热电材料可以实现热能与电能的直接转化,且对环境友好,因此成为新能源领域的重要研究对象,但是能量转化效率制约着其广泛应用。材料的热电转化效率由热电优值ZT=（S²σT）/κ决定,其中S是Seebeck系数,σ是电导率,κ是热导率,T是绝对温度。因此,好的热电材料应该具有高Seebeck系数、高电导率以及低热导率。这三个参数通常强烈地耦合在一起,很难单独优化其中一个参数而对其它参数不产生负面影响。上世纪中叶,Bi₂Te₃、PbTe等半导体合金因具有良好热电性能被广泛研究应用,被称为传统热电材料。但是其热电转换效率无法同传统的发电和制冷技术相媲美。近年来,由于纳米技术的发展,不断有新的热电材料被发现,其中“电子晶体-声子玻璃”在保持良好电子输运性质的同时有效降低了热导率,使得热电性能得到提高。同时,Hicks和Dresselhaus提出低维化可以提高材料热电性能。低维材料中,量子受限效应增加了费米面附近态密度的能量依赖性,可以有效地提高材料的功率因子,并且量子尺寸效应增加声子散射,可降低热导率。提高功率因子,降低热导率是提高热电优值的重要途径。基于此,针对几种层状材料,我们展开了以下研究工作。首先,我们研究了单层硫族镓化合物GaX（X=S,Se,Te）的热电性能。我们发现在GaX价带顶部出现了一个比较特殊的类似墨西哥帽子形状的能带色散关系。这种特殊的能带结构使得费米面附近的态密度出现非常陡峻的尖峰,从而使其Seebeck系数得到加强。这里,通过一个简单的哈密顿模型分析,我们发现可以将其看作是二维晶体材料中表现出的一种准一维能带结构。此外,通过施加应变,可以调控GaX材料的导带底部的位置。因此,可以通过施加应变的手段调控相应的热电性能。其次,我们研究了层状Bi₂O₂X（X=Se/Te）材料的热电性能。Bi₂O₂X材料中层与层之间通过静电相互作用结合在一起,分属不同原子层的Bi原子和Se/Te原子之间发生耦合振动,导致非谐声子散射,有效地降低了热导率。在此基础上,我们进一步研究了电子对热电输运的贡献,发现在使用相同弛豫时间的条件下,两种材料的p型掺杂的热电功率因子要比n型掺杂的功率因子大很多。因此,在Bi₂O₂X材料中实现p型掺杂,将是提高这类材料热电性能的有效方法。通常在研究材料的热电性能时,人们往往忽略材料热膨胀而导致的晶格常数对温度的依赖。这一效应对材料的热电性能的影响并不清楚。为了考察这一问题,在本文最后一部分,我们研究四种类石墨烯二维材料（石墨烯、硅烯、锗烯、蓝磷）的热学性质。从材料的晶格结构和声子振动谱出发,研究它们热学性质的异同。从石墨烯到蓝磷,由于材料的弯曲使得平面内和垂直平面的声子模式的耦合加强,声子谱的能隙越来越大。在室温中,这四种材料均表现出负的热膨胀系数。最后我们发现热膨胀系数的计算严重依赖于施加的应力,因为二维材料的ZA模式极易软化。因此,对二维材料来说,使用Grüneisen定律来计算热膨胀系数更为精确。基于以上结果,我们未来会进一步研究热膨胀对热电性能的影响。