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热电材料是一种可以实现热能与电能相互转换的特殊功能材料。热电界围绕如何提高热电材料的热电优值展开了大量研究。方钴矿热电材料就是其中一个研究热点，它被认为是一种极具应用潜力的中温热电材料。然而，热电材料一旦用于发电系统中，就不可避免的会受到热、力载荷的作用。那么，在热、力载荷作用下，方钴矿材料的结构和性能将发生何种变化，是直接影响其应用前景的基础，而当前对方钴矿材料在这方面的研究还很缺乏。本文围绕几种方钴矿基热电材料，对它们在热、力载荷作用下结构和性能的变化展开了研究，得到了这些材料结构与性能的演化规律，为方钴矿材料的实际应用奠定了基础。
二元方钴矿材料CoSb3是研究方钴矿基热电材料的基础，本文研究了在循环热、力作用下CoSb3结构及热电和力学性能的变化，得到了其结构和性能演化的规律。在室温～500℃～室温的循环热载荷作用下，CoSb3材料中的Sb有挥发，材料的表面形貌发生了明显改变，出现了开裂和鼓包，2000次热循环后材料密度下降了近5％，但是CoSb3材料的相组成依然保持稳定;热循环后，材料的电导率有所增加，特别是在300～600 K范围内的变化较为明显， Seebeck系数有所下降，功率因子变化并不明显;由于材料中Sb空位的增加以及材料致密度的减小，材料的热导率在热循环后明显降低，2000次热循环后，热导率在300 K时下降了近20％，CoSb3材料最大ZT值和热循环前比增加了25％;由于CoSb3材料经历热循环后出现了开裂和鼓包，2000次热循环后，材料的抗压强度和弯曲强度均有所下降，但是压缩模量和弯曲模量的变化并不明显。总的来说，循环热载荷对CoSb3材料的微观结构有所影响，从而使材料的强度有所降低，但是材料的热电优值有所增加。另外，在0～150～0 MPa的循环压应力作用下，CoSb3热电材料的结构和电性能没有明显的变化。
在二元方钴矿中填充Yb能较为有效的提高方钴矿的热电性能，本文研究了在循环热、力载荷作用下，Yb0.1Co4Sb12材料结构和热电性能的变化，得到了其结构和热电性能的演化规律。在室温～500℃～室温循环热载荷作用下，Yb0.1Co4Sb12材料表面形貌发生了改变，也出现了开裂和鼓包的现象，1000次热循环后，材料密度下降了2.3％，这时材料的主相仍然是方钴矿相，但出现了少量第二相YbSb;热循环后，由于Sb缺位以及YbSb第二相的出现增加了对载流子和声子的散射，材料的电导率和热导率均减小，1000次热循环后，材料在300 K时的电导率和热导率分别下降了11.5％和9.7％，而热循环对Seebeck系数影响并不明显，材料的最大ZT值从热载荷作用前的0.74减小到0.69，下降幅度仅为6.8％。总的来说，循环热载荷对Yb0.1Co4Sb12材料的结构（包括相组成）有影响，而对材料的热电性能优值影响较小。另外，0～150～0 MPa的循环压应力作用1000次对Yb0.1Co4Sb12材料的结构和电性能没有明显的影响。
纳米化是提高方钴矿材料热电优值的有效途径，本文研究了在持续热载荷作用下，纳米CoSb3材料结构和热电性能的变化，得到了其结构和热电性能的变化规律。在500℃的持续热载荷作用下，纳米CoSb3材料的晶粒尺寸变化显著，持续热载荷作用100小时后试样的晶粒尺寸是热载荷作用之前的3倍还多，但100小时后，试样的晶粒尺寸趋于稳定;150小时后，材料密度下降2.3％，材料的主相仍然是CoSb3相，但出现了少量Sb;由于晶粒尺寸的显著增加以及Sb的出现，材料的电导率和热导率均增加，在热载荷作用150小时后，在300 K时材料的电导率和热导率分别增加了76.6％和5.7％，而Seebeck系数却减少了36.7％，材料的ZT值最大值减小了31.4％，但ZT值在100小时后的变化较小。总的来说，在热载荷作用的前100小时，纳米CoSb3材料的结构和热电性能变化显著，但之后变化较小，材料的结构和热电性能趋于稳定。
在方钴矿材料中引入纳米第二相能有效提高其热电性能，本文研究了在持续热载荷作用下含有纳米TiN的Co4Sb11.5Te0.5+TiN(1vol％)材料结构和热电性能的变化，得到了其结构和热电性能的变化规律。在500℃的持续温度载荷作用下，该材料局部晶界处出现明显开裂，材料致密度明显减小，热载荷作用120小时后，材料密度下降了10.3％;纳米第二相TiN的晶粒尺寸无明显变化，但在热载荷作用后，纳米TiN颗粒在Co4Sb11.5Te0.5晶粒上的“钉扎”减弱，并在“开裂”处有集聚的现象;材料中的Sb有挥发，但在热载荷后，材料的相组成保持稳定，依然是由单一的方钴矿相组成;由于材料内部出现裂纹以及致密度的下降，材料的电导率和热导率均减小，热载荷作用120小时后，在300 K时材料电导率和热导率分别下降了7.9％和25.3％，但Seebeck系数变化不明显，材料最大ZT值从热载荷作用前的0.97提高到1.17，提高幅度近20％。总的来说，持续热载荷作用的前90小时，热载荷作用对Co4Sb11.5Te0.5+TiN(1vol％)材料结构和性能的影响明显，在之后，对结构和热电性能的影响逐渐减小。