科技的进步促进分布式移动电子、传感器网络、个人医疗电子产品、机器人、人机交互界面（Human-Machine Interfaces,HMIs）和物联网（Internet of Things,Io Ts）等领域飞速发展。这些移动电子产品及其系统大多靠传统电池供能,然而,由于电池的寿命有限,更换和维护成本较高以及电池中的铅、汞、镉等化学元素对环境不友好等问题,使得传统电池电源无法满足数量庞大的分布式移动电子产品及其系统的可持续性供能需求,也无法达到环境可持续性发展的新要求。开发具有从工作环境中获取电能的新型电子产品是实现大量无人值守的分布式移动电子产品及其系统的可持续性工作的有效策略。为此,研究者们探究了基于静电、压电和摩擦等发电机制以将环境中的机械能转化为电能。其中,基于接触起电和静电感应效应的摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator,TENG）对收集环境中随机低频的机械能展示出独特的适应性,在小型移动电子设备的分布式能源供给方面展示出巨大的应用潜能。此外,由于TENG对外部环境机械刺激的单一响应特性,其输出的电信号可作为实时机械刺激特征的记录和反馈,在构建基于摩擦发电技术的自供能传感网络中有着巨大的潜力。尽管TENG在分布式电源、自供能传感网络、自供能电化学系统、蓝色能源等领域已经取得重大进展,但其输出效率低、信号稳定性差、器件的耐久性差等因素限制了其进一步的发展。为此,本文主要从提高TENG的机械能转换效率、输出信号的稳定性和器件的耐久性出发,在收集机械能并构建自供电传感器和自供电电化学系统方面展开了系统的研究。本文主要研究内容为:利用摩擦纳米发电机的低频适应性和低电流高电压的输出特性,与电磁发电机的高频适应性和高电流低电压的输出特性,将摩擦发电机与电磁发电机相结合,形成优势互补,从而提高机械能的转换效率并拓宽可收集机械能的频率范围。本文构建了四种摩擦-电磁复合发电机以用于高效收集不同场景下的机械能和构建自供电多功能系统:（1）以器件的工作模式为理论基础,将传统器件的平面滑动摩擦通过齿轮结构转换为滚动摩擦,构建了滚筒式复合发电机（HCS-TENG）,提高了电信号的稳定性和器件的耐久性,并将环境中的转动能量转换为电能给小型电子器件供能。器件在300 r/min的转速下连续工作两天,TENG的输出电流可保持高达初始值的96%,展示出了超高的稳定性。此外,利用HCS-TENG输出电信号的固有特性,成功构建了自供电的高精度无线转速、平均速度和里程传感器,为自主监测和记录恶劣环境中的移动设备（如月球车、高危环境中作业的移动设备）的运动特性提供了可行的方案。（2）在上述研究基础上,利用硅橡胶包裹的磁铁棒作为TENG的负电性摩擦材料同时也作为EMG的磁通量来源,将摩擦材料间硬接触式的滑动摩擦转换为软接触式的滚动摩擦,构建了全封装水车式复合纳米发电机（TEHNG）,有效地提高了器件的输出稳定性和机械耐久性。此器件具有美观的外形设计,不仅可以美化环境,还可以将环境中的多种机械能（如公园中水流的能量、人类活动的能量等）转换为电能。此外,利用EMG固有的输出电信号,成功构建了自供能高精度的无线频率和转速传感器,为分布式小型电子设备的能源供给和自供电无线传感系统的研发提供了一种可行方案。（3）为解决已研究的基于TENG的振动能量采集器所存在的收集机械能方向单一、小带宽、大振幅的限制问题,构建了高效收集全方位微振动机械能的摩擦-电磁复合发电机。当振动角度为0.4 rad,振动频率为1 Hz时,TENG和EMG的输出峰值功率分别高达3.65 m W和22.4 m W,展示了该器件在低频微振动能量（桥梁、汽车、海水等振动能）收集方面的巨大优势。利用收集到的水波能量,成功构建了能量收集和应用一体化的自供电海水分解产氢系统和自供电电化学防腐蚀系统,对于海上清洁能源和船体的自我防护有重大的研究意义。此外,根据振幅传感器的信号峰值数与振动角度之间的线性关系,实现了基于Lab VIEW软件的自供电振幅监测和报警系统,在桥梁的振幅监测与地震监测等方面有着巨大的应用潜能。（4）在前面三个研究工作的基础上,为解决在蓝色能源收集方面,TENG器件面临海水腐蚀、海水的静电屏蔽效应以及封装难、高成本、维护难等问题,构建了一种复合的新型蓝色能源转换器件,巧妙地将海浪能量转换为磁铁间的库仑排斥力来驱动器件工作,将器件与海水的直接接触模式转换为间接接触模式,首次提出了防腐蚀的非封装的收集水波能的TENG。并将此TENG与太阳能电池板相整合,可以同时收集环境中的太阳能和多种形式的机械能（如人体的运动、海浪的振荡等）,为小型电子设备供能、航海和照明等领域提供了一种可行的方案。