随着科技的进步和社会的发展,以功能多样化及小型便携化为主要特点的柔性电子设备逐渐进入大众的生活,为人们提供健康监测、便利生活和社交娱乐等服务。但是目前仍普遍采用传统的非柔性能源系统如电池等对柔性电子设备供电,这在很大程度上制约了其进一步发展。而摩擦纳米发电机的发明使这一问题迎刃而解,作为能够将自然界中广泛存在的机械能有效转化为电能的装置,摩擦纳米发电机相比于其他能源系统具备多种独特优势,其作为能源模块可以便捷高效地实现柔性电子设备的自驱动化。目前关于柔性摩擦纳米发电机的研究主要集中在电极材料、摩擦起电材料和器件结构设计方面,其中电极材料作为柔性摩擦纳米发电机的关键部分,其是否具有优异的柔性和导电性能决定着器件的结构稳定性和电学输出性能。当前广泛采用的电极材料如铝、铜等均属于刚性材料,由它们制备的柔性摩擦纳米发电机存在长期形变易导致器件结构破损和电学输出衰退的问题;而其它新型电极材料在制备柔性摩擦纳米发电机时存在制备流程复杂,难以直接使用且成本高昂等问题。因此,如何制备综合性能优异的柔性电极材料,使其在经历形变、与人体皮肤接触以及一些特殊环境条件下保持综合良好性能是本文的第一个研究重点。如何设计合理的结构使所制备的电极材料与摩擦材料的柔性相匹配,开发出具有优异机械灵活性,使用寿命长,形变时仍能保证稳定输出并且可用作柔性电子设备能源模块的柔性摩擦纳米发电机是本论文的另一研究重点。基于以上研究重点,本论文从电极材料的选择和器件的结构设计出发,制备出两种综合性能出色的柔性电极材料,由它们制备的柔性摩擦纳米发电机可以与大多数人体运动相匹配而产生稳定的电学输出,并进一步对其作为能源模块在自供能系统实际应用过程中可能存在的问题进行探究,主要研究结果如下:(1)制备了一种基于Ti3C2/PVA自支撑复合导电薄膜的柔性摩擦纳米发电机(TP-TENG),这种复合薄膜不仅具有出色的机械强度,而且可以在弯折、卷曲状态下保持结构完整,同时该复合薄膜具有疏水性。基于复合薄膜的这些优势,由其作为电极材料所制备的TP-TENG在收集以人体运动为主要形式的机械能时展现出巨大优势。当在不同运动频率下工作时,TP-TENG可以产生165 V开路电压(Voc),60 nC电荷转移量(Qsc),最高可达5.9μA的短路电流(Isc)以及高达12.4 μW/cm2的功率密度输出,这种规模的电学输出足以直接点亮LED灯泡。此外,TP-TENG作为柔性器件可以发生弯折、卷曲形变,耐受高于自身数千倍的拉力,经历润湿环境和连续工作20000次以上,并且在这些严苛条件下器件结构依然完整,电学性能也始终维持稳定。通过电路设计将TP-TENG设计成自供能系统后可以将其产生的电能先进行有效储存,再放电以驱动电子手表。(2)制备了一种基于液态导电高分子材料PEDOT:PSS的柔性摩擦纳米发电机(PL-TENG),相较于第一个工作中的复合薄膜电极,PEDOT:PSS具有极低的杨氏模量,作为电极材料既有导电性又有流动性。将PEDOT:PSS与同样具备低杨氏模量的有机硅橡胶结合所制备的PL-TENG可以产生的开路电压、短路电流、电荷转移量和平均功率输出分别可达265 V,24.9μA,85nC和24.8μW。PL-TENG的最大拉伸倍率高达300%,而且能够发生包括弯折、扭曲和纵向拉伸在内的多种形变。将PL-TENG先在生理盐水中湿润后干燥、在空气中放置三个月后重新进行电学输出性能测试,结果证明在这些不同类型与程度的形变和严苛的条件下,PL-TENG的电学输出性能依旧稳定,内部液态电极无泄露且有机硅橡胶无损坏。由PL-TENG作为供能模块组成的自供能系统在2.5 Hz工作频率下将一个22 μF的电容器充电至2 V需要360 s,继而充电后的电容器可以有效放电以驱动电子设备。