传感器是人类现代文明生活中不可缺少的一种科技产品,尤其是在物联网与人工智能时代,传感器所创造出的大数据极大地提高了人们的生活水平。近年来,传感器的发展迈向了微型化、智能化与柔性化,传统能量供给模块的容量限制成为了制约传感器发展的主要因素之一。摩擦纳米发电机是一种新型的能量转换器件,其理论源泉为麦克斯韦位移电流,基于麦克斯韦位移电流的自驱动传感器在可植入医疗器件、人机交互以及智能家居等领域均有广阔的应用前景和重要的应用价值。理解摩擦纳米发电机首先要理解摩擦电荷是怎样产生的,就需要从两个物体相互碰撞开始,物体相互碰撞后的表面有摩擦电电荷,并且同时可以产生电磁场。在此基础上,我们研究了摩擦纳米发电机最基本的接触分离模式的三种碰撞类型:弹性碰撞、非弹性碰撞和理想非弹性碰撞。测量球体之间碰撞时的相互作用可以让我们详细了解基本的碰撞产生电磁场的过程。实验结果表明,在所有三种类型的碰撞过程都是按照我们所预测中所产生了电磁场。其中,对于空间电磁场能量的描述可以用惯性系下的相对论时空观的麦克斯韦方程组,但是对于较复杂的一直有外力做功的情况,系统内能量不守恒,此时,用伽利略低速近似条件下的麦克斯韦方程组能解决大部分问题。此外,还讨论了其在物理学和新能源等科学研究领域的潜在应用,为本论文后续的工作打下坚实的理论基础。在了解到摩擦纳米发电机碰撞形式的机理之后,设计了一种基于羽毛的单电极模式纳米发电机,这种发电机具有简单的制造方法,在没有特殊设计和加工情况下,仍然具有一些羽毛的特点,如重量轻、机械自愈等。开路电压和短路电流的峰值分别为90 V和3.5 μA,其最大输出功率为0.12 mW/g。此外,摩擦纳米发电机的输出电压随湿度的变化呈线性变化,以感知环境中的水分,其系数为0.968。并且组装了基于羽毛单电极摩擦纳米发电机的风车,可以有效地将风能转化为功率密度为0.62 mW/g的电能。基于羽毛的机械结构,羽毛单电极摩擦纳米发电机在被破坏后能够自愈,其自愈前后的输出性能几乎没有降低,具有极好的抗破坏能力。当羽毛单电极摩擦纳米发电机在生物体身上时,仍具有优异的输出性能和传感特性,扩大了摩擦纳米发电机在生物上的应用范围。在研制了自愈形羽毛摩擦纳米发电机之后,我们尝试研制一种可以直接穿戴并兼顾于智能传感的摩擦纳米发电机传感器件。设计一种基于麦克斯韦位移电流的摩擦电眼罩,用于运动能量收集和眼动监测。摩擦电眼罩由带凹槽的三维（3D）眼罩、尼龙织物摩擦的聚四氟乙烯（PTFE）和带夹层的自制眼罩组成。设计的摩擦电眼罩可以通过接触分离在表面产生静电场。与接触分离前的摩擦电眼罩相比,布满电荷的摩擦电眼罩材料表面静电压可以大大提高,可以从约0.21 kV提高到约3.36 kV。在摩擦层与集电极之间的垂直距离为5 mm时,开路电压为358 V。此外,设计的摩擦电眼罩在用商业洗涤剂清洗后仍能有良好的性能。洗涤后的PTFE摩擦后的表面电位约为330 V。摩擦电眼罩不仅可以收获人体运动能量,实现自我供电,而且可以监测可穿戴医疗设备在睡眠中的眼睛运动。因此,摩擦电眼罩具有适应多种条件的耐久性,在医疗护理设备领域具有很大的发展前景。