热电材料是一种可以实现电能与热能之间相互直接转化的功能材料,对新能源探索和环境保护等多个研究领域具有要意义。Bi₂Te₃体系是目前备受关注的室温域热电材料,在热电发电和热电制冷方面的应用前景十分广阔。为了进一步提高该体系材料的热电性能从而实现替代传统发电和制冷器件,近年来各种优化方法的相关报道层出不穷,其中,掺杂和纳米化作为优化热电性能的有效途径被广泛研究。实际上,Bi₂Te₃体系材料的热电传输性能受制备过程中晶体组织、结构、成分、掺杂等多种因素的影响,明确以上因素对热电传输性能的作用机理及其变化规律,对提高Bi₂Te₃体系材料的热电性能至关重要。为此,本论文选择传统的定向凝固方法,使Bi₂Te₃基合金材料经Cu元素掺杂以及固态相变后析出纳米结构相的同时按其最优性能方向定向生长,为高性能热电材料的研发开拓思路并提供理论依据。本论文选取CuxBi₂Te₃+x/2和CuxBi₂Te₃两种掺杂方式对Bi₂Te₃基进行不同Cu含量掺杂下基体微观组织演变和对热电学性能影响规律的探索研究,结果发现,随着Cu含量的增加,Cu开始时固溶在Bi₂Te₃基体中,后逐渐在基体中原位析出第二相组织,经实验确定所析出的第二相为Cu2Te。随着Cu含量的继续增加,会在基体的晶界处形成小部分Cu2Te与Bi₂Te₃复合共晶组织。对Bi-Te-Cu合金进行5μm/s抽拉速度下的定向凝固实验,得到的定向凝固合金组织内部成分分布均匀一致,基体中所固溶Cu的含量有所增加,同时经定向凝固后的基体晶体具有沿（015）,（1010）和（110）晶面择优取向生长特性,均与Bi₂Te₃基体晶体中的最优性能方向保持一致。通过对室温下经定向凝固后的Bi-Te-Cu合金进行热电传输系数测试,随着Cu含量的增加,合金电导率先降低后升高,与Seebeck变化呈现相反变化趋势,其中CuxBi₂Te₃系列合金中x=0.10合金Seebeck系数绝对值高于其他成分,并且由于热导率较低,最终在496K时热电优值达到最高值0.69,高于块体Bi₂Te₃未掺杂合金材料区熔试样热电优值约2倍,相比于同种掺杂方式下通过粉末冶金结合熔融旋甩所获得的同系列合金的最高热电优值还要高出37.7%。