近几年来,随着便携式智能设备及可穿戴式电子器件的迅猛发展,整体呈现出系统微型化,功能复杂化等特点,这就使这些设备的电源问题面临着新的挑战。目前的技术解决方式以蓄电池为主,然而,由于电池技术发展的相对滞后,其有着自身的局限性,如质量重、体积大、能量密度低、供电的持久性差、对环境污染严重和材料资源消耗大等,无法满足个人便携式电子产品日益发展的需求。并且在不久的将来,随着微纳传感器网络系统的发展,以及它们在原位人体健康的实时监测、偏远地区的基础设施的监测、纳米机器人、国土安全、甚至便携式/可穿着个人电子器件上的应用,都对新的能源技术提出了非常迫切的需求。因此,大力开发可持续性自驱动电源技术,寻求产业上的突破,是未来电源科技产业发展的一个重心。纳米发电机收集周围环境中的机械能来驱动便携式电子设备或为其时时充电,是非常值得期待的一门技术,也是解决便携式电子设备电源问题的一个有效途径。本课题着眼于纳米纤维的质量轻,超强的柔顺性,较高的孔隙率,满足可穿戴性要求等特点,针对目前纤维基纳米发电机发展的严重不足与缺陷,以提高纳米纤维基纳米发电机的发电效率为目的,从有机/无机杂化材料改性的角度入手,探讨了影响纳米纤维基纳米发电机输出电能的影响因素,并以此为基础,制备了具有较高输出电能、耐久性好、性能稳定的纳米发电机,以期在解决可穿戴或移动个人电子设备电源问题方面发挥一定的作用。本论文主要研究了以下几个方面:1.通过静电纺丝的方法制备了基于聚偏氟乙烯/碳纳米管(pvdf/cnts)复合纳米纤维的压电式纳米发电机,研究了cnts含量对pvdf纳米纤维直径、力学性能、β晶型的形成、表面和体积电导率、输出电压及功率的影响。所制备的压电式纳米发电机所产生的电能通过整流后可以用电容器进行存储,并在3min内即可点亮一个蓝色的led灯。随着pvdf纳米纤维中cnts含量的增加,纤维直径下降,且纤维直径分布变窄。通过xrd与ftir分析证实,适量添加cnts有助于pvdf纳米纤维的结晶,并促进β晶型的形成。添加适量cnts于pvdf纳米纤维中,有助于提高pvdf纳米纤维的表面电导率,进而提高压电式纳米发电机的输出电压及功率。当cnts含量为5wt%时,其输出电压达到6v,较未添加cnts的纳米发电机提高了200%。而过量的cnts将导致体积电导率迅速增加,压电电荷发生中和效应,导致压电式纳米发电机的输出电压降低。当cnts添加量为5wt%时,其对电容的平均充电功率为81.8nw,较未添加cnts的pvdf压电式纳米发电机提高了44.8%;2.通过静电纺丝的方法制备了基于pvdf压电纳米纤维的摩擦式纳米发电机(teng),并采用导电织物作为电极和摩擦材料,设计了全纤维结构的可穿戴式teng鞋垫,用于收集人走路时的电能。探讨了pvdf纳米纤维的压电效应及其纤维结构对teng的输出电压的影响。通过设计四组对比实验:(1)表面光滑的pvdf纳米纤维-铝电极;(2)表面光滑的pvdf纳米纤维-导电织物电极;(3)具有二级结构的pvdf纳米纤维-铝电极;(4)具有二级结构的pvdf纳米纤维-导电织物电极,研究了pvdf纳米纤维表面粗糙度及电极形态对teng输出电能的影响。teng鞋垫由于采用全纤维结构而具有很好的柔顺性、透气性及可穿戴性,在1.8hz频率踩踏下,其最大输出电压能达到210v,电流45μa,最大负载功率2.11mw,能同时点亮214个串联的led灯;3.首次从功能复合材料角度出发,通过氧化石墨烯(go)掺杂改性pvdf纳米纤维的方法,并选择与pvdf具有较大电负性差异的聚羟基丁酸戊酸共聚酯(phbv)作为失电子材料,设计了基于pvdf/go-phbv纳米纤维的“书形”结构的teng,研究了go含量对teng输出电能的影响,并对其可能的机理进行了探讨。随着go含量的增加,pvdf纳米纤维平均直径下降,在一定程度上有利于提高teng的输出电压,但这不是主要的原因。pvdf/go纳米纤维在与phbv接触过程中,更多的电荷能存储在go与pvdf纳米纤维的界面之间,还可以被捕获在无定形的go介质层上,进而提高了pvdf/go复合纳米纤维表面电势以及减缓了表面电荷的耗散,是最终导致teng输出电能提高的主要因素。所制备的pvdf/go-phbv纳米纤维基teng的输出电能随pvdf纳米纤维中go含量增加而增大,当添加量为0.7wt%时,其输出电压与电流的峰-峰值分别为340v与78μa,较未添加go的teng分别增加了78.9%与189%。在5min内,对容值为2.2μf的电容充电所产生的电量为431μc,电能为42.3mj,相当于平均充电电流为1.44μa,平均充电功率则为0.141mw,比未添加go的teng分别增加了148%和513%;4.根据上一章所得出结论,以提高pvdf纳米纤维表面电势及减缓其电荷衰减为出发点,采用性能优异的无机驻极体——二氧化硅(sio2)纳米颗粒来提高pvdf纳米纤维的表面电荷密度,制备了基于pvdf/sio2-phbv纳米纤维的teng,研究了sio2表面亲疏水性及其含量对teng输出电能的影响,并设计了s形结构的teng用于驱动小型电子温度计。随着pvdf纳米纤维中sio2含量的增加,其所制备的pvdf/sio2-phbv纳米纤维基teng的输出电能也随之增加,但当添加量达到0.8wt%时,由于sio2表面亲水,其输出电压相比于添加量为0.6wt%时有所下降。通过辛醇改性的msio2表面可由亲水变为疏水,克服了sio2亲水性对teng输出电压造成的负面影响。当msio2添加量为0.8wt%时,其输出电能不再下降,其输出电压与电流峰-峰值分别达到了430v和85μa,5min内的平均充电功率为0.145mw,较未添加msio2的pvdf所制备的teng分别增加了126%,204%与530%。