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柔性压电纳米发电机体型微小、弯折能力强、重复性好、成本低且制作工艺简单，目前已广泛应用于生物医疗、人工智能、健康监测和车辆减震等领域。然而，柔性压电纳米发电机普遍存在功率低、环境中微小不规则能量收集困难等问题。因此，改善柔性压电纳米发电机的性能已经成为了环境能量收集的重要途径。
基于此，本论文制备了BTO纳米颗粒及其柔性压电复合薄膜；探究了膜结构设计和导电相掺杂对柔性压电复合薄膜压电、介电和铁电性能的影响，最后对柔性压电纳米发电机的电学输出性能进行了系统的测试和表征。具体研究内容如下：
（1）采用水热法制备了球状BTO纳米颗粒，粒径为60±5nm；利用旋涂法制备了BTO/PDMS和BTO/PVDF柔性复合薄膜；系统研究了BTO纳米颗粒的含量和薄膜的厚度对复合薄膜压电性能的影响。结果发现：随着复合材料中BTO含量的增加，PDMS基复合薄膜的输出电压逐渐增加，而PVDF基复合薄膜的输出电压呈现先增大后减小的趋势，在BTO含量为20wt%时，输出电压达到最大值2.0V；随着薄膜厚度的增大，BTO/PDMS和BTO/PVDF复合薄膜的压电性能线性增强。
（2）设计了压电/介电逐层自组装的BTO/PVDF柔性压电复合薄膜，探究了层间电场效应对柔性复合薄膜性能的影响。结果发现：4层BTO/PVDF压电复合薄膜的输出电压可达14.22V，输出电流为2.42μA；在负载电阻为5M?时，其输出功率为11.55μW。与同厚度单层BTO/PVDF压电复合薄膜相比，其输出电压提高5.5倍，输出电流提高3.1倍。多层膜压电输出特性大幅提高的原因被归结为多层膜层间电场效应的贡献。此外，介电性能和铁电性能测试结果表明，层状叠加结构设计方案在一定程度上可以改善复合薄膜的相对介电常数（εr）和剩余极化强度（Pr）。其中，4层叠加时εr和Pr达到最大，分别为26.75和0.91μC/cm2，从而有效提高了复合薄膜的压电系数（d33）。最后，通过手指敲击和脚后跟踩击等方式测试了压电纳米发电机的适用性，实验结果表明，所制备的复合薄膜具有稳定、可靠的压电输出。
（3）制备了BTO/PVDF/rGO三元复合柔性压电薄膜，探究了导电相材料rGO对BTO/PVDF复合薄膜压电性能的影响。研究发现：随着复合材料中rGO含量的增加，压电复合薄膜的输出电压先增加后减小，当rGO含量为0.25wt%时，输出电压达到最大值4.65V；BTO/PVDF/rGO三元复合薄膜的相对介电常数（εr）和剩余极化强度（Pr）均在rGO含量为0.25wt%时达到最大值，分别为29.19和0.56μC/cm2；当复合薄膜为4层时，BTO/PVDF/rGO柔性压电纳米发电机的输出性能达到最好，其输出电压为16.91V，比单层复合薄膜提高了2.64倍；在负载电阻为4M?时，多层压电纳米发电机的输出功率为24.01μW。此外，对4层复合薄膜的介电性能和铁电性能进行了测试，其εr比没有掺杂rGO的复合薄膜提高了72.67%，Pr提高了27.47%。最后通过对电容充电验证了所制备的柔性压电纳米发电机在实际应用中的可行性，采用连续的按压-释放测试验证了纳米发电机的机械可靠性与稳定性，研究发现经历4000个循环测试周期后，纳米发电机输出电压的幅值没有明显改变。
基于此，本论文制备了BTO纳米颗粒及其柔性压电复合薄膜；探究了膜结构设计和导电相掺杂对柔性压电复合薄膜压电、介电和铁电性能的影响，最后对柔性压电纳米发电机的电学输出性能进行了系统的测试和表征。具体研究内容如下：
（1）采用水热法制备了球状BTO纳米颗粒，粒径为60±5nm；利用旋涂法制备了BTO/PDMS和BTO/PVDF柔性复合薄膜；系统研究了BTO纳米颗粒的含量和薄膜的厚度对复合薄膜压电性能的影响。结果发现：随着复合材料中BTO含量的增加，PDMS基复合薄膜的输出电压逐渐增加，而PVDF基复合薄膜的输出电压呈现先增大后减小的趋势，在BTO含量为20wt%时，输出电压达到最大值2.0V；随着薄膜厚度的增大，BTO/PDMS和BTO/PVDF复合薄膜的压电性能线性增强。
（2）设计了压电/介电逐层自组装的BTO/PVDF柔性压电复合薄膜，探究了层间电场效应对柔性复合薄膜性能的影响。结果发现：4层BTO/PVDF压电复合薄膜的输出电压可达14.22V，输出电流为2.42μA；在负载电阻为5M?时，其输出功率为11.55μW。与同厚度单层BTO/PVDF压电复合薄膜相比，其输出电压提高5.5倍，输出电流提高3.1倍。多层膜压电输出特性大幅提高的原因被归结为多层膜层间电场效应的贡献。此外，介电性能和铁电性能测试结果表明，层状叠加结构设计方案在一定程度上可以改善复合薄膜的相对介电常数（εr）和剩余极化强度（Pr）。其中，4层叠加时εr和Pr达到最大，分别为26.75和0.91μC/cm2，从而有效提高了复合薄膜的压电系数（d33）。最后，通过手指敲击和脚后跟踩击等方式测试了压电纳米发电机的适用性，实验结果表明，所制备的复合薄膜具有稳定、可靠的压电输出。
（3）制备了BTO/PVDF/rGO三元复合柔性压电薄膜，探究了导电相材料rGO对BTO/PVDF复合薄膜压电性能的影响。研究发现：随着复合材料中rGO含量的增加，压电复合薄膜的输出电压先增加后减小，当rGO含量为0.25wt%时，输出电压达到最大值4.65V；BTO/PVDF/rGO三元复合薄膜的相对介电常数（εr）和剩余极化强度（Pr）均在rGO含量为0.25wt%时达到最大值，分别为29.19和0.56μC/cm2；当复合薄膜为4层时，BTO/PVDF/rGO柔性压电纳米发电机的输出性能达到最好，其输出电压为16.91V，比单层复合薄膜提高了2.64倍；在负载电阻为4M?时，多层压电纳米发电机的输出功率为24.01μW。此外，对4层复合薄膜的介电性能和铁电性能进行了测试，其εr比没有掺杂rGO的复合薄膜提高了72.67%，Pr提高了27.47%。最后通过对电容充电验证了所制备的柔性压电纳米发电机在实际应用中的可行性，采用连续的按压-释放测试验证了纳米发电机的机械可靠性与稳定性，研究发现经历4000个循环测试周期后，纳米发电机输出电压的幅值没有明显改变。