环境机械能在自然界中具有总量巨大但分布范围广、平均量小等特点,这些形式的能量难以被收集。王中林院士的团队于2012年发明的基于摩擦起电和静电感应的耦合作用的摩擦纳米发电机为收集这些形式的能量提供了新思路,至今已经在基础研究和技术应用方面取得很大的进展。摩擦纳米发电机使用灵活,能根据目标形式的能量采用不同结构,已有文献报道的能收集的能量形式包括人体运动、振动、机械触发、旋转动能、风能和水能等。目前用于收集水能的摩擦纳米发电机仅能收集特征尺寸较大的水体中蕴含的能量,但对于水雾这种体积相对较小但广泛存在的水能还未相关报道。在本工作中,受到利用锥形结构收集潮湿环境中水雾的启发,提出了一种用于收集潮湿环境中水雾中蕴含机械能的固—液摩擦纳米发电机(水雾摩擦纳米发电机)。通过对相关理论的研究和仿真模拟,发现水雾摩擦纳米发电机液滴与介电层接触部分的面积是影响发电机电学性能的关键因素。增大接触面积可通过采用更大直径的锥形电极或者通过并联多跟锥形电极的方法,以产生更大的短路电流和开路电压。并在不同的环境湿度、温度和水雾成分下,模拟水雾摩擦纳米发电机在这些环境下的使用状况。实验结果表明,随着环境湿度增加,可以显著的提高饱和电压并减少水雾摩擦纳米发电机的电压饱和时间;而温度升高会导致水雾摩擦纳米发电机的开路电压和短路电流线性减小。当水雾中含有离子时,水雾摩擦纳米发电机的性能也显著下降。最后通过优化参数,水雾摩擦纳米发电机单次可输出的最大开路电压9V,短路电流达到250n A,该水雾摩擦纳米发电机工作时可以驱动7个商用发光二极管,并有望作为一种自供能的湿度传感器使用。本文提出了一种新型的水能收集方法,将广泛存在但过往一直未能被应用的水雾中蕴藏的环境机械能收集并利用,具有极为重要的价值,提供了开发摩擦纳米发电机的新思路。