随着物联网技术、大数据、人工智能等新一代信息技术的飞速发展,各种用于交互通讯的传感器的需求数量急剧增加。如何解决海量传感节点供电问题已成为现代信息技术发展的瓶颈。通过能量采集技术,将环境中储量丰富、分布广泛的可再生清洁能源转换为电能,为无线传感网络节点供电,是打破传统供电方式限制的有效解决途径。摩擦纳米发电机作为一种新的颠覆性的能源收集技术,具有前所未有的输出性能和相对较低的成本,已被证明是实现环境能量高效获取与转换的有效途径之一。然而在TENG工程化应用进程中存在输出功率较低的问题,成为其进一步推广应用的瓶颈制约。表面电荷密度是影响TENG输出功率的关键因素,因此本文以提升TENG输出性能为出发点,开展了一系列表面电荷密度提升方法的探索,全文研究要点如下:（1）提出了一种基于铁电偶极子的摩擦发电机表面电荷密度提升方法。通过利用聚偏二氟乙烯（PVDF）的铁电特性,在摩擦层内形成电荷陷阱,增强了摩擦材料的起电性能,进而达到了提高摩擦纳米发电机的表面电荷密度的目的。具体研究内容为:采用浇铸工艺制备了PVDF薄膜,研究了薄膜厚度、极化电场强度对PVDF压电性能的影响;将制备的PVDF压电薄膜嵌入TENG器件中,系统的研究了PVDF的嵌入方向、薄膜厚度以及极化强度对摩擦纳米发电机输出的影响。结果表明:内嵌厚度为110μm,最大极化电场为90 MV/m的PVDF压电薄膜,成功地将摩擦纳米发电机的表面电荷密度由48μC/m2提升到了76.8μC/m2,表面电荷密度提升了1.6倍;基于层叠折纸技术构建了一种无需外部支撑与导线连接即可实现多个TENG并联的弹性的摩擦纳米发电机（DHS-TENG）,成功实现了该复合薄膜与先进器件的耦合。该器件最大开路电压与短路电流分别可达460 V和140μA,并在外接4 MΩ的负载下瞬时峰值功率可达9.03 m W。此外,DHS-TENG能够驱动120盏绿色发光二极管和一个温度传感器正常工作。最后基于该器件较好的弹性结构性能和电学输出性能,构建了基于DHS-TENG的远程智能开关控制系统。该项研究工作不仅开发了一种提升摩擦发电机表面电荷密度新型方法,而且为摩擦发电机在智能家居控制系统中的应用提供了一种新的思路。（2）针对摩擦电荷耗散快,而传统的电荷补充方法又存在工艺复杂、难以实时进行电荷补充的问题,创新性地提出将等离子体效应与摩擦电效应进行结合。利用光栅耦合等离子体效应产生的热电子-空穴对,在摩擦电场下形成反向电场的效应,有效提高摩擦纳米的表面电荷密度的同时降低其输出阻抗。详细分析了表面等离子体共振衰变的热电子-空穴对提高TENGs的输出,同时降低其输出阻抗的机理。受限于栅状电极加工工艺的难度以及昂贵的加工成本,首先采用日常生活工作中常用的数字光盘（CD和DVD）进行了初步的实验验证,结果表明在数字光盘上的光栅耦合表面等离子体共振可以在显著提高摩擦发电机输出性能的基础上大幅度的降低其输出阻抗。以此为基础,构建了以不同线密度铝光栅为底电极的TENG,系统的研究了光栅线密度、光照强度以及光照波长对TENG输出性能的影响。结果表明,摩擦纳米发电机的输出与其线密度以及光照强度之间均存在正相关的关系。基于600线铝光栅电极的TENG的电荷密度约为94.7μC/m2,较无光栅电极的TENG的表面电荷密度提升了约1.87倍,并通过光照和暗处理实验证明了该提升机制主要得益于热电子-空穴对的介电滞后效应。最后搭建了一个基于600线铝光栅电极的TENG的自供电超声测距系统,设计并制作了基于LTC3106模块的电源管理电路;通过线性马达给一个2000μF电解电容连续30分钟的充电后,其两端电压由0 V充到了5 V,启动超声测距模块后,成功实现了连续16次的数据收发工作。该项工作为TENG在自供电传感系统中的应用提供了一种新的思路;（3）将纳米粒子掺入介电薄膜中是提升介电薄膜介电性能的最简单有效的方法之一。目前的掺杂材料可分为两种:导电纳米材料与绝缘体纳米材料。导电纳米材料存在金属纳米颗粒表面势能较大、易团聚、易渗流等问题,绝缘体纳米材料存在介电常数有限,提升效果有限的问题。因此提出了一种SiO2@Ag复合纳米颗粒掺杂的TENG表面电荷密度提升方法。从理论上分析了金属纳米颗粒掺杂与高介电绝缘纳米颗粒掺杂对TENG输出性能的影响。采用旋涂工艺系统的研究了金属Ag含量、SiO2@Ag复合纳米颗粒质量分数对TENG输出性能的影响,结果表明含银量较低的SiO2@Ag复合纳米颗粒在掺杂质量分数为0.1wt.%时输出性能最好,其表明电荷密度可达241μC/m2,较未掺杂的TENG的表面电荷密度提升了约3.45倍;这是因为复合纳米颗粒中SiO2微球不仅起到了提高金属纳米颗粒分散度以及材料介电性等作用,同时对预防渝渗电流有一定的效果;最后搭建了一个自供电无线温度传感系统,成功验证了TENG在无线温度传感领域的应用前景。该项工作对开发新型的纳米材料掺杂技术有一定的意义。