方钴矿化合物是一类重要的中温热电材料，其热电性能优值ZT已达到1.7～1.8，在中温区(250～600℃)热电发电方面具有广泛的应用前景。在实际服役环境中，方钴矿热电材料及其器件将承受循环温度变化和循环热应力的共同作用，其热力学和力学性能的研究对器件的设计及可靠性评价具有重要意义。　　 论文以发展方钴矿热电材料CoSb3的分子动力学分析方法，研究理想结构的CoSb3材料的热力学性质和基本力学性能为目标，开展了一系列的研究工作。　　 由于原子间相互作用势是分子动力学分析的基础问题，论文研究并建立了两种能够描述CoSb3化合物原子间相互作用的作用势模型。首先采用两体作用势函数模型，即Morse势函数模型。根据作用势与材料基本物理性质之间的关系，分别确定了Co-Co、Sb-Sb、Co-Sb原子对的势参数。通过验证，该两体势在30K低温时能使晶体保持稳定结构，但在中温区域晶体结构发生紊乱。考虑到两体势函数模型的局限性，论文进而根据CoSb3化合物的晶体结构特征和成键形式，建立了CoSb3化合物的多体作用势模型，该模型将键角的三体相互作用考虑进来了。经测试，该三体势不仅能使CoSb3在其工作的中温区域保持稳定结构，而且预测的基本物理性质都与已有的实验和理论结果非常吻合。　　 采用所建立的三体作用势模型，进行了理想结构的CoSb3热电材料基本力学性能的分子动力学研究。首先模拟了不同温度下单晶块体CoSb3的单轴拉伸和压缩变形过程，根据应力-应变曲线和原子构型演化分析，获得了单晶块体CoSb3的基本力学性能，探讨了温度对其力学行为影响的一般规律。同时，论文也模拟了不同的结构尺度(块体、纳米膜、纳米线、纳米颗粒)下CoSb3热电材料的单轴拉伸和压缩变形过程，探讨了结构维数变化对材料基本力学性能的影响。　　 由于CoSb3中的Sb原子极易挥发从而导致晶体结构中的Sb缺位，而Sb缺位对材料性能的影响难以通过实验方法进行定量研究，论文通过分子动力学模拟研究了Sb原子缺位对CoSb3热电材料的晶格热导率和基本力学性能的影响。假设缺位的Sb原子为随机分布，采用速度交换方法对缺位模型进行热传导模拟，获得了不同缺位率情况下单晶块体CoSb3的晶格热导率的变化规律。在不同缺位率情况下，模拟了单晶块体CoSb3的单轴拉伸和压缩过程，获得了缺位对CoSb3热电材料基本力学性能的影响规律，同时也探讨了缺位分布均匀性的影响。结果表明，缺位会使单晶块体CoSb3的晶格热导率显著降低，但同时也大大降低了其极限强度值。　　 最新的理论和实验研究表明，在材料中引入纳米尺度微孔有可能显著降低材料的热导率，论文通过对含纳米孔洞的单晶块体CoSb3热电材料进行分子动力学模拟，系统研究并揭示了纳米尺度微孔的存在对材料晶格热导率和基本力学性能的影响规律。结果表明，引入纳米尺度微孔是降低该材料晶格热导率的有效途径，而且减小孔径和增加孔隙率会使这种效果更加显著；含孔洞情况下，减小孔径能提高材料的极限强度，增加孔隙率则会降低材料的杨氏模量。