随着人类对海洋资源开发的不断加深,海洋的战略地位对每个国家都无比重要。而水下无线传感网络是海洋资源开发,海洋科学研究,海洋环境监测的重要手段,对于海洋强国的建设具有重要意义。目前的水下传感器节点的供能方式一般为导线直连或者自身携带蓄电池,但是随着长期观测要求的提高、传感器节点数量的增多及分布范围的扩展,这种能源供给方式将不能满足需求。波浪能作为一种新能源,能量密度高,使用时产生的环境影响较少,平均可利用时间长。因此,波浪能的开发对于解决水下传感器节点供能问题有十分重要的现实意义。然而,传统的波浪能发电技术主要面向大功率发电,并不侧重于单个传感器的供能。因此设计合理的能量采集系统和动力转化装置,提高波浪能利用率,降低波浪能发电的成本,发展为水下传感器节点的供能技术,是波浪能发电技术的重要研究方向。摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理可以归结为摩擦起电和静电感应的耦合作用,它的理论源头是麦克斯韦位移电流。目前,不同类型的TENG被设计用以采集波浪能。与传统电磁发电机相比,TENG在低频的波浪条件下(<5Hz),具有更高的输出效率,适用于波浪能采集。由于海草具有柔性的特点,对不同频率、幅度的波浪运动具有良好的适应性。因此,本论文设计出一种仿海草结构摩擦纳米发电机,用以采集波浪能,本文主要研究内容和结论如下:(1)基于接触分离式摩擦纳米发电机模型,设计出仿海草结构摩擦纳米发电机结构。分析其发电原理,建立其V-Q-x关系方程,并利用有限元方法仿真计算出开路电压Voc的变化规律。随着分离距离的增加,开路电压增加。(2)为了有效的采集波浪能,TENG的结构设计是适应海洋波浪运动复杂性的关键因素。因此,仿海草结构摩擦纳米发电机(SS-TENG)以PTFE薄膜进行水密封装,高分子FEP薄膜和印刷油墨作为摩擦起电材料和电极制成。其自身柔性特点可以适应不同幅度和频率的波浪条件。(3)从仿海草结构摩擦纳米发电机(SS-TENG)结构尺寸(介电材料宽度和长度)和摆动条件(摆动角速度和摆动幅度)两个方面探究SS-TENG输出性能的影响因素。实验结果表明,随着FEP薄膜长度和宽度的增加,输出的开路电压和转移电荷量大小增加,而随着摆动幅度的增加,开路电压和转移电荷量会增加,摆动频率增加则会使整体输出性能变好。(4)为了研究其输出性能,将SS-TENG接入工作电路,进行功率实验和充电实验。仿海草结构摩擦纳米发电机输出功率随着电阻的增大,先增加再减小,在最佳工况下,外接电阻为50MΩ时,达到最大输出功率2.08mW/m2。用10min左右的时间可以将10μF的电容充电至3V左右。这也验证了仿海草结构摩擦纳米发电机在波浪能采集方面展示出良好的性能,在为海洋无线传感网络供电领域具有很大的发展潜力。