近年来,智能可穿戴技术通过融合信息领域和材料领域的技术,成为了新兴的数据流量入口。传感器作为可穿戴技术设备的核心,能够将人体的生理信号或外部的环境信号转换成电信号,从而为人体和电子信息系统提供了信息传输的接口。但是传统的传感器体积大、刚度大、对外部电源依赖性强,使得可穿戴设备的柔性和舒适性降低,生物相容性较差。因此,设计一种能够自供能的柔性传感器成为研究的热点之一。摩擦纳米发电机能够将人体运动时持续产生的微小、低频的机械能转化为电能为自身供电,具有制备简单、发电效率高、环境友好、材料来源广、所受压力与输出电压呈线性相关等优点,因此可以将其作为压力传感器来进行实际应用,摆脱传统电池的束缚,真正实现无源传感。与纺织基结合后的摩擦电传感器可以兼具纺织品优良的柔性和摩擦纳米发电机自驱动的性能,满足可穿戴器件对于轻质化、柔软舒适性的要求。但是摩擦起电效应受外界环境特别是湿度的影响较大,而大多数的摩擦纳米发电机结构为非封闭式,将其作为传感器时的输出稳定性和灵敏度都会受到来自环境的影响,因此在实际应用中受环境限制较大,从而制约了其在传感领域的发展。尽管已有一些研究人员提出了封闭式结构的摩擦纳米发电机,但是大多为刚性结构并以集能为主要工作目的,舒适度和柔性较差,作为传感器使用时有诸多劣势。本文介绍了三种气囊结构的摩擦纳米发电机,将气囊密封结构与TENG的摩擦发电功能和压力传感功能进行结合,以空气为支撑材料和间隔材料,与高回弹性的密封材料组合后制备的器件既可以隔绝外部环境来维持气囊内部环境的稳定,保证摩擦纳米发电机的输出稳定性,又可以保证传感器的柔性和舒适性,充分适应人体运动情况,具有制备简易、质轻、灵活等显著优势,从而拓宽了基于摩擦纳米发电机的传感器在人体可穿戴方面的发展潜力。本课题首先使用表面光滑的尼龙织物作为基底材料,导电性能优异的银浆作为电极材料,回弹性高的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜作密封材料,尼龙织物和水性聚氨酯（PU）作正负摩擦材料,并在PU和电极层间添加不同厚度的聚酰亚胺（PI）膜作为增强材料,并通过筛网印刷的工艺将银浆转移到织物基表面来制作导电织物。在PI膜厚度为15μm、充气量为1 m L的工艺参数下可以制得最佳输出性能的基于PDMS的气囊式摩擦电传感器,有效摩擦面积为3.14 cm~2,克重为1.39 g,在3 Hz,5 N的测试条件下,其输出电压可达15V;连续循环工作1000次后的输出电压无明显衰减,有良好的机械稳定性;在去离子水中持续浸泡3小时后依然保持稳定的电学输出性能;传感器的灵敏度较高,可达0.34V/k Pa;线性度好,R~2=0.995;之后以热塑性聚氨酯（TPU）复合织物作密封材料与正摩擦材料,PDMS掺杂不同质量分数的钛酸钡纳米颗粒作负摩擦材料,导电银浆作电极材料,制备了基于TPU复合织物的气囊式摩擦电传感器,其有效工作面积为16 cm~2,克重约3 g。本装置将TPU膜同时作为密封材料和正摩擦材料,进一步简化摩擦纳米发电机的结构及制备工艺,提高灵敏度。以钛酸钡掺杂量为10%的器件为例,充入23℃、50%RH、5m L空气后,在作用力约10 N、2 Hz测试条件下,输出电压达16V;连续循环工作1000次后输出电压保持稳定;灵敏度S=0.994V/k Pa,线性度为R~2=0.937。为进一步优化工艺,使用TPU磨砂型薄膜作为密封材料与正摩擦材料,PDMS作负摩擦材料,导电铜箔胶带作为电极材料,制备出基于TPU膜的气囊式摩擦电传感器,有效摩擦面积为4 cm~2,克重为1.10g,在充气量为5 m L时性能最佳,在25℃、55%RH、作用力约3N、2 Hz的测试条件下的输出电压可达7.2 V;连续循环工作1000次后输出电压保持稳定;在去离子水中持续浸泡5小时后依然能有稳定的电学输出,灵敏度S=2.481V/k Pa,线性度R~2=0.967,传感性能相较基于TPU复合织物的气囊式传感器有很大的提升。最后对这三种摩擦电传感器的实际应用功能进行了讨论,将其放置在人体关节处和脚下等部位,能够用于姿态识别和运动传感。通过实验分析和讨论证明,基于气囊结构的密封式可穿戴摩擦电传感器件具有输出性能高、机械稳定性好、柔软度高的特点,在人体运动能量采集、运动监测及传感领域具有广泛的应用前景。