目前商用的碲化铋系材料主要以晶体生长法制备的单晶和取向多晶材料为主，制备周期长，能耗高，机械强度低、材料利用率低。经过多年对 Bi2Te3系材料的研究，虽然取得了一些重要进展，但是从大规模商业化应用的角度来看，仍然存在着较多问题。因此，对碲化铋系材料进行微纳米复合，通过对化学成分及组织结构进行调控，进而提高其热电及机械性能，是本论文的研究重点。　　本文通过多种制备工艺如粉末冶金法、熔炼-凝固法制备了多晶碲化铋系块体材料，采用 XRD、SEM、TEM、EDAX、DSC、DTA、热电以及机械强度测试等多种研究手段结合 castep模块计算，研究了制备工艺、点缺陷工程、异质原子固溶及纳米复合对Bi2Te3系合金的热电性能和力学性能的影响规律，初步制作为模块并测试。主要工作和结果如下：　　本文首先研究了Bi/Sb比例，对P型Bi2Te3系材料的影响，对于P型材料，通过成分调节适当提高了功率因子同时增强散射声子的程度，最终室温下 Bi0.4Sb1.6Te3的ZT值为1.09。研究Te/Se的比例，对N型材料的影响，发现通过引入更多的阴离子空位提高电子浓度，使得功率因子得到较大幅度的提升，同时晶格热导率得到了降低，其中Bi2Te2.5Se0.5在423K下的ZT值为0.79。　　在选定的P型材料基础上，研究了纳米第二相的添加对P型Bi0.4Sb1.6Te3的微结构及热电输运性能的影响。由于TiO2纳米颗粒难以弥散分布在基体中，电性能恶化明显，因此 Bi0.4Sb1.6Te3基纳米复合材料的ZT值没有提升。ZnO纳米颗粒在添加量较小时分散性较好，电性能降低较小，同时热导率得到有效降低，最终综合热电优值有一定程度的提高，掺入0.3 wt.％ZnO的P型样品的ZTmax在373K左右达到1.21。　　在纳米复合的基础上，进一步结合异质固溶原子的方法，详细研究了两者对其热电输运性能的影响规律。在P型Bi0.4Sb1.6Te3材料之中，通过添加β-Zn4Sb3而引入了Zn固溶及多相纳米散射中心，对双极传导产生抑制作用的同时，多相纳米散射中心还对声子产生多级散射作用，在较大程度上提升了材料的综合热电优值。最终，添加1.5 wt.%β-Zn4Sb3样品的ZTmax在423K的温度下达到1.44，相对传统单晶材料来说提升了70%左右。对于N型Bi2Te2.5Se0.5材料，通过添加不同含量MnTe2，发现双极传导同样受到抑制；同时，纳米第二相对声子的散射作用降低热导率，最终添加3.0 at.%MnTe2样品的ZTmax在523K左右达到1.03，相对区熔材料来说提升100%左右。　　研究了传统熔炼-凝固工艺制备Bi2Te3多晶的可行性。研究发现，冷却速率增加使得片晶及伪共晶组织细化，空冷样品的ZT值最佳。以空冷样品为基体，加入不同含量的MoSi2作为非均匀形核中心与弥散强化中心，进一步调控碲化铋系材料的微结构与热电性能。研究发现，随着 MoSi2含量的增加，基体组织及伪共晶组织进一步的细化，热导率显著降低，热电优值得到了明显提升；并且，通过Hall-Petch强化作用，机械强度提升。最终对于加入0.2 wt.%MoSi2的Bi0.5Sb1.5Te3基复合材料来说综合热电性能提升最大，其ZTmax在373K达到1.33左右，相对没有添加MoSi2的样品提升近30%；并且其抗弯强度达到了28.0MPa，相比基体，提升了56%。　　在上述材料研究的基础上，初步设计及制作了40×40×4mm3热电模块，并对其在不同温差下的伏安特性曲线进行了测试。经过研究发现，由β-Zn4Sb3纳米复合样品制备的热电模块由于其在高温下材料的热电性能得到改善，Th为558K，其最大输出功率为7.6W，单位面积提供的输出功率达到0.48W/cm2，相比商业单晶材料制备的模块提升了16%左右；而由通过熔炼-凝固法并复合MoSi2的材料制备的模块，输出功率也有一定的提升，最大输出功率为6.9W。