结构应力有显著影响,并且不同节段间因不匹配的热膨胀引起的热应力随着横截面积的增加而迅速增加,很容易超过总界面应力的20%。所以,可以通过调整截面积比来优化热电转换效率和界面应力,从而提高分段热电器件的可靠性。本文研究的结果为热电器件的性能优化和可靠性研究提供理论依据和指导。