直线运动,作为一种自然界常见的振动,有着多种多样的形式,包括海洋波浪、人体行走、悬架系统振动等。蓝色能源的提出,指出了海洋中存在的巨大潜在能源,其中就包括波浪能这类的低频能源。低频直线能量收集技术将这些振动能量收集,运用于物联网、分布式传感网络等,将会给社会带来巨大的经济效益。利用直线发电机收集环境中的直线运动能量,是一种简单方便的方法。考虑到直线运动的特征,本文舍弃传统的电磁式发电方式——这种发电方式适用于50Hz以上的工作频率。摩擦纳米发电机(TENG),其发电特性来源于麦克斯韦位移电流的第二项,与材料介质的极化有关。这导致了摩擦纳米发电机在低频下的高效发电特性。为了更好收集环境中具有复杂性和随机性的直线运动能量,本文在如何提高低频直线运动能量收集方面进行了研究和讨论。本文从麦克斯韦方程组对摩擦纳米发电的机理进行了分析讨论,对摩擦纳米发电机的低频适应性进行了解释。并且通过与电磁发电机理的对比,说明了其低频优越性。同时,本文从压电能量收集着手,分析了两种在压电能量收集领域的经典收集系统——线性收集系统和非线性收集系统。在此基础上,本文提出了一种新型的非线性接触分离式摩擦纳米直线发电机。文中对发电机的双稳态结构进行了详细的设计,通过建立磁偶极子模型分析装置的双稳态运动。建立系统的双稳态势能函数,计算出了结构的详细参数。同时,将接触分离运动等效为一种三角形运动并进行了简单的分析。装置在使用摩擦纳米发电的基础上,加入了压电发电方式。压电发电弥补了接触分离式摩擦纳米发电机在小振幅下无法发电的缺陷。装置的两种工作模式——惯性力工作模式、受迫力工作模式,使得装置适应不同工作环境。级联设计更是大大增加了发电机的工作量程和应用面。我们将装置的扫频表现与对应的线性结构进行对比,相比于线性结构,本装置将工作带宽拓宽了341%,装置中的摩擦发电元件和压电发电元件的发电量都远超于对应的线性结构。同时,我们进行了低频的电容充电实验,实验中,在0.1Hz的超低频激励下,装置可以将0.1uf电容在60s充至0.12V。并且,装置在自然环境振动的驱动下也能正常工作,自行车在骑行和推行过程中所产生的振动能驱动装置电亮36盏串联的LED灯。自行车骑行以及推行振动的频谱分析表明其为集中在5Hz左右的低频振动。最后,装置能够在远远超过实际自然振动激励强度的条件下稳定工作4500s。本文所提出的“非线性接触分离”式发电机能够工作在较宽的低频段内,为低频直线运动的能量收集提供了一种有价值且有参考性的收集方法。