随着全球经济的蓬勃发展,对化石能源的需求与日俱增,这直接导致了化石能源的快速枯竭和环境污染的日益严重。因此,开发新型绿色环境友好的可再生能源转换材料与技术是当前亟待解决的难题。热电材料作为新型能源转换材料之一,可以直接实现热与电的相互转换,在温差发电与固态制冷领域具有重要的应用前景。在众多高性能热电材料中,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构和类似的双能谷能带结构,且无毒无污染,是替代PbTe实现高热电性能的绝佳候选材料。然而,SnTe热电材料高的本征载流子浓度、较大的双带能量差和较高的晶格热导率,使其具有相对较低的热电性能。因此,提高SnTe的热电性能成为当前的研究热点。基于此,本文通过真空熔炼合成结合放电等离子烧结和高压烧结制备了不同元素或化合物掺杂的SnTe基热电材料,以通过能带结构修饰和缺陷工程优化其热电性能。具体研究内容与结果如下:（1）针对共振效应（resonance effect）在使用过程中出现的高温失效以及对应有效掺杂剂稀缺等问题,本文深入研究了 SnTe热电材料实现共振效应的触发条件,明确了共振效应的发生与杂质原子能级、基体原子能级和费米能级三者的能量相对位置密切相关。只有该三者的能量相对位置接近时,才能明显地促使态密度畸变,发生共振效应,从而提高塞贝克系数。基于上述触发条件,结合Cotton原子轨道图,提出了利用原子能级快速筛选热电材料有效共振掺杂剂的原理和方法,并筛选出了适合SnTe的共振掺杂剂:Y,Ru,In,Sb,La,Gd,Lu,Os,Tl和Bi。为了验证筛选结果,深入研究了筛选出的共振掺杂剂Bi在SnTe中引入的共振效应。结果发现,Bi掺杂尤其有利于在高温时激活共振效应而提高塞贝克系数,其原因是高温时费米能级的移动激活了 Bi杂质能级与基体能级构建的共振能级。因此,得益于共振效应改善了塞贝克系数,结合Bi掺杂引起的点缺陷抑制声子传输而降低了晶格热导率,Sn0.94Bi0.04Te样品在873K时获得了最大的ZT值～1.23,比原始SnTe高～120%。所以本工作为快速筛选热电材料的有效共振掺杂剂、乃至实现广义半导体材料共振掺杂效应提供了理论依据和方法。（2）为进一步提高SnTe的热电性能,在Sn0.94Bi0.04Te的成分基础上,研究了掺杂Mn和添加CdTe或Cu2Te复合相的协同作用对材料热电性能的影响,发现元素掺杂和复合相之间的作用不是相互独立的。Mn掺杂不仅会削弱Bi掺杂引入的共振效应,还在高温时引入了明显的双极热扩散效应,导致Bi、Mn共掺杂不仅乏力于提高材料的电输运性能,而且恶化了热输运性能,最终Sn0.86Bi0.04Mn0.08Te样品在873 K时获得的最大ZT值仅为～0.76。进一步,在Sn0.86Bi0.04Mn0.08Te复合CdTe和Cu2Te样品中发现,复合后产生的富Mn析出相（Cu4Mn2Te4和Cd0.36Mn0.64Te）强化了对声子的散射并有效地抑制了不利的双极热扩散效应,从而降低了晶格热导率,同时析出相还有利于实现对载流子浓度和载流子迁移率的精微调节,最终Sn0.86Bi0.04Mn0.08Te-3 at%Cu2Te复合样品在873 K时获得了最大的ZT值～1.21,比原始SnTe高了～116%,说明掺杂和复合带来的各效应之间存在相互作用关系,虽然目前没有量化这种相互作用关系,但其仍然可以成为优化SnTe热电性能的有效策略之一。（3）通过卤素Cl掺杂在SnTe中引入能带锐化效应（band sharpening）,以缓和塞贝克系数与载流子迁移率之间的矛盾、改善热电性能。研究发现,Cl掺杂能够引起能带锐化效应,使SnTe轻带（L带）的有效质量从原始的0.168me降低到～0.06me,使载流子获得了异常高的迁移率（超过2000cm2V-1s-1）,从而有效改善了材料的电导率,同时得益于温度驱动补偿的高塞贝克系数,Cl掺杂样品获得了明显提高的功率因子。此外,Cl掺杂样品在基体中产生了大量纳米析出物,其作为声子散射中心加强了对声子的散射,使SnTe0.88Cl0.12样品在523 K时获得了超低的晶格热导率～0.31Wm-1K-1,接近波恩-卡曼周期边界条件极限。尽管Cl掺杂在高温时会引入明显的双极热扩散效应而限制ZT值的增长,使SnTe0.88Cl0.12样品在873 K时获得了 0.78的ZT值,但该值仍高于原始SnTe的ZT值（～0.4）,所以本工作提出的通过能带锐化效应协调塞贝克系数与载流子迁移率之间的关系为提高SnTe热电性能提供了新思路。（4）提出能带收敛结合BiBr3掺杂引入能带锐化的策略以进一步改善塞贝克系数与载流子迁移率之间的耦合关系、提高Sn0.93Mn0.1Te的热电性能。研究结果表明,BiBr3掺杂能够引入能带锐化效应有效改善材料的载流子迁移率和电导率,结合Mn掺杂引入能带收敛大幅提高的塞贝克系数,BiBr3掺杂含量为 0.8 at%的样品在 873 K 时获得了比 Sn0.93Mn0.1Te（～19.75μWcm-1K-2）更大的功率因子～23.85 μWcm-1K-2。同时,BiBr3掺杂还可以抑制高温时的双极热扩散效应降低极化热导率,并且可以在原子尺度引起较大的质量和应力场波动而降低材料的晶格热导率。兼并电-热性能的协同优化,BiBr3掺杂含量为0.8 at%样品在873 K时获得了最大ZT值～1.38,比原始SnTe高～145%,证明了能带收敛结合能带锐化策略大幅提高SnTe热电性能的有效性。（5）通过真空熔融合成结合高压烧结技术制备了纯二元SnTe热电材料,研究了高压烧结技术对材料微观结构和热电性能的影响。结果表明,高压烧结的SnTe样品中具有微米-纳米级的多尺度微观缺陷,包括取代和空位点缺陷、位错线缺陷、畴界和晶界面缺陷。对不同种类的缺陷进行了仔细表征和分析,并结合Debye-Callaway模型估计了各类缺陷对声子输运的影响,发现多尺度微观缺陷有利于构建宽频率声子散射网络从而有效降低晶格热导率。此外,高压烧结技术会软化SnTe横波光学声子模而在样品中引入晶格软化机制,这进一步地降低了晶格热导率,结果高压烧结温度为993K的纯二元SnTe样品在873 K时获得了大幅下降的晶格热导率～0.78 Wm-1K-1,比SPS烧结的样品低了～150%,表明高压烧结技术是一种可以有效改善热电材料显微结构和电热输运性能的烧结技术。