在人类生活的很多领域,能源需求的迅速增长以及由此带来的环境污染问题突显了开发清洁可再生能源的重要性。热电技术可以实现固态材料在电能和热能之间直接互相转换,因此引起人们极大的研究兴趣。但目前热电器件一直没有得到广泛应用,主要原因是目前热电器件的转换效率还非常低。材料的热电转换效率是由无量纲热电优ZT来衡量,ZT值越大材料热电转换效率越高。由于影响ZT值的几个电输运参数之间的相互纠缠,使得ZT值大幅度提高遇到了巨大挑战。但是电输运性能与晶格热导率之间的弱耦合,使得寻找具有本征低晶格热导率的材料体系并研究提高其热电性能的微观机理、促进新型热电材料的实用化进程成为热电领域主要研究方向。因此,本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理并结合半经典玻耳兹曼输运理论研究了新型三元化合物 Ba/Mg/Si(BaMgSi,Ba2Mg3Si4 和 BaMg2Si2)和 full-Heusler 合金 X2YZ(X=Ca,Sr 和 Ba;Y=Au 和 Hg;Z=Sn,Pb,As,Sb 和 Bi)的电子输运性能,同时采用密度泛函微扰理论方法研究了材料的动力学特性,主要研究工作如下:一、系统研究了重原子Ba多样化填充复杂蜂窝状晶体结构BaMgSi,Ba2Mg3Si4和BaMg2Si2的电子结构、声子输运性质以及热电特性。结果表明三种化合物特殊的晶体结构能够形成多声子散射中心和原子rattling振动效应,有效降低了材料的晶格热导率。随着Ba含量的降低,发生了从半导体BaMgSi,半金属Ba2Mg3Si4到金属BaMg2Si2的转变。声子输运性质研究表明BaMgSi,Ba2Mg3Si4和BaMg2Si2的晶格热导率都具有明显的各向异性,三者都是在温度为1000 K时获得最小平均晶格热导率,分别是0.37W/mK,0.38W/mK 和 1.0W/mK。此外,BaMgSi,Ba2Mg3Si4 和 BaMg2Si2 都有高的格林爱森常数,这不仅反映了强的非谐相互作用,还表明了声子-声子之间的散射非常强。结合BaMgSi,Ba2Mg3Si4和BaMg2Si2的电输运性质和晶格热导率,表明BaMgSi是这三种材料中热电性能最好的。进一步的研究表明在最佳载流子浓度下,p型BaMgSi最大ZT值达到2.96(800 K),n型BaMgSi的最大ZT值为1.68(1000 K)。该项研究成功筛选出了新型三元Ba/Mg/Si化合物中的最有应用前景的热电材料BaMgSi,对进一步热电材料的设计和实验研究提供了理论支持。二、第一性原理研究了新型 full-Heusler X2YZ(X=Ca,Sr 和 Ba;Y=Au 和 Hg;Z=Sn,Pb,As,Sb和Bi)的电子结构和输运性质。为了得到较准确的带隙,我们采用了 PBE-GGA交换关联势,考虑自旋轨道偶合(SOC)和TB-mBJ修正。本工作分别采用不同交换关联泛函在考虑和不考虑SOC的情况下计算了这几种合金的能带结构。发现SOC不仅影响带隙的大小,而且影响价带顶部和导带底部的对称性和色散,因此在计算电子传输性质时不能忽略。其次,基于PBE-GGA+SOC+MBJ计算的电子结构,我们研究了这几种化合物的电输运性质。最后基于前期研究计算的晶格热导率,计算了 X2YZ(X=Ca,Sr和Ba;Y=Au和Hg;Z=Sn,Pb,As,Sb和Bi)的热电优值ZT,预测室温ZT的最小值应大于2.0。有趣的是,Ba2AuBi和Ba2AuSb在相同的载流子下有非常相似的p型和n型热电性能,这对于商业化热电器件制造有重要意义。