热电材料是用来实现热能和电能直接相互转换的一种功能材料,采用热电材料及其技术制成的器件能实现温差发电和热电制冷,其相较于传统发电和制冷技术具有环境污染小、无传动部件以及安全可靠等显著特点,因此,热电材料的开发研究与实际应用具有广阔前景。Mg₂Si基热电材料作为一种中温（400⁹00K）热电材料,不仅拥有良好的材料性能参数,而且原料蕴藏丰富、价格低廉,但由于Mg的蒸发和氧化等问题导致了合成出单一纯净的Mg₂Si基热电材料产品较为困难,因此探索新的、可行的Mg₂Si基热电材料的制备合成方法是目前Mg₂Si基热电材料研究的一个重要科研方向。此外,由于Mg₂Si基热电材料的热电性能以及连接应用目前还处在相对较初级的阶段,研究和探索新的有效方法来改善、优化和提高其热电参数性能以及应用连接等技术也是Mg₂Si基热电材料目前研究的重点努力方向。本文针对Mg₂Si基热电材料研究中存在的上述问题,首先采用MgH2、纳米Si粉和Sn粉,通过FAPAS一步合成法制备Mg₂Si基热电材料,对其合成过程可行性进行探索,较好地解决了传统制备方法存在的反应温度高、Mg的氧化挥发严重和成分难以控制等问题。在此基础上,利用硅纳米线和Mg₂Si纳米晶与Mg₂Si材料进行复合,结合大直径Bi原子掺杂实现对其热电性能的解耦优化。基于样品的物相、微观结构和热电传输性能之间的关系,结合spb模型对mg2si基热电材料的热电传输机制进行了分析。最后,针对温差发电器件的输出电极的应用问题,研究了mg2si-cu/ni复合导流电极的扩散连接,分析了不同工艺下的连接界面扩散层形貌及其形成规律,研究了其热电接触性能、力学性能以及热稳定性。其主要研究结果如下:（1）实现了以mgh2为原料,采用一步合成法（fapas）同步完成mg2si基热电材料的固相反应和粉体致密化过程。少量纳米si颗粒和1%bi的掺入可有效提高mg2si基材料的电导率并降低其热导率,通过固溶改性和bi的掺杂优化,其热电性能在770k时,2at.%bi掺杂的mg2si0.6sn0.4样品获得了最大zt值1.29;对掺杂样品的退火处理研究表明所有样品都具有较好的稳定性。（2）通过化学刻蚀和外混的方法成功制备出了mg2si-sinw复合材料,研究通过引入sinw解除本征mg2si材料的电参数之间耦合的可能性,探索了提高样品的热电性能的新途径。研究发现sinw的引入可以有效改善本征mg2si材料的热电性能,但bi元素的掺杂弱化了sinw在本征mg2si材料中的能量过滤效应和对声子的散射效应。微纳复合mg2si材料中的载流子传输存在选择性,且随着微米晶含量的增加,载流子的迁移率增加;随着纳米晶含量的增加,样品热导率下降。（3）spb模型在分析热电材料传输性机制和优化热电性能方面具有指导意义。本研究将此模型应用于bi掺杂mg2si基样品中,对其热电传输机制进行分析。研究结果表明,样品的zt值与简约费米能级有关,最佳η值在能带边缘,其值与有效质量、迁移率互相关联。bi掺杂mg2sisinw0.005样品的最佳载流子浓度随温度升高而增大,而当温度升至775k时,由于受其它能带结构的影响样品的实验值远高于理论值。而一步合成Mg₂Si0.6Sn0.4Bix样品的最佳ZT值随载流子浓度的增加先增大后减小,最佳载流子浓度保持在一个较小的范围内,当温度为775K,载流子浓度达到1×1020cm-3时,样品将获得最高ZT值。（4）采用一步合成法实现了Mg₂Si的合成及其与Cu/Ni复合导流电极的同步连接,研究了不同合成温度、时间等工艺参数对界面结构及新相形成规律的影响,并对界面的接触电阻和剪切强度进行了表征。结果表明,烧结温度高于1023K,烧结时间不少于15min时,接头具有最佳的接触电阻和强度组合,且热稳定性良好。