方钴矿（CoSb3）热电材料是一种典型的中温域热电材料。其热电器件在服役过程中需同时承受循环热载荷和机械载荷的共同作用,在这些载荷的作用下,CoSb3与电极材料之间的界面上,会出现原子的相互扩散,随着服役时间的增加,这个扩散层的厚度会不断增加,最终在机械载荷的作用下导致界面开裂,这就严重影响了热电器件的可靠性。研究热电材料与电极之间界面扩散的过程及机制及其对力学性能的影响,对热电材料的应用极为重要。本文采用第一性原理从原子尺度出发,系统的研究了CoSb3/Ti界面的原子构型、电子特性以及原子扩散的微观机制。并以此为基础,研究了界面结构的力学性能及其破坏的微观机理,从理论上验证了一种既能抑制界面原子扩散,又能提升界面结合性能的可行方案。本文的具体研究内容如下:给出了CoSb3/Ti界面的原子构型。根据对界面结合能的研究,发现单层Sb终端（T3）的CoSb3（001）/Ti（011 0）界面最为稳定。为此,论文随后对T3界面的电子特性和原子的成键特征做了系统的研究。发现界面处存在电荷转移的现象,界面两侧的电子向界面处发生了电荷转移。界面处Ti与CoSb3之间的原子作用主要是金属键并掺杂了少量共价键的成分。界面连接处的原子周围的电荷向着CoSb3/Ti界面连接处的间隙发生了电荷转移。这个电荷转移的发生,更好的促进了界面原子之间的结合。研究了CoSb3/Ti界面中CoSb3层有Sb空位和Ti层有Ti空位时的原子扩散现象。通过计算研究了空位对界面原子扩散的影响,并分析了原子扩散的微观机制以及扩散后界面原子的结合特性。研究发现,当界面存在空位时,界面处极易发生原子的相互扩散,这种相互扩散主要是Sb与Ti原子之间的相互扩散。界面处的Co原子相对来说比较稳定。最后以空位形成能最低的界面扩散模型作为代表,研究了扩散后界面的原子结构和电子特性,为后续研究界面在原子扩散之后的力学性能提供基础。同时还发现在界面处,Sb-4原子环结构非常脆弱,容易发生破坏,这也是Sb原子容易发生扩散的原因之一。Sb扩散进入Ti层中后,与周围的Ti原子的相互作用为金属键作用。计算了CoSb3/Ti理想界面（无缺陷界面）的力学性能和原子扩散后的CoSb3/Ti界面的力学性能。通过对比研究,得出了界面在原子扩散前后的界面微观破坏机制。原子扩散后界面的理想强度相比没有发生原子扩散的界面的理想强度降低了8.1%,理想剪切强度相比没有原子扩散的界面降低了38.5%。界面的破坏均发生在CoSb3层中。在理想界面中,Sb-Sb键的强度要弱于Co-Sb键,在界面拉伸试验模拟中最先断裂,最终界面处Co-Sb键的软化及失效导致了CoSb3/Ti异质界面的失效。而在原子扩散之后的界面中,由于界面处Ti、Sb的相互扩散,Ti-Sb之间形成了新的离子键,导致界面处的电子重新分布,并降低了Co-Sb键的强度,界面原子的扩散对Co-Sb原子键的强度有很大的削弱作用,导致原子扩散之后界面结构中的Co-Sb原子键在变形过程中首先软化,最终承受拉伸应变的主要是Sb3-Sb4键。最终导致原子扩散后界面破坏的是Sb-Sb（Sb3-Sb4）键的断开。界面处Co-Sb键的软化及断开是导致CoSb3/Ti理想界面失效的微观机制;Sb3-Sb4键的断裂是导致原子扩散之后CoSb3/Ti界面失效的微观机制。为了抑制界面的原子扩散并提升界面的力学性能,本文在界面中存在空位的同时在Ti层中引入了Al元素,来研究Al元素对界面原子扩散的影响;考虑到填充CoSb3热电材料具有更好的热电性能,同时本文也研究了Yb填充对CoSb3/Ti界面原子扩散的影响;最后讨论了Ti中掺杂少量Al元素以及CoSb3中填充Yb对界面力学性能的影响。研究发现,CoSb3中Yb的填充对界面原子扩散的影响基本忽略不计,Yb填充前后界面原子的扩散机制及拉伸力学性能并没有任何变化,Yb填充前后界面的扩散机制以及力学性能并没有改变。而Ti中Al的掺杂则对界面的原子扩散有较大影响,Al的掺杂能够显著抑制界面的原子扩散,提升界面的力学性能。相对比于理想界面的理想拉伸强度4.92GPa,Ti中掺杂Al后,界面的理想拉伸强度为6.52GPa,提升了33%。主要原因是Al原子的电负性非常弱,在界面结构中呈现的是阳离子状态,与周围的Co、Sb原子形成较强的离子键作用。同时,界面处存在电荷转移的现象,Al在界面中失去电子,转移到界面附近的CoSb3层中,增强了Sb-Sb键的强度,因而界面的力学性能有了很大的提高。