摩擦纳米发电机（TENG）已被认为是获取环境能量和实现自供电传感的有效手段之一,它可有效收集不规则或低频机械能转化为电能,为新型绿色能源的开发提供了新思路。通常,TENG在相对干燥的环境中才能提供稳定的输出,环境中水分的存在会大大减少材料表面的摩擦电荷而影响电性能的输出。除了在常规环境下使用外,为了TENG能适应如下雨、下雪及可植入体内等复杂环境,可以对它封装处理来避免外界环境对内部材料的影响。因此,一方面需要器件具有良好的密封性以隔绝外部环境的影响;另一方面则需要设计良好的内部结构提高器件的输出性能,从而很好的收集各种机械能。本论文从材料改性、结构设计到环境气体变更方面改善了TENG的输出性能,制备了封闭连通式TENG阵列,它可以适应于各种复杂环境。全文研究的内容包括:在硅橡胶中添加闭孔微球,构筑微观闭孔结构增加电荷捕获:使用闭孔可膨胀微球对硅橡胶进行了改性,在硅橡胶微观结构内部构筑了封闭孔穴结构,其可作为陷阱捕获更多的电荷来提高表面电荷密度,从而有效提高TENG的输出性能。在工作频率为2.5 Hz下,微球改性硅橡胶复合膜组装的最优TENG获得了最佳的电性能输出,电压、电流分别为300 V和4.2μA,与不含可膨胀微球的纯硅橡胶基TENG相比,电压和电流分别提高了230%和60%;此外,制备了热塑性聚氨酯（TPU）/多壁碳纳米管（MWCNTs）柔性电极,由此组装的全柔性单电极模式TENG,可作为电子皮肤收集人体机械能转换为电能。在摩擦材料与电极之间添加介质层,优化TENG的陷阱分布:在摩擦材料与电极之间添加一层介质层材料,包括聚酰亚胺（PI）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、致密聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲醛（POM）和硅橡胶可改变TENG的陷阱分布,增加电荷驻留并减少电荷耗散,从而有效提高TENG的输出性能。在所测试的介质层中,PI被证明具有最大的电荷陷阱密度和陷阱能级,由等温表面电势衰减（ISPD）模型分析可知,更深的存储深度会有最佳的电性能输出。工作频率为2.5 Hz,同时在TPU和多孔PTFE下添加PI介质层组成的TENG其输出电压（1500 V）、输出电流（23μA）和转移电荷密度（200 n C）与未添加介质层相比,分别增加了88%、260%和200%。进一步的研究表明,此体系下添加介质层的性能增强机制与摩擦材料的电正负性无关,但与其体积电导率密切相关,优化摩擦材料的体积电导率被证明有利于电性能的输出。在封闭结构内部充入高介电强度气体,改善空气击穿现象:制作了由一个内壳体和一个外壳体组成的封闭嵌套立方体TENG,向其内部充入不同的气体如氦气（He）、氩气（Ar）、空气（Air）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、氟利昂（CHCl F2）和六氟化硫（SF6）,其输出性能有不同程度的改变。制备的封闭立方体TENG可不受环境湿度的影响,在摇动立方体TENG时,即可在横向空间中收集前后左右四个方向振动的能量作为自供电设备。其中在工作频率3 Hz,填充SF6这种高介电强度的气体时,可以产生500 V的最大输出电压和11μA的短路电流,相比在空气氛围下分别提高了67%和120%;同时,由“气体放电”的理论模型预测和解释了气体氛围与立方体TENG增强输出性能之间的关系。在TENG单元之间构筑通气孔道,增加TENG阵列的灵敏度:设计了一种新颖的的柔性封闭式相互连通的TENG阵列,这种结构可以更容易地获得电性能输出,并可在高湿度条件下甚至在水中使用。每个TENG单元内部使用微球改性硅橡胶复合膜作为摩擦负极材料,TPU作为摩擦正极材料,在其与电极之间添加介质层,多个TENG单元之间使用通气孔道相连组成了连通TENG阵列,最后在其内部充入SF6气体。与常见的独立TENG阵列相比,按压其中一个单元时,内部气体会向其它单元扩散,显示出了更高的输出性能和灵敏度,此外,分析了每个TENG单元的结构因素对输出性能的影响。当顶层厚度为0.8 mm且气隙距离为4 mm时,存在最佳电压输出。此连通TENG阵列可用于步态监测、医疗保健的紧急跌倒检测/警报系统以及可作为智能住宅系统中的智能窗户传感器。因此,从材料改性、结构设计及气体氛围变更探索了封闭结构TENG的最优条件,制备了柔性封闭TENG单元,单元与单元使用通气孔道相连,设计了一种新颖的封闭式连通TENG阵列,其有良好的输出性能和灵敏度,可适应于各种复杂环境。