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固液双相摩擦纳米发电机(TENG)是一种新型的能源采集器件,相比于传统的固相摩擦纳米发电机,固液双相的耦合能够极大地改善TENG的输出特性、使用寿命、摩擦特性、磨损与老化性能。本课题采用聚四氟乙烯(PTFE)作为固态摩擦层表面摩擦材料,用静电纺丝PCL作为固态摩擦层结构材料,采用共晶镓铟液态合金作为液态摩擦层材料,首先通过去离子水煮沸、氯化钠溶液煮沸的方式对镓铟液态合金进行表面处理,观察对比前后液态合金表面形貌,分析处理过程中溶液状态对反应过程的影响,然后根据第一性原理对固液双相摩擦过程进行分析,并利用COMSOL Multiphysics软件对器件工作过程进行有限元模拟分析。未经处理的共晶镓铟合金表面包裹着Ga2O3,通过去离子水煮沸和氯化钠溶液煮沸两种表面处理方式,改变液态金属表面氧化物和形貌。在一定时间内通过去离子水或Na Cl溶液煮沸会在表面生成白色棒状晶体,在用去离子水煮沸处理时,镓铟合金表面会产生胞状Ga OOH团簇;在用Na Cl溶液煮沸时,增加Na Cl浓度,Ga OOH晶体形貌会由棒状结团为胞状进而转变为规则的长方体正方体状。另外,在表面处理过程中,溶液沸腾状态等反应条件对最终的表面产物的形成影响较大。探究了静电纺丝PCL制作微结构的可行性,分析了喷头相对收集板移动速度对PCL微结构形貌的影响,最后得到最佳工艺参数,成功制备出线平均直径为150μm,两条线之间间距为650μm,厚度为10μm的PCL微结构。基于第一性原理,使用Materials studio软件中的CASTEP模块对PTFE、Ga2O3、Ga OOH分子模型进行构建,以应用最为广泛的Al-PTFE体系为参考,计算Ga2O3-PTFE体系与Ga OOH-PTFE体系接触状态以及接触摩擦过程中电荷转移情况,其中Ga2O3-PTFE体系的摩擦发电能力是Al-PTFE体系的1/3。Ga OOH-PTFE体系的摩擦发电能力是Al-PTFE体系的11/12。使用第一性原理计算结果,在COMSOL Multiphsics软件中对Ga2O3-PTFE与Ga OOH-PTFE的接触摩擦过程进行有限元分析,建立固液双相TENG二维模型,在此模型的基础上计算确定最佳充液比为1/2,Ga2O3-PTFE接触摩擦时极板间峰值电势差为26 k V,Ga OOH-PTFE接触摩擦时极板间峰值电势差为79 k V,表面处理使得基于共晶镓铟合金的摩擦纳米发电机在工作过程中电荷累计能力和峰值电势差输出有了显著提高。