基于材料热释电效应的热-电转换装置,因其适用温度范围广、热-电转换速率快、低耗能、环境友好等特点,被视为最有潜力的中低温余热回收的途径之一。制备出具有高热释电系数、高能量转换密度的材料是实现其大规模应用的关键和前提。相比当前研究较多的铅基热释电材料,无铅铁电陶瓷材Bi_0.5Na_0.5TiO₃（BNT）因其环境友好而一直备受关注,但目前仍存在着热释电系数低等缺点,大大限制了无铅铁电陶瓷在余热回收领域的应用,因此,对BNT基热释电材料的改进和热电装置的优化对发展无铅铁电陶瓷在余热回收领域的应用有着深远的意义。石墨烯独特的晶体组成结构决定其具有优异的热导率和电子迁移率,是热释电发电器件电极材料的极佳选择。氧化石墨烯（GO）部分保留了石墨烯的导热、导电、柔性的优良特性,且其非对称结构在铁电性质研究方面也展现了极大的潜力,并且GO薄膜的通透性使热释电薄膜能够快速吸收热辐射。因此,研究GO薄膜的压电性能及其与BNT材料热释电效应的协同作用有望提高其异质结构的热-电转换的能量密度。本研究设计了一种基于无铅热释电薄膜/氧化石墨烯异质结构的热释电发电器件,以无铅铁电陶瓷薄膜BNT-GO为热电转换单元,进行了热释电效应的相关性能测试,得到了较高的热电转换能量密度。主要研究工作包括如下几个方面:（1）系统地研究了GO薄膜的铁电性质。分别采用真空抽滤法和Langmuir-Blodgget（LB）法两种方法制备了不同厚度、有序排列的GO薄膜,使用压电力显微镜（PFM）研究GO本身的铁电行为。结果表明:（a）首次使用PFM测出了GO薄膜的压电效应,证实其d₃₃压电系数可通过层间氢键的数量调节,干燥后的GO薄膜的d₃₃压电系数为3 pm·V^-1,当相对湿度增加至为75%时,其d₃₃压电系数可增大至12.6 pm·V^-1。（b）从理论上分析了GO薄膜铁电效应的起因,证明了GO薄膜的压电行为主要依靠氢键偶极矩的变化,外加电场会造成氢键的伸长或压缩进而产生的偶极矩的改变。（2）在GO薄膜依靠氢键调控其铁电性质的研究基础上,进一步构建了GO-P（VDF-TrFE）-GO层状薄膜异质结构,利用极性更强的P（VDF-TrFE）与GO官能团形成氢键来调控铁电性质,得到了具有高热释电性质的GO-P（VDF-TrFE）-GO薄膜。在相同制备工艺条件下对比了不同含量P（VDF-TrFE）掺杂对薄膜的热电转换性能的调控,评价了GO-P（VDF-TrFE）-GO薄膜在热释电发电机应用方面的优势。结果表明,当P（VDF-TrFE）的掺杂量为10%时,可以在GO层间进行均匀的插层,其热释电系数为16.10μC·m^-2·K^-1。（3）系统地研究了BNT纳米结构的制备参数及压电性能。通过搅拌水热法,可控制备BNT纳米结构,系统地研究了在这种新的溶解重结晶的生长体系中反应温度、反应时间、机械搅拌速率对生成产物的结构影响。通过此种方法获得了直径为20²00 nm,长度超过10μm的超长BNT纳米线（BNT NWs）。并系统地研究了BNT NWs在交变电场下的振幅变化,并通过计算得到其d₃₃方向上的压电系数,并统计了其与尺寸之间的关系。结果表明,当温度升高至180℃,水热保温时间为24 h,搅拌速度为1 000 r/min时,可得到高纯度的BNT NWs。当BNT NWs的直径范围为10³7 nm时,其d₃₃方向上的最大压电系数在直径为16 nm处最大,可达到172 pm·V^-1。（4）系统地研究了BNT薄膜的制备参数并设计研究了BNT-GO异质结构的热释电性能。通过溶胶凝胶法,获得了BNT准同型相界（MPB）附近的BNT_0.94BT_0.06的铁电陶瓷薄膜,系统地研究了旋涂次数、退火温度、退火时间对BNT薄膜质量的影响规律。结果表明,以0.2 M的前驱液旋涂次数为8次时,其厚度约为400nm;退火温度以450℃,5 min和750℃,30 min为优,可以得到结构致密,表面光滑的BNT薄膜,其最大d₃₃压电系数为73.30 pm·V^-1;系统测试了BNT-GO异质结构在不同温度下的电滞回线,并根据奥森热-电能量循环计算其热电能量转换密度,结果表明,BNT-GO薄膜的热电能量转换密度得到了一定提高,热释电系数为69.61 nC·cm^-2·K^-1。BNT-GO薄膜在电场强度为142.86¹ 142.86 kV·cm^-1的变化间,30⁹0℃时1圈的热电能量转换密度为1 352.66 mJ·cm^-3。