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近年来,摩擦纳米发电机已经在能量收集、自驱动传感系统、摩擦起电机理探究等领域显示出了巨大的应用价值。作为能量收集单元,摩擦纳米发电机常用来收集环境中广泛分布的机械能,并将其转化为电能,从而为应用在各种场景下的传感器等电子设备供电。电学性能是决定摩擦纳米发电机能否广泛应用的关键。在摩擦纳米发电机摩擦层两侧构建适当的温差有利于促进摩擦层电荷的转移和存储,进而有利于发电机输出的提高。本文在温差对摩擦纳米发电机的作用规律和应用方面进行了探索,主要内容包括:1.利用电子云势阱模型分别分析了常温、理想温差及实际温差(存在热交换作用)下摩擦层的电荷转移过程,并利用COMSOL软件结合相应公式计算了摩擦层表面电荷密度及表面电势随温差的变化规律。理论计算表明:摩擦层电荷密度及表面电势随温差增加呈现先上升后下降的规律。2.构建了Al-Kapton温差摩擦纳米发电机,测试并分析了温差对其电学性能的影响。结果表明:Al-Kapton温差摩擦纳米发电机的电学输出随温差增加呈现先上升后下降的变化规律。同时,在最佳温差(ΔT=145 K)下,发电机的开路电压、短路电流和转移电荷量分别为858 V、20μA和147 nC,分别为无温差时的2.7、2.2和3.0倍。此外,热激发电流测试、表面电势测试、发电机输出随冷热端摩擦层接触时间变化的测试及发电机重复性测试结果也进一步证明了温差的作用规律。3.利用温差对摩擦层电荷转移的促进作用,展示了温差摩擦纳米发电机的应用:(1)当温差为145 K时,Al-Kapton温差摩擦纳米发电机最大输出功率为206.7μW,是无温差时(42.2μW)的4.9倍,表明温差的构建极大地提高了发电机的带负载能力;(2)通过构建温差,Al-PTFE温差摩擦纳米发电机的最大电流密度达了396μA/cm~2,是目前接触分离模式摩擦纳米发电机中已报道最高值(350μA/cm~2)的1.13倍;(3)制作了飘带式温差摩擦纳米发电机,模拟了其在汽车尾气管道壁的应用场景,利用此发电机可以驱动温湿度传感器正常工作。