能源危机和环境污染给人类发展造成巨大威胁,同时能源使用过程中又有大量能量会以废热损失,如何有效利用废热是值得研究的课题。热电材料能把热能直接转化为电能,但是目前较低的能量转化效率限制了其实际应用,这是因为性能良好的热电材料需同时具备三个条件:良好的导电性、较高的塞贝克系数和较低的热导率。需要解释的是这三个参数相互关联,难以单独调控,严重限制了热电材料性能的有效提升。铜铁矿CuAlO₂具备独特的二维结构,较高的理论热电性能,同时还具备稳定性高和环境友好等优点,是极具发展前景的热电材料。本文采用固相烧结法和溶胶凝胶法分别制备了碳纳米管(CNTs)掺杂的CuAlO₂块材和Ni掺杂的CuAlO₂薄膜,有效改善了其热电性能,得到了一些有价值的研究结果。本文的主要研究结果如下:(1)首先采用固相烧结法制备了CuAlO₂粉末:以Al(OH)₃和Cu₂O粉末为原料,高速球磨使其混合均匀,然后在马弗炉中1100℃下成功煅烧合成了高纯CuAlO₂粉末。以聚乙烯醇(PVA)和固体石蜡为粘接剂分别制备了CuAlO₂块材,研究发现以固体石蜡为粘接剂所得CuAlO₂块材的电导率和塞贝克系数都明显高于以PVA为粘接剂的块材,功率因数最大值达到2.72×10^-8 Wm^-1K^-2。将不同比例的碳纳米管掺入CuAlO₂粉末中,使用压力机制备得到了碳纳米管/CuAlO₂复合块材。研究发现碳纳米管的掺入量和压片压力大小都能明显改变碳纳米管/CuAlO₂复合块材的电导率,在7 MPa、1 wt.%碳纳米管掺杂条件下得到的块材的常温功率因数最高达到1.31×10^-6Wm^-1K^-2。随着测量温度逐渐升高,块材的电导率呈现先下降后上升变化规律,这主要是由于块材中的碳纳米管在低温段起主要因素,而高温段由CuAlO₂相占主导因素。另外,碳纳米管和粘接剂能有效稳定复合块材的塞贝克系数,复合块材在350 K时功率因数达到最大值1.5×10^-6Wm^-1K^-2。(2)采用溶胶-凝胶法在不同温度和退火气氛下制备了未掺杂和3 at.%Ni掺杂的CuAlO₂薄膜,利用300 Me V/u的86Kr³⁰⁺重离子对其进行了不同剂量的辐照。通过快重离子(swift heavy ions irradiation,SHI)辐照增加薄膜中的缺陷浓度同时降低薄膜密度,从而改善其导电性能。研究发现在Ar气氛、900℃条件下退火75 min的CuAlO₂薄膜结晶性最好,经过快重离子辐照能明显降低薄膜表面粗糙度,极大提高电导率,薄膜的电阻率最低达到11.5Ω·cm。Ni掺杂能有效抑制SHI辐照对CuAlO₂薄膜的非晶化以及薄膜透光率的降低,辐照后薄膜在550 nm处的透光率仍然高达74%。