化石能源的过度消耗导致了能源危机及系列环境问题，收集可再生清洁能源在工业界和学术界得到较高关注。风能和太阳能均为资源丰富的清洁可再生能源，风能可经风力发电塔转换成电能。风力发电塔占地面积大而分布在较偏远地区，故城市内的风能并不能有效的通过它转换成电能，但太阳能光伏电池可以和现代建筑结合在一起，因此有必要发展一种新型的收集风能的纳米能源器件，以此实现在城市内同时收集风能和太阳能。近年来，基于摩擦电效应的纳米能源器件受到了广泛关注，摩擦纳米发电机(TENG)具有体积小、风速感应灵敏、结构灵活多变、与太阳能光伏电池相兼容等特点，同时可将转换后的电能经锂离子电池存储并驱动智能便携式电子产品等。本论文通过研究基于摩擦电效应的的纳米能源器件的性能，得到具有较高输出的纳米发电机，并进一步将其与太阳能电池复合，构建能够同时高效收集城市内风能和太阳能的复合能源器件。　　首先，利用阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管，二氧化钛做为锂离子电池的电极材料使用。研究了不同生长条件下电池的性能。最佳的生长条件由电池的比容量确定，最佳的阳极氧化电压为50 V，阳极氧化时间为2h，电解液中氟化铵的浓度为0.3wt％。在450℃马弗炉中煅烧2h，可得到(004)晶面取向的锐钛矿二氧化钛。将钛金属基底上的二氧化钛和金属锂组装成电池，研究了不同生长条件下电池的性能，组装的锂离子电池在0.3 mA/cm2的电流密度下，电池的比容量为0.5 mAh/cm2，循环50次后，比容量为0.33 mAh/cm2。　　其次，利用磁控溅射法分别制备了200～300 nm的Al、Cu、ITO导电层，作为不同TENG的电极材料使用。构建了收集风能的TENG（振动膜单端固定），器件包括两个TENG输出，Kapton薄膜的一端固定在进风口中间位置的22 mm×5 mm×2 mm的亚克力片阻流体上，系统研究了器件的长度、高度、宽度等因素对发电机性能的影响规律。当器件尺寸为67mm×22mm×10mm时，发电机的输出功率较高，并联3 MΩ电阻时的功率为3.7 mW。风速和信号输出频率之间存在线性关系，当风速为7.6 m/s时，TENG的工作频率为155 Hz。理论模拟计算表明，单端固定TENG的振动机制符合卡门涡流现象，理论振动频率为152 Hz，和实际测得的频率相符合。此外，为了提高TENG的输出，基于弹性空气动力学，构建了振动膜双端固定的TENG，系统研究了进风口高度、宽度、长度、振动膜厚度等因素对发电机性能输出的影响。通过对其结构参数的研究可以得到高频和高输出两大类:高频的器件尺寸为10 mm×2mm×0.6 mm，信号频率在104Hz;高输出的器件尺寸为125 mm×10mm×1.6mm，在2.3 MΩ电阻下最大输出功率密度为14.4 W/m2。双端固定的振动膜振动机制主要归因于颤振现象，结合高速照相机拍摄的振动膜振动过程，通过理论模拟，振动膜振动机制属于弯曲和扭转模态的组合，弯曲模式的频率为372 Hz，攒模式的频率为378 Hz，通过电信号计算的实际振动频率为380 Hz，和理论模拟结果基本符合。为了提高发电机功率输出，可采用多个器件并联的方式，10个器件并联后的最大输出电流可达600μA。　　第三，利用静电纺丝法制备了PVDF纳米纤维，将其与PDMS共混得到复合薄膜，作为新型摩擦材料使用，并构建基于摩擦/压电/热释电效应的复合纳米发电机，电压输出为120 V，电流输出20μA。为了同时收集城市内的风能及太阳能，还构建了另外一种复合纳米能源器件，器件上太阳能电池的面积约125 mm×22 mm。1个模拟太阳光照的条件下，太阳能电池串联800Ω电阻时的功率约8 mW。TENG在15 m/s风速下的输出约26 mW，内阻约1 MΩ。为了将TENG的内阻和太阳能电池内阻相匹配，采用变压器，TENG经变压整流后内阻降低至800Ω，此类基于摩擦电效应的复合纳米能源器件提供了在城市内大规模收集风能和太阳能的可能性。　　最后，研究了纳米发电机的应用。振动膜单端固定的10个TENG集成后可驱动10个商业LED，在黑暗环境下LED的光可以清晰的照亮纸张上的字，此外单端固定的TENG可以驱动无线传感器，使用变压器和管理电路后，4.9 s后管理电路里电容输出电压稳定在1.8V，可用频谱仪检测到无线传感器发射的436 MHz无线信号。这是收集风能的摩擦纳米发电机在驱动无线传感器上的一个重要应用进展。振动膜双端固定的TENG可用来驱动球形灯泡，此外它也可收集人体呼吸能，呼吸的气流经过器件，产生的电能可驱动温度传感器连续工作。高输出信号的复合纳米发电机可以同时收集环境中的风能和太阳能，通过二氧化钛锂离子电池可以存储发电机转换的电能，并给温湿度传感器供电，显示的室内温湿度分别为25.1℃和23％。