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能量收集技术能够将耗散的能量转换为电能，开辟了一条从环境当中收集并获取能量的新途径，有望为电子设备的持续供能提供一种可行的方案，若这种技术能够进一步规模化，则有望为清洁能源的产生提供新方法。2012年王中林院士领导的团队发明了一种基于接触起电和电场耦合原理的摩擦纳米发电机，这是一种全新的能量转换方式，得到了国际范围内的广泛关注。 随着摩擦纳米发电机的迅速发展，各种工作模式被相继提出，特定的应用也不断被展示。其中，基于薄膜材料的“震颤式”摩擦纳米发电机能够在气流的驱动下产生电能，有望应用于风能的收集。然而，现有器件的输出功率亟待进一步提高，其在耐久性、适用性等方面存在缺陷，且缺乏一种有效的集成手段实现大量阵列化器件间的规模连接。针对上述问题，本论文立足于“震颤式”摩擦纳米发电机的基本原理，提出了单侧双极板的结构和阵列化栅格电极结构，并首次实现了半导体输运特性对电流输出的调制作用，开创了感应电流产生的新模式和新机制。主要成果列举如下: (1)提出了一种单侧双极板的新型结构，解决了“震颤式”摩擦纳米发电机在材料耐久性和需要接地端等方面的问题; (2)提出了一种新型阵列化栅格电极结构，实现了输出电流的大幅提升，使其有望为小型电子设备提供持续的电能供给; (3)首创了半导体输运特性调制感应电流的新机制。通过巧妙地利用PN结单向截止的输运特性，实现了感应电流的定向流动;建立了“直流摩擦纳米发电机”的理论基础，为大规模器件间的集成连接提供了实际有效的解决方案。 (4)提出了一种自测量轴承结构，能够通过测量转速获得转动物体的速度、加速度和位移等参数，有望应用于风速的测量。 综上所述，本论文通过引入新机制和新结构，解决了摩擦纳米发电机在的风能收集中所面临的关键问题，具有重要的科学意义以及实际的应用价值，为推动摩擦纳米发电机的实用化做出了积极的探索。