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摩擦生电现象早在几千年前就已经被人们发现,但是其产生的电能却很难被人们收集利用,直到近几年,摩擦发电机（TEG,triboelectricgenerator）才慢慢发展起来。摩擦发电机是指利用摩擦生电现象,将物体摩擦过程中的机械能转换为电能收集并利用的发电机,它是基于摩擦生电现象和静电感应原理的能量收集器件。对于摩擦发电机而言,最重要的是两种电负性相异的摩擦材料的选择、产生摩擦的器件结构设计以及收集电能的外部电路实现。摩擦发电机的制备工艺简单、价格低廉、适用于大规模生产,并且能够收集的能量种类繁多,如人体机械能、桥梁振动能、海水波动能等,只要能够引起摩擦的能量,就可以被TEG收集。TEG可以作为微功率源来供电,也可以作为自供能传感器。论文选用两种电负性差异较大的材料作为摩擦层制备了摩擦发电机,正性材料采用聚酰胺6（PA6）,负性材料采用聚偏氟乙烯（PVDF,Polyvinylidene fluoride）;提出了在 PVDF 中掺合钛酸钡（BTO,BaTiO3）以提升薄膜的压电系数和相对介电常数,从而增强TEG输出性能的研究方案;详细分析了不同钛酸钡浓度、不同PVDF-BTO薄膜厚度对TEG输出电性能的影响;并在实验的基础上,结合理论分析,探究了钛酸钡掺合浓度以及PVDF-BTO薄膜厚度对TEG性能影响的理论依据。研究结果表明:TEG的输出电压电流性能主要受材料压电系数、介电常数和表面粗糙度三个因素的共同影响,掺合一定浓度的BTO纳米材料、且使PVDF-BTO复合薄膜具有一定厚度,是提升薄膜表面粗糙度、压电以及介电常数,从而增强TEG性能的一个简单有效的方法。论文的研究成果对促进复合型材料TEG的机理、实验、及应用研究具有积极意义。论文的主要工作和成果如下:1.采用旋涂法制备不同BTO掺合浓度的PVDF薄膜和PA6薄膜。在PVDF中掺合BaTiO3得到不同浓度的PVDF-BTO薄膜,浓度分别为5%、10%、15%、20%、30%,利用扫描电子显微镜观察不同浓度薄膜的表面粗糙度,可以看出随着浓度的增大,表面粗糙度增大,且BaTiO3粉末发生团聚现象。利用压电力显微镜测试薄膜的压电性能,发现薄膜的压电系数随着浓度的增加呈现出先增大后减小的趋势,在BaTiO3浓度为10%时,PVDF-BTO薄膜的压电系数最高,达到了 30pm/V。采用宽温宽频阻抗分析仪测试PVDF-BTO薄膜的相对介电常数,发现薄膜的相对介电常数随着浓度的增加先增大后减小,在BaTiO3浓度为10%时,PVDF-BTO薄膜的相对介电常数最大,为19.2。2.制备垂直接触分离式PVDF-BTO/PA6摩擦发电机。将PVDF/PVDF-BTO薄膜和PA6薄膜分别利用导电铝双面胶粘贴在玻璃衬底上,外接导线构成摩擦发电机结构。实验采用垂直接触分离式结构,利用动态疲劳测试机控制TEG的两极板产生周期性的接触和分离,在此过程中,TEG可以产生周期性的电压和电流。测试结果表明,TEG的输出电压和电流随着接触压力和极板间距的增大而增大,且掺合了 BaTiO3的PVDF-BTO薄膜构成的TEG系统比纯PVDF薄膜构成的系统输出电压和电流均更高。当极板距离设定为10 mm,作用力设置为180N时,PVDF-BTO/PA6TEG的峰值电压高达900 V,是相同条件下PVDF/PA6TEG输出峰值电压384 V的2.34倍。3.研究BaTiO3掺合浓度对PVDF-BTO/PA6摩擦发电机电学性能的影响。将不同BaTiO3浓度的PVDF-BTO薄膜分别与PA6薄膜构成TEG系统,分别测试其输出性能。结果表明,BaTiO3浓度对TEG性能的影响非常大。随着BaTiO3浓度的增加,输出电压和电流总体均呈现出先增加后减小的趋势,在BaTiO3浓度为10%时,输出电压和输出电流均达到最大值,分别为432 V和13 μA。4.研究PVDF-BTO薄膜厚度对PVDF-BTO/PA6摩擦发电机电学性能的影响。通过α台阶仪测量得到PVDF-BTO薄膜的厚度,将不同厚度的PVDF-BTO薄膜分别与PA6薄膜构成TEG系统,分别测试其输出性能。结果表明,薄膜厚度对TEG性能产生明显的影响。随着PVDF-BTO薄膜厚度的增加,输出电压和电流总体均呈现出先增加后减小的趋势,在PVDF-BTO薄膜厚度为36 pm时,电压电流均达到最大,此时的输出电压为432 V,输出电流为13 μA。5.通过理论建模推导得出TEG输出电压表达式V（t）。分析计算得出,不同BaTiO3浓度引起的相对介电常数变化和电荷密度变化,是引起TEG输出电压变化的关键。PVDF-BTO薄膜的相对介电常数和压电系数的提高,可以增加表面电荷密度,从而提高TEG的输出电压。在实验所选的厚度范围内,薄膜厚度显著影响了电荷密度大小,从而影响了 TEG的输出电压。6.利用PVDF-BTO压电柔性薄膜作为衬底,制备了 SAW器件。通过多次实验,获得了合适的实验参数和实验方法,在PVDF-BTO衬底上制备形状良好的叉指换能器。但由于PVDF-BTO薄膜表面粗糙度较大,声波损耗过大,无法得到谐振性能。用铌酸锂作为衬底,试验了相同的工艺流程,制得的SAW器件具有良好的谐振性能。