当今人类社会经济高速发展、生活水平逐步提高，与此同时，我们也面临着化石能源日益枯竭、生态环境加速恶化的困境，结合煤、石油、天然气等一次能源仍旧占据能源供应主导地位的现实情况，探寻高效的能源利用方式是一项势在必行的工作。热电器件能够直接实现热能与电能之间相互转换，独特的功能使其成为研究人员感兴趣的方向之一，热电器件有望在工业运输业废热回收、航空航天电子器件以及日常民用电器等领域发挥作用。研究者在不断探索具有较大热电优值、性能优异的热电材料。氧化物热电材料具有无毒、环保和适用温度范围广的优点，但该类材料的热电优值普遍较低，这大大阻碍了高温热电器件的开发。此外，热电器件需要n、p型材料组合而成，截至目前，n型氧化物热电材料的性能还不足以和p型氧化物热电材料匹配。因此，探索具有优良热电性能的n型氧化物热电材料具有相当大的意义。　　本课题以提高CaMnO3基陶瓷材料热电性能为主要目标，设计和制备了几种掺杂CaMnO3基陶瓷，探究了不同的掺杂元素及掺杂方式对于材料性能的影响。　　(1)在Material Studio平台上模拟了纯CaMnO3、Ca1-xRxMnO3(x=0.05，0.1)[注]和CaMn1-xTixO3(x=0.05，0.1)的晶胞并利用第一性原理对其电性能的本质进行了研究，结果表明未掺杂CaMnO3费米能级附近的带隙宽度为0.6eV，属于典型的半导体，金属元素掺杂能够改变材料的能带结构，掺杂的体系具有更低能带间隙，说明掺杂R或Ti元素有助于提高材料的导电性能。　　(2)为了在实验室现有条件下制得性能较好的热电陶瓷，就陶瓷样品制备的主要环节及工艺参数进行了调试和优化，首先以CaO&MnCO3、CaCO3&MnCO3、CaCO3&MnO2的原料组合制备了CaMnO3陶瓷样品，测试了其物相结构及性能，选定CaCO3、MnCO3作为原料；其次是以CaCO3&MnCO3为原料组合，选取150MPa至450MPa范围内不同的成型压力来压制生坯并在1200℃烧结制备样品；最后在确定原料配方和压力后对烧结温度进行了优化，最终确定的制备工艺是以CaCO3&MnCO3为基材原料，烧结温度1200℃，制样的压力控制在300MPa左右。　　(3)制备得到了组成为Ca1-xRxMnO3(x=0.02，0.05，0.08，0.1)、CaMn1-xTixO3(x=0.02，0.05,0.1)以及添加石墨的单相CaMnO3基热电陶瓷，数据结果表明，所有掺杂样品均为n型半导体氧化物热电材料，掺杂有利于提高材料的功率因子及热电优值，其中添加石墨在降低材料电阻率的同时还能保证较大的温差电动势，对于材料热电性能的改善程度是三种掺杂方式中最大的一种，石墨添加比例为1wt%的CaMnO3陶瓷样品在800K下功率因子和ZT值分别为4.038μW/(cmK2)和0.10946，较未掺杂样品有1-2个数量级的提升。金属R元素掺杂的样品中，Ca0.98R0.02MnO3的样750K时具有最大的温差电动势，此时的塞贝克系数为-210μV/K，同一样品在1000K下功率因子和 ZT值分别为1.43μW/（cmK2）和0.0668，较未掺杂样品的性能数据有一个数量级的提升。金属Ti掺杂的样品中，最大的功率因子和ZT值由组成为CaMn0.98Ti0.02O3的陶瓷样品在800K下获得，数值分别为0.52704μW/（cmK2）和0.0105。