随着科学技术的进步,可穿戴器件迎来了巨大的进步,逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。可穿戴器件体积的缩小和功能的集成给生活带来的极大的便利,但功能的增多需要更多的能源支持,体积的缩小给储能系统的设计带来了限制,导致可穿戴器件需要频繁的充电,带来了使用中的不便。人类步行时的振动能量收集能够将步行振动转换成电能输出,为可穿戴器件提供丰富的能量来源。考虑到步行振动的低频、宽带和多方向的特性,本文舍弃了传统的电磁式的发电方式,选择使用摩擦纳米发电技术,由于其发电特性与材料介质的极化有关,所以摩擦纳米发电机在低频下也具有高效的发电特性。本文论述了将液体作为摩擦材料的可能后,利用液面波高公式分析了液态物质对于振动的敏感性,证明了将液态金属作为摩擦材料对于步行振动的低频特性具有良好的响应效果。因此,该设计理念不仅利用摩擦纳米发电的低频特性,还由于将使用液态物质作为摩擦材料给设备带来了更好的低频响应能力,进一步满足人类步行振动的特点。在发电机的设计部分,本文针对摩擦材料的选择展开了研究。在对摩擦材料的稳定性和发电能力进行了一系列的对比之后,最终确定了液态金属和固态摩擦材料的选择。另外,创新性的提出将运用独立层式的发电模式,进一步提高了设备的发电能力并降低了设计上的复杂度。综合研究成果,本文还在设计基础上引入了双稳态的结构设计,希望进一步提高设备的低频表现,并结合设计规格进行了双稳态建模分析,验证了设计的双稳态特性,并完成了完整装配和初期实验。在此基础上,本文提出了一种新型的基于液态金属的独立层式摩擦纳米发电机。本文对实验内容进行了详细的描述,在多振幅的扫频实验中,装置的工作频带完全可以覆盖3-18Hz的范围,具有良好的宽频特性。另外,在外界激励的峰峰值为16mm的条件下,其峰值输出电压和输出电流可以达到265.4V和26.5μA。在接入最优负载后测得,装置的最优功率密度可以达到33000m W/m~3。我们还进行了电容充电实验,在实验中可以将10μF电容在60s充至6.46V。在实际环境的穿戴实验中,不仅探究了步行速度和设备摆放方式对输出性能的影响,还测得其在正常步行中可以点亮100盏LED小灯。本文提出的基于液态金属的独立层式的摩擦纳米发电机在具备可穿戴特性的基础上,可以适应步行振动的振动特点,为针对可穿戴器件的能量收集工作提供了新的思路。