摩擦纳米发电机（TENG）是新兴发展的将无序分布式机械能转化为电能的技术,被人们广泛利用于微纳能源收集、自供能传感、蓝色能源等方面。基于固体-固体接触的摩擦纳米发电机（S-S TENG）是最初的研究对象,但固体之间长时间接触会导致摩擦材料发生磨损,并且S-S TENG之间的运动具有方向性,这些缺点都不利于S-S TENG的推广利用。因此人们将目光投放到固体与液体相互摩擦的TENG（S-L TENG）上。但由于液体的固有属性和TENG高电压小电流输出特性,S-L TENG的输出普遍偏小。为解决这个问题,研究者将开关结构引入到S-L TENG当中,该开关控制了外部电路的连通与断开,可使积累的感应电荷在瞬间释放,从而提升器件的瞬时功率。然而在这些报道当中,开关结构常与TENG的整体分离,工艺较复杂;或这些设计当中需要额外的蓄水装置和调节装置,需要更多的精力来实现基于固液界面的高输出S-L TENG。在现有的S-L TENG中,当中性水与带负电的固体表面接触形成双电层时,因为水中的正电荷被束缚在固液界面上,对应负电荷分散在水中。这些负电荷通常无法被利用,并可能削弱外部金属电极上感应电荷产生的位移电流。同时有文献报道,在水-电极界面可以实现由电荷传导形成传导电流为主的发电过程。而传统S-L TENG中的开关结构利用的是感应电荷的瞬间释放。受两者启发,我们将开关结构引入到固液摩擦中去收集水中游离的负电荷。利用水运动与电荷收集针形成的开关结构,将水中负电荷瞬间导走加以利用,制作出传导电流位移电流协同作用的S-L TENG。S-L TENG所形成的传导电流叠加在位移电流上可以增加器件的电流输出,从而提高整个器件的瞬时功率输出。本文主要以S-L TENG为研究对象,探究了电荷收集开关结构在耦合传导电流位移电流过程中提高输出的作用。主要内容包括以下三个方面:1.在传统的独立层模式中引入电荷收集开关结构,制作以液滴为基础的碗状固-液摩擦纳米发电机（BL-TENG）。BL-TENG避免了传统液滴发电的缺点,使得单一液滴可以重复发电。相对于无开关结构的碗状对照器件,电流得到3倍提升,从20 n A提升到60 n A,最后得到0.46 W/m~3瞬时体积功率密度。同时探究了水运动的瞬时状态对器件输出的影响,并且用高速相机详细观察了水动力学过程。使用表面电势仪、SEM、接触角测试来研究电荷收集开关在不同固体摩擦层中输出区别的原因。针对其输出与水量相关的输出特性,设计了基于BL-TENG的水量传感器使其应用在水量监测中。2.针对上一工作中输出较小、开放式结构受环境影响大等缺点,将器件改进成管状的TENG（Dc Cc-TENG）来进一步提升器件的输出与稳定性。相比无开关结构的管状对照器件,Dc Cc-TENG输出得到了极大提升,电流从125 n A提升到了2000 n A,同时得到了80 V的电压。在800 MΩ的负载下得到了16.6 W/m~3的瞬时功率密度。通过实验进一步验证了电荷收集开关的引入是器件输出提高的原因,并且证明了电荷收集针处的电流是由电荷传导产生的传导电流。此外由于位移电流和传导电流的来源不同,两种电流的耦合方向可以根据需要任意调整。证明了Dc Cc-TENG高瞬时功率输出的原因是传导电流与位移电流协同作用的结果。最后,基于Dc Cc-TENG的高性能和独特的高瞬时输出功率工作机制,以Dc Cc-TENG为基础,我们制作了多器件集成的能量收集盒和带有报警功能的船舶姿态传感器,并据此开发一系列潜在应用。3.将Dc Cc-TENG中水的振荡模式改进成装在U型管中的滑动模式,制作出基于U型管结构的固-液摩擦纳米发电机（UT-TENG）。相比于Dc Cc-TENG,UT-TENG的空间被充分利用,提高了电极感应面积与双电层面积。电极面积增加使得转移电荷得到了提升,从而得到了150 V的电压;双电层面积增加使得水中负电荷增加将电流提升到了5000 n A。最后UT-TENG得到了一个24 W/m~3的瞬时功率密度,达到了设计目标。