基于全球能源大量需求产生的相关问题,摩擦纳米发电机(TENG)很可能会成为新时代具有重要意义的新型能源收集方式。摩擦电材料作为TENG的重要组成部分,直接关系到TENG的输出性能,环境适应性和制作成本等因素。木质纤维素是人类社会依赖的重要资源,是一类来源丰富、可天然再生、可生物降解的优质天然高分子材料,其经过化学、物理或生物手段处理得到的纤维素纳米纤丝更是具有优秀的机械性能、光学性能和化学可修饰性,在TENG的材料构建中具有很大的应用前景。本论文以从广西丰富的甘蔗渣资源中提取的CNF为基础材料,一方面从极性设计和形貌设计两个角度为高性能低成本且绿色环保CNF基TENG做出探索和努力,通过氨基改性及纳米银颗粒涂覆制作了一种具有更高的摩擦电正性和纳米尺度的表面结构的CNF/PEI/Ag薄膜。其作为TENG摩擦材料时开路电压、短路电流和转移电荷量分别较纯CNF材料提升了47.1%,83.3%和50%。除了高性能的CNF/PEI/Ag薄膜,我们针对湿度环境对于TENG输出影响,采用甲基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷作为疏水性修饰试剂交联CNF和二氧化硅纳米粒子,得到了超疏水的CNF/TSM薄膜。与未改性的CNF薄膜相比,基于硅烷改性的CNF/TSM薄膜组成的TENG具有优秀的抗湿性能,其在85%湿度下能够保持初始电输出的60%,比纯CNF相比提高了4倍左右。另一方面从TENG结构设计的角度入手,设计了一种具有立体齿状的TENG内部结构,在提高空间利用率的同时具备多方位能量采集的灵活性和良好的可集成性,产生的电输出能够直接为80个商用发光二极管供电,并且在用作自供电传感器时显示出非凡的灵敏度和响应性。此外,我们进一步将齿形内部结构新的TENG设计中,制备了一种具有内部格栅通道的TENG矩形器件。单个器件在水波中可以产生85 V的开路电压和5μA左右的短路电流,在蓝色能源收集领域有着广阔的应用前景。本研究不仅展示了两种不同功能的绿色环保的高性能CNF基摩擦材料,而且首次提出了一种齿状内部结构的高性能TENG,并将其应用于能量收集和自供电传感响应,为TENG制造和应用提供了新的见解。