能源是人类活动的物质基础,但随着社会不断地发展进步,人们肆意开发和浪费不可再生能源,不仅造成环境污染严重、全球变暖等问题,还使得可利用的能源日益枯竭。科研工作者们致力于开发新的能源材料和有效提高能源的利用率,而新能源的开发与使用需要依靠功能材料来实现,因此功能材料已成为近些年研究的热点。作为功能材料之一的热电材料是一种利用塞贝克效应可将来自工厂、发电厂的热能直接转化成电能而不会造成环境污染的材料,实现废热再利用,还可以利用帕尔贴效应实现热电制冷。使用热电材料不但可以提高能源利用效率,减少环境污染问题,同时热电器件还具有体积小、寿命长、安全等优点,在军事、医疗、交通运输等领域得到广泛应用。热电材料主要有合金材料和氧化物材料两大类。在实际生活中应用较为广泛的热电材料主要是合金材料,如Bi2Te3,PbTe等具有较好的热电性能,但因为含有有毒的重金属元素等问题而限制其大规模应用。而氧化物热电材料虽具有高温性能稳定好、制备过程简单、无毒害、成本低廉等优点,但却面临能量转换效率还不能达到实际应用的需要的问题。因此科研工作者尝试用掺杂的方法来提高材料的热电性能。本文选取n型氧化物薄膜热电材料TiO2作为研究对象,探究离子束注入Nb是对其晶体结构和热电性能的影响,并在高温还原环境中处理,使TiO2薄膜依然保持金红石型结构,研究不同处理条件对材料的电、热输运性能,以提高热电器件在实际生活中的应用价值。本文具体内容工作如下:1、使用PLD方法在(0001)取向的单晶Al2O3基底上外延生长了厚度80 nm左右的TiO2薄膜。XRD物相分析金红石型TiO2的(200)和(400)晶面衍射峰分别出现在39.19°和84.27°。采用离子注入方式在金红石型TiO2薄膜内进行Nb掺杂,室温下计算出Nb摩尔掺杂浓度6.0 t.%的TiO2薄膜样品在温度1473下还原处理两个小时具有最高的功率因子0.62 mW/m·K2,比高温还原处理的多晶块材的室温功率因子提高约12倍。说明使用离子束注入方式在合适的动态退火温度下进行Nb元素掺杂和高温还原处理可以有效地提升该金红石型TiO2薄膜的热电性能。2、使用拉曼光谱中观察到的特征峰对应金红石型TiO2的四个拉曼活性振动模。PPMS在50-380 K温度区间内测量其热电性能,在整个温度范围内,表现出半导体电阻行为,这些样品的输运行为较好地满足小极化子导电机制。380K下掺杂浓度6.0 at.%的薄膜样品的PF值可达到1.0 mW/m·K2,约为还原气氛中制备的TiO2多晶块材的功率因子的19倍。