热能与电能相互转换的热电转换技术可以有效进行能源的二次利用,缓解能源短缺和环境污染的问题。热电器件的转换效率主要取决于材料本身的热电优值,因此提高材料的热电优值是增强热电材料转换效率的关键。经典的热电材料PbTe属于典型的窄带隙半导体,并且具有简单的岩盐结构和较低的晶格热导率,从而成为最早被研究和实际应用的热电材料之一。本文以PbTe为研究对象,构建其在静水压和[100]、[110]和[111]三个方向单轴应力作用下的模型,并采用密度泛函理论和半经典玻尔兹曼输运方程深入分析了 PbTe在不同应力作用下电子和声子的输运性质。研究结果表明,随着[110]和[111]方向单轴应力的增加,PbTe在室温300K下低载流子浓度区域ZT值高达4左右;另外,当载流子浓度为1×1020cm-3时,随着[110]和[111]方向单轴应力的增加,p型PbTe在高温下ZT值达到3.0以上。本文主要工作及结论如下:1.计算了静水压力以及[100]、[110]、[111]三个方向单轴应力下PbTe的能带结构和声子谱。我们发现,随着静水压力的增大,PbTe的带隙宽度先减小后增大,出现能带反转。静水压力作用下的纵向声学声子/横向光学声子(LA/TO)出现脱偶现象,使得晶格热导率增加。在[100]方向上施加1%～5%的单轴应力时,能带形状与声子行为的改变对热输运的影响很小。改变晶格角度61°～65°施加[110]和[111]方向的单轴应力时,能带出现分裂,带隙值略有增加。与此同时,声学分支出现明显的软化,这使得声子导热速度变慢以及PbTe晶格热导率降低至0.1Wm-1K-1。2.在已知电子与声子行为的基础上,我们探索了温度和载流子浓度作用下静水压以及[100]、[110]、[111]三个方向单轴应力对PbTe输运性能的影响。对于1OGPa以内的静水压力,PbTe的ZT值先减小后增加,在6GPa附近热电性能达到低谷。固定温度300K、压力1OGPa时,n型PbTe最高ZT值为0.3左右。固定载流子浓度为1×1020cm-3时,p型和n型的PbTe在高温下得到较高的ZT值,而且p型热电性能明显高于n型,ZT值达到2.5以上。当沿着[100]方向施加单轴应力且固定温度为300K时,PbTe在低浓度区域的ZT值为0.4左右。当载流子浓度为1 × 1020cm-3时,p型PbTe在高温下有良好的热电性能,ZT值达到3.0以上,远大于n型PbTe的ZT值0.4。当沿着[110]和[111]方向施加单轴应力且固定温度为300K时,随着应力的增加,PbTe在低载流子浓度区域的ZT值达到4左右。固定载流子浓度为1×1020cm-3且考虑温度因素时,随着[110]和[111]方向单轴应力的增加,p型PbTe在高温下ZT值达到3以上,而且远高于n型材料。这些研究结果表明,施加单轴应力可以大幅度提高 PbTe的热电性能。