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碲化铋基合金是室温下性能最好的热电材料，利用其制成的热电器件能够实现热能与电能的相互转换，并在日常生活中得到了广泛应用。但是，热电器件的成本较高，转换效率偏低（小于10％），从而限制了其应用领域的扩大。因此有必要通过提高碲化铋基材料的热电性能以及优化器件设计两个途径来提高热电器件的转换效率。本文以惰气气体保护蒸发-冷凝法制备的Bi、Te、Sb及Se纳米粉末为原料，通过机械合金化(MA)结合放电等离子烧结(SPS)技术，分别制备出了纳米结构n型Bi2Te3-xSex块体材料及p型Bi2-xSbxTe3块体材料，在获得优化材料性能参数的基础上，利用ANSYS软件对热电器件的性能及应力分布进行了模拟分析。 实验结果表明，以惰气气体保护蒸发-冷凝法制备的Bi、Te、Sb和Se纳米粉末为原料，采用机械合金化法制备出了晶粒尺度为20～80nm左右的n型Bi2Te3-xSex纳米合金粉末，再借助SPS技术制备出具有纳米结构的块体材料。烧结块体的致密度随着烧结压力和烧结温度的升高而增加，材料的取向性随着Se掺杂量的增加而显著增大。Bi2Te3-xSex合金块体的电输运特性随着Se掺杂量的变化而发生显著的变化，当x≥1.8时，样品由半导体输运特性转变成金属输运特性。热导率随着Se掺杂量的增加以及烧结压力的增大而大幅降低，在x=0.21时，烧结块体的热导率最低，在373K降至0.74W/m·K。其中烧结温度为450℃时，烧结压力为100MPa的Bi2Te2.79Se0.21烧结块体在423K附近取得最大ZT值，达到0.82。 采用同样的工艺制备出了具有纳米结构的p型Bi2-xSbxTe3合金块体。所有烧结样品都呈现金属输运特性，电阻率随着Sb掺杂量的增加而逐渐降低，随烧结温度的降低而先降低后升高。当x=1.7时，在烧结温度为693K、烧结压力为30MPa条件下制得的块体材料，于测试温度为423K时获得最大的ZT值，达到1.12。 在获得优化材料性能参数的基础上，利用ANSYS软件模拟分析了7对热电对制冷器件热平衡状态下的热电性能与应力分布，希望以此能够对后续的器件制作提供理论指导。模拟计算结果表明，热电器件的热应力主要分布在碲化铋基热电材料与焊料接触面、焊料与铜片接触面、铜片与陶瓷片接触面上，其中，碲化铋基热电材料与焊料接触面的应力最小，铜片与陶瓷片接触面应力最大。冷端面温度相同时，制冷系数与制冷量随温差的升高而降低;冷热端面温差相同时，制冷系数与制冷量随冷端面温度的升高而升高，在设定器件两端面温差为50℃，冷端面温度为0℃，输入电流为9A时，获得最大制冷系数η=0.24，在输入电流为14.8A时，取得最大制冷量为Q=1.84W。温差与冷端面温度相同时，在有接触电阻的情况下，制冷系数与制冷量显著降低，设定温差10℃，冷端温度为20℃时，制冷系数为0.03，进一步模拟表明器件达到最大温差为10℃。改进器件制作工艺，减少接触电阻是提高制冷器件效率的关键。