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物联网和人工智能等技术的发展引起了人类社会的又一次科技变革，为人们的日常生活带来了巨大的便利。物联网的实现需要庞大的广泛分布的传感器网络。如何驱动这些数以亿计的传感器是目前亟待解决的问题。由于存在寿命有限、维护成本高、污染环境等缺点，传统的电池技术并不适于为庞大的传感器网络提供电能。而从工作环境中收集各种能量（比如太阳能、风能、机械能能等）并转化为电能的可持续自供能的微纳电源——纳米发电机技术，为物联网提供了一个非常理想的电源解决方案。 作为物联网的终端，多功能便携式智能化的个人电子设备的发展要实现人与电子器件之间直接的智能化的交流，需要新型多样性智能化的人机交互技术。人体产生的信号大多是机械运动信号，而基于电信号控制的传统硅基电子器件很难与机械信号直接发生交互作用。压电（光）电子学效应和摩擦电子学效应为这一问题提供了新的解决方案，将环境中的机械信号转化为压电势或摩擦电势来直接控制电子器件，从而实现人机之间的主动式交互。 本论文围绕利用摩擦电势和压电势调控传统场效应晶体管的输出特性展开工作。将摩擦纳米发电机应用到自驱动传感领域，研究自驱动触觉传感器;基于摩擦电子学效应、压电电子学效应和压电光电子学效应，制备摩擦电子学晶体管和压电光电子学晶体管，利用外界机械刺激产生的摩擦电势和压电势作为栅极偏压，直接调控传统薄膜场效应晶体管的半导体沟道中载流子的输运及异质结界面处光生载流子的迁移，实现晶体管与外界环境之间的主动式动态交互。本论文主要研究内容如下: 本论文围绕利用摩擦电势和压电势调控传统场效应晶体管的输出特性展开工作。将摩擦纳米发电机应用到自驱动传感领域，制备自驱动触觉传感器;基于摩擦电子学效应和压电光电子学效应，制备了摩擦电子学晶体管和压电光电子学晶体管，利用摩擦电势和压电势作为栅极电压调控传统薄膜场效应晶体管的半导体沟道中载流子的输运和异质结界面处光生载流子的迁移，实现了晶体管与外界环境之间的动态交互。本论文主要得到了以下成果: 1.提出了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动触觉传感器。通过模仿动物的触须，在一个垂直接触-分离式摩擦纳米发电机的表面制备一根氧化硅丝作为探针来扫描物体的形貌，氧化硅丝将被探测的物体的形貌信息通过自身形变（偏移或弯曲）传递给与其相连的摩擦纳米发电机的薄膜表面;而摩擦纳米发电机则将薄膜的机械形变转化为电学信号（电压/电流）输出，从而实现对物体形貌的探测。经过结构优化，该自驱动触觉传感器具有较高的灵敏度(0.45V/mm-1)和空间分辨率(垂直分比率和水平分辨率分别达18μm和250μm)，远大于人类指尖的分辨率(约为1mm)，可以用作高分辨的触觉传感。经过验证，该触觉传感器能够有效扫描并还原物体的表面二维形貌和三维形貌信息，并具有很好的稳定性和重复性。该基于摩擦纳米发电机的自驱动触觉传感器能够直接将机械信号转化为电信号实现自驱动传感，而不需要任何外接电源或者光源来给传感器提供能量，能够在灰尘、烟雾及黑暗等恶劣环境中正常工作，这大大提高了它的工作寿命并扩展了它的工作环境，使它在触觉传感、自动化控制、人机交互及智能机器人等领域具备潜在的应用价值。 2.首次将二维半导体材料应用到新兴的摩擦电子学领域，将单电极摩擦纳米发电机和MoS2薄膜场效应晶体管集成为一体制备了基于MoS2二维材料的摩擦电子学晶体管。仅仅通过在MoS2薄膜场效应晶体管的底栅表面制备一层聚四氟乙烯(PTFE)薄膜作为摩擦层，晶体管的底栅及PTFE膜就与外界的可以自由移动的摩擦层组成单电极摩擦纳米发电机;当自由摩擦层与固定的PTFE薄膜接触起电并分离时，PTFE表面产生的负的摩擦静电势可以替代传统的栅极电压，有效调控MoS2沟道中的载流子输运，从而调控晶体管的输出电流。通过手指与PTFE摩擦，MoS2摩擦电子学晶体管可以用作一种主动式智能触觉开关:手指与PTFE薄膜的接触与分离，控制着晶体管输出电流的开与关，开关比达16倍，实现了与其串联的发光二极管的亮与灭。这种新型的摩擦电子学晶体管将基于二维半导体材料的薄膜场效应晶体管和摩擦纳米发电机集成在一起，能够直接感知外界环境的刺激，实现人机交互，非常适合用作测量微小距离变化的距离传感器、加速度传感器、触觉传感器及智能皮肤等，在可穿戴医疗设备、人机交互和人工智能等领域有着非常广泛的潜在应用。 3.提出了一种力、电双调控的基于Au-ZnO异质结的压电光电子学晶体管。氧化锌作为导电沟道;而修饰在氧化锌沟道表面的金纳米颗粒像一个个很小的“电子泵”，通过吸收可见光的能量，源源不断地将电子从较低的能态泵浦至较高的能态，变成热电子，然后穿过Au-ZnO界面处的肖特基势垒进入到ZnO沟道，产生光电流，将光信号转化为电信号。晶体管独特的结构设计使得我们不仅可以通过电学信号（栅极和漏极电压），也可以通过外界施加的机械信号（应力在ZnO表面产生的压电势）调节Au-ZnO界面处的肖特基势垒的宽度和高度，来调控光生热电子的迁移效率和晶体管的光电响应，从而实现力、电、光耦合。这种基于Au-ZnO异质结的压电光电子学晶体管将压电光电子学效应（半导体、光激发和压电的三元耦合）扩展到金属、光激发和压电的三元耦合，证明了压电光电子学效应广泛的适用性。此外，这种新型的压电光电子学晶体管不仅能感应外界环境中光信号的变化，还能感应外界环境中的机械信号，可以应用到宽光谱光探测、生物传感、化学传感、物联网及人机交互等领域。