摩擦纳米发电机（TENG）是利用摩擦起电效应将自然界中低频机械能转换为电能的新型能源转换技术。基于TENG的器件具有应用灵活性强,成本偏低,无需外部电源供能等特点,所以基于TENG的各种衍生器件已在可穿戴柔性电子器件,人体智能监测及分析,自驱动传感,生物检测,绿色能源转换等众多领域展现了广阔的应用潜力。摩擦界面所发生的接触起电现象是TENG器件产生输出性能的前提,因此摩擦界面之间的接触起电强度决定了TENG器件的输出性能水平。而接触起电效应强度往往以摩擦层表面电荷密度数值的形式表现出来。换言之,摩擦层表面电荷密度高低决定了TENG器件的输出水平,而摩擦层表面电荷密度的高低又与摩擦层内外性质及摩擦界面状态密切相关。一般而言,摩擦层材料都会存在某些缺陷,这些摩擦层材料及摩擦界面本身所存在的缺陷和问题会使得TENG器件输出性能不够理想,所以聚焦于改善摩擦层的性质及状态是实现高性能TENG的有效手段。通常,摩擦层性质包括疏水性能,介电性能,表面形貌,抗拉伸性能等。现有许多研究通过不同的修饰方法成功地提高了TENG摩擦层的表面电荷密度水平,进而改善TENG器件输出性能并实现了相关应用,例如表面工程,微纳结构工程,管理电路等众多方法。本论文通过掺杂工程改善了基于固-液和固-固TENG器件摩擦层的状态及性质,提高了其摩擦层表面电荷密度,进而制备出高性能TENG器件。对于固-液摩擦界面,众多实验结果表明掺杂后摩擦层疏水性能、表面形貌两种因素的改善协同提高了TENG器件输出水平;而对于固-固摩擦界面,掺杂后摩擦层介电性能是其提高TENG器件输出性能的主要因素之一。最后基于优化后的高性能TENG器件设想了相关的应用场景。1.第一个工作为通过掺杂PDMS提高了固-液TENG输出性能。通过表征分析得知摩擦层疏水性能、表面粗糙度两种性质的改善协同提高了TENG器件输出性能。以高性能固-液TENG为基础,基于氢离子附着在摩擦层表面将影响固-液摩擦界面双电层的电荷转移量等原理,此TENG器件实现了高灵敏酸雨探测并能够较准确地识别酸雨浓度;同时进一步研究还发现此器件检测高浓度酸液时,输出信号发生翻转,这可能是由于过量氢离子吸附在摩擦层上导致摩擦层电性发生了翻转。总之,掺杂PDMS制备出了基于PTFE-PDMS复合薄膜的高性能TENG器件,并且此器件有潜力应用于智能自驱动酸雨传感和远距离酸液运输检漏监测等方向。2.为验证掺杂工程同样可有效改善固-固TENG输出性能,利用PDMS掺杂Mg F2颗粒提高了基于固-固摩擦界面的TENG器件输出性能。器件输出性能提高原因来自于PDMS-Mg F2复合薄膜较高的介电常数导致其摩擦层表面电荷密度增大,进而提高了器件输出性能。在后续测试中,TENG器件输出性能可随压力变化而变化。我们还将TENG器件嵌入鞋垫底部通过模拟人体走路过程使之接触摩擦,测试了其输出水平并发现此器件可为一定数量的LED灯供能。针对上述实验,优化后的TENG器件有潜力应用于自供能夜间行人警示系统。