随着科学技术的进一步发展,能源危机日趋严重。摩擦纳米发电机(TENG)结构简单、制造成本低、可收集环境中微小能量转化成电能,在便携式发电装置、自供能传感器等领域有重要应用前景。接触面积、电负性差异等是影响TENG输出的重要因素,本文创新性地提出了一种具有共面电极的可拉伸摩擦纳米发电机(C-TENG),并通过表面微织构制备实现大的接触面积,进而提高其输出性能,主要内容及创新性成果如下:(1)设计并制备了一种具有共面电极的摩擦纳米发电机(C-TENG)。C-TENG采用Ecoflex00-30硅橡胶作为摩擦层,Exoflex00-30@CNT@CB作为导电层,该导电层具有良好的拉伸性能和导电性能。C-TENG可以工作于自身折叠-分离模式,也可以工作于与其他物体的接触-分离模式;基于摩擦起电和静电感应原理分别对两种模式C-TENG的工作原理进行了分析。通过COMSOL软件对C-TENG进行了电学性能仿真,研究发现两极板之间电势与分离距离呈正相关,模拟结果与理论分析相吻合。(2)分别对两种工作模式下的C-TENG进行了性能测试。当C-TENG工作于自身折叠-分离模式时,输出电压、输出电流分别达到197 V、10.4μA,随着外部频率增大,其输出电压、输出电流也增大,但一个周期内转移的电荷量不变。当C-TENG工作于与其他物体接触-分离模式时,输出电压、输出电流分别达到186 V,18.2μA,输出电压、输出电流随着基本单元尺寸的增加而增加,表面电荷密度保持不变。外部负载为10 MΩ时,峰值功率密度达到0.704 w/m~2。C-TENG在拉伸、折叠、扭曲不同形变下,可以直接将数十盏LED点亮,在一些需要变形的场合下具有广泛的应用前景。(3)采用热压印法将砂纸表面微织构转移至摩擦层表面,制备具有表面微织构的C-TENGs。其中,5000#砂纸制备的C-TENG输出性能最高,其输出电压、输出电流分别达到589 V和56.9μA,在连续工作60 min后,输出性能依然稳定。基于C-TENG制备了自供电手势传感器,可以用于检测不同的手势;制备了自供电运动传感器,可以用于检测人体不同的运动状态,包括慢走、竞走以及奔跑,这些结果表明,该C-TENG可以广泛的应用于便携式和可穿戴式设备中。