近年来,随着物联网的飞速发展,可移动的多功能电子设备数量呈爆发式增长。这些设备正在改变着人们与其他人和事物的交流方式。同时,传统电池供能模式存在替换维护困难、环境污染等问题。而纳米发电机可以高效地将环境中的机械能转换成电能,实现电子设备的自供电。具备轻便小巧,成本低廉,可选材料范围广,能量转化率高等优势的纳米发电机是一种理想的解决便携电子设备能源供应问题的方案。但是从实验走向实际应用,纳米发电机仍需进一步发展,其输出性能和稳定性需进一步提升。本论文旨在通过对纳米发电机的电极和结构进行设计与优化,提升纳米发电机的输出性能和稳定性。首先,通过对叉指电极结构的优化,得到具有高输出性能的锆钛酸铅（PZT）基压电纳米发电机。其次,将优化后的叉指电极结构应用于锆钛酸钡-钛酸钡钙（BZT-BCT）基压电纳米发电机,并针对其常温退极化导致性能不稳定的问题提出一个简单的解决方案。然后,设计了适用于摩擦纳米发电机的三维叉指电极结构,并深入分析了其对摩擦纳米发电机输出性能提升的机理,提出了提高纳米发电机输出电荷量的新策略。最后,针对可穿戴自驱动电子器件的实际应用需求,设计了一种具有半支撑结构的纤维基纳米发电机用于收集人体运动能量,其具备优异的稳定性和工作寿命。具体如下:（1）高压电系数和机电耦合系数的PZT压电陶瓷被广泛地应用于能量收集器件。通过对压电纳米发电机的叉指电极结构进行优化,提升了PZT基压电纳米发电机的输出性能,并具体探究了叉指电极的指电极密度对压电纳米发电机输出性能的影响,得到叉指电极密度的最优值,并对其机理进行了深入分析。优化后的基于叉指电极的PZT压电纳米发电机与单对电极的对照组相比,输出电流和电荷量分别提升了155倍和174倍。最后将其用于声波能量收集和可穿戴的手腕弯曲角度传感,展示了其在实际应用中的潜力。（2）为了减少含铅的PZT材料对生态环境的污染和生命健康的损害,我们合成了无铅的BZT-BCT纳米纤维阵列,其压电性能可媲美含铅压电陶瓷。并结合优化后的叉指电极结构,制备出基于BZT-BCT的压电纳米发电机,其输出电压可达62 V,电流0.78μA,电荷量80 n C,最佳匹配功率31μW。此外,针对BZT-BCT居里温度低、常温退极化导致的压电纳米发电机的性能下降问题,本文提出一个简单的解决方案。通过结合摩擦纳米发电机,每隔一段时间对其进行再次极化,以提升其输出稳定性,延长其工作寿命。同时详细探究了不同条件下,摩擦纳米发电机输出的脉冲电压对铁电材料的极化效果。（3）结合摩擦纳米发电机的结构特点和工作模式,设计了一种新颖的具有三维叉指电极结构的摩擦纳米发电机（MIE-TENG）。通过摩擦电荷产生的静电场,多层电极表面将感应出等量的电荷,将其叠加可以成倍地提升其输出电荷量,这为提升摩擦纳米发电机输出性能提供了新的策略。与常规的单层电极的摩擦纳米发电机相比,电极层数为40层的MIE-TENG的开路电压由6 k V降低到了140 V,负载电流峰值由0.8μA提升到了60μA（负载电阻为1 MΩ）,最大的峰值电流可达14 A,对应的面密度为15.6 k A/m~2（负载电阻为10Ω）,最大功率面密度可达2.18 MW/m~2。更重要的是其输出电荷量提升到7.2μC,对应的输出电荷密度达8 m C/m~2。与已经报道的摩擦纳米发电机的工作相比,其输出面电荷密度创造了新的记录。（4）针对可穿戴的自驱动电子器件的应用需求,通过设计一款具有半支撑结构的纤维基纳米发电机（FENG）,引入了非接触摩擦的工作模式,显著提升了器件的稳定性和工作寿命。FENG的开路电压和短路电流分别可达40 V,0.6μA,在负载电阻为400 MΩ时,FENG的输出功率达到最高27μW。通过长时间连续测试（大于16 h）和高湿度环境测试,FENG的输出基本保持不变,没有衰减。且放置两个月之后,其输出性能仍保持比较稳定。将FENG编织成发电织物,与电子手表相结合组成可穿戴的自驱动系统。将其穿戴在手腕上可以有效地收集人体运动的机械能并为电子设备供电。这在可再生能源的收集利用和自驱动电子设备的开发等领域具有重大潜力。