随着可穿戴/便携式电子产品的快速涌现,传统的大规模能源收集技术已不再满足小型/微型电子设备的发展需求。如何实现小规模的自供电体系成为电子信息发展的一大迫切需要。2012年摩擦电纳米发电机(TENG)的出现为这一问题的解决带来了曙光。通过对摩擦起电这一现象的利用,消除了人们一直以来对该效应的负面印象,并使之成为了一种新型的绿色能源。TENG主要通过摩擦起电与静电感应的耦合,来实现能量的转换与收集。目前关于TENG的研究多集中于性能提升以及应用转化两个方向。已经证明掺杂纳米颗粒对于TENG的输出改善普遍有着较好的效果。然而,所使用的纳米颗粒往往价格比较高昂且在较高掺杂量下才能起到明显的提升作用,这对于TENG从实验室走向市场是不利的。对此,本文提出了利用镓金属作为纳米颗粒物掺杂以改善TENG性能的方法,获得了具有一倍提升效果的高性能低成本TENG,并探究了镓颗粒的作用机理。论文主要成果和工作如下:1. 给出了可行的低成本镓金属掺杂工艺。镓金属有低熔点及过冷的特性,结合液相易分散的特点,通过简单的超声工艺实现了纳米级镓颗粒在多种聚合物纳米纤维中的嵌入。该过程工艺简单、成本低廉,适用于大规模生产,且镓金属相比于其他掺杂颗粒有着更低的价格、更低的掺杂量,总体成本可以得到进一步控制和缩减。2. 得到了高性能的聚丙烯腈(PAN)改性TENG。研究通过不同掺杂量的选择,使得基于PAN纤维膜的TENG能量输出提高近一倍。其中,采用薄层PAN/镓颗粒复合纤维膜结构的TENG,在3 Hz、30 N的工作低频及接触低压下,可实现高达50 m A/m~2的电流密度、260μC/m~2的电荷密度以及600 V的输出电压,显著高于其他基于PAN的TENG输出性能。3. 探究了运动条件对于复合纤维膜结构TENG性能的影响。研究发现TENG电流密度与输出电压随工作频率以及接触压力的提升均表现出先增大后趋向于饱和的变化趋势。在对转移电荷密度的分析下,了解到两种运动条件的不同影响作用,因而使TENG表现出差异性的性能变化幅度。4. 分析了镓金属在PAN复合纤维膜中的作用。掺杂的镓颗粒主要通过电荷捕获来实现TENG性能的提升,却又由于相应的掺杂会引起纺丝纤维的团聚化,而导致TENG输出受到抑制。两种作用共同影响着TENG的摩擦电性能,并导致了能量输出随掺杂浓度提升而先增后减的现象的发生。