热电材料是一种可以实现热能与电能之间直接转换的功能材料,可以用于废热利用,也可以进行制冷。热电器件具有可扩展性,没有移动部件,稳定可靠,可用于传统热机无法使用的领域。Bi₂Se₃合金是一种与Bi₂Te₃晶体结构相似的半导体材料,它与Bi₂Te₃合金同为R-3m斜方晶系,是一种极具潜力的室温热电材料。地球上Se元素的储存量远大于Te元素,所以开发Bi₂Se₃合金代替Bi₂Te₃对于热电材料的商业应用具有很大意义。本课题采用熔炼、球磨和热压的方法制备了Bi₂Se₃基热电材料,分别研究了组织形貌、载流子浓度对Bi₂Se₃合金热电性能的影响,并研究了Bi₂Se₃合金p型掺杂效应。取得的主要研究成果如下:探究了二次锻压对Bi₂Se₃合金热电性能的影响。通过高能球磨方法制备了Bi₂Se₃合金粉体,然后分别进行一次热压和二次锻压。对比发现,采用高能球磨可以减小样品的晶粒尺寸,但热压后晶粒长大使得声子散射作用削弱,同时样品的各向异性减弱,平行于热压方向的晶格热导率升高。通过二次锻压加强合金组织的各向异性后,材料的热电优值提高。通过Cu元素掺杂,调控了Bi₂Se₃合金的载流子浓度。分别尝试了Cu元素的间隙掺杂（Cu_xBi₂Se₃）和Bi位的替位掺杂(Cu_xBi_2-xSe₃)。研究发现,间隙掺杂时,随Cu掺杂量的增加,电导率升高,塞贝克系数下降,掺杂量x>0.01时,电导率下降,塞贝克系数上升,可能达到了Cu的掺杂限。Cu在Bi位掺杂时,样品的霍尔载流子浓度随Cu的掺杂量增加而降低,塞贝克系数随Cu的增加而升高,这可能是由于Cu¹⁺代替Bi³⁺后,提供了空穴,抵消了电子浓度。通过调试得到性能最佳的样品Cu_0.0125Bi_1.9875Se₃,其ZT值在375 K时为0.3,通过二次锻压的方法将其ZT值提升到0.35（375 K）。实现了Bi₂Se₃合金的受主掺杂,分别采用Mn、Na、Pb等元素作为受主掺杂剂尝试制备p型A_xBi_2-xSe₃合金（A=Mn、Na、Pb）。实验发现,Na掺杂有效降低了材料的电导率和热导率,提高了材料的塞贝克系数,当Na掺杂量x=0.01时,在525 K时ZT达到了0.35,这主要是空穴掺杂后电子浓度降低的结果,但仍为n型半导体。当Na掺杂量过高时会导致材料机械性能变差,因此控制Na掺杂含量达到x=0.03,研究结果显示,合金仍未变成p型。Mn和Pb掺杂均可以实现Bi₂Se₃合金从n型向p型的转变。其中当Mn掺杂量x=0.05时开始显示p型导电特性,室温塞贝克系数从未掺杂的-50μV K^-1转变为150μV K^-1;当Pb掺杂量x≥0.03时为p型半导体,随掺杂量增加,室温塞贝克系数从-100μV K^-1（掺杂量x=0.01）转变为100μV K^-1（掺杂量x=0.03）。