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MEMS技术的发展及无线传感技术的日益成熟使无线传感网在边境安全检测、环境监测和建筑物结构健康监控等领域具有广泛的应用前景。现代的分布式无线传感网络节点众多且可以相互通信，功能日益完善，但普遍采用电池供电，面临着电池寿命有限、温度稳定性差，更新维护工作耗时耗资巨大等发展瓶颈。因此，实现无线传感网的自助供电具有重要意义。压电能量收集器可以将环境中的振动能等转换成电能为传感网节点供电，大大降低了维护成本，因此受到了广泛的关注。另外，便携式电子设备的功能日益丰富使人们对其依赖性增强，而电池容量是有限的。压电能量收集技术可将人体运动的能量收集起来，实现对电子设备的随时随地供电，以期突破电池供电的电量限制。 压电材料是压电能量收集器的核心部分之一，其性能将直接影响器件的输出特性。同时作为一个系统，收集器的输出性能还涉及激励源特性（频率和强度特性）、器件结构、接口电路和负载等方面内容。本论文围绕以上核心问题展开，研究内容和取得的结果如下: 1)设计制作了相同结构、尺寸的分别基于(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT)单晶和Pb(Zr, Ti)O3(PZT)陶瓷的单晶片悬臂梁式能量收集器，研究了在相同激励和负载下材料对压电能量收集器性能的影响。PMN-PT悬臂梁在谐振时的归一化最大功率可以达到163.8μW/(m/s2)2，是相同条件下PZT悬臂梁的3倍(53.8μW/(m/s2)2)。两者开路电压分别达到45.25 V和6.10 V。PMN-PT悬臂梁的最佳匹配阻抗的范围为80 kΩ-5MΩ，远大于PZT悬臂梁的200-250kΩ。因此，PMN-PT悬臂梁可以满足更宽范围的负载需求;PMN-PT悬臂梁的谐振和反谐振频率之间的距离(11 Hz)远大于PZT悬臂梁(1 Hz)，在外接阻抗匹配的情况下，前者的最优化带宽为13 Hz(62-75 Hz)，远大于后者的4 Hz(78-82 Hz)。如果实际环境中的振动在谐振到反谐振频率之间变化，可以通过阻抗匹配电路而获得稳定的高输出。 2)在压电能量收集器结构方面，选取固支梁结构进行了研究，讨论了其在压电能量收集领域的应用前景。建立了该结构的准静态压电耦合模型，分析表明:单晶梁和双晶梁具有相同的最优长度比（压电层总长度为基板总长度的约2/3），且不随厚度比和宽度比变化;厚度比对收集电能的影响因材料和结构而不同:当基板和压电层宽度相同时，单晶梁结构的PZT陶瓷和PMN-PT单晶悬臂梁的最优厚度比分别为0.32和0.56，而双晶梁结构的最优厚度比分别降为0.2和0.36。当基板和压电层宽度不同时，最优厚度比随宽度比而变化;杨氏模量比对收集的电能有显著影响，且最优厚度比随杨氏模量比的增加而降低;此模型依然适用于压电层完全覆盖基板而电极未完全覆盖压电层的情况。 3)针对环境中振动频率低且不稳定的特点，设计了串联结构的双固支梁式能量收集器，并研究了器件在不同激励频率、电学负载及不对称距离下的能量输出特性。与单一固支梁结构相比，其谐振频率降低了36.7％。通过构造质量负载和支持质量块之间的不对称性结构，有效提高了器件带宽。当不对称距离为1mm时，不对称结构与对称结构相比带宽提高了36.4％。当输入加速度为1 g、匹配电阻为25 kΩ时，器件在144-170Hz的输出功率均大于0.8 mW且在150 Hz有峰值输出功率0.992 mW。 4)在压电能量收集器的应用方面，针对谐振频率比较固定的振源，研究了悬臂梁式能量收集器的结构参数对频率和输出的影响，为设计固定频率激励的能量收集器提供了理论依据。分析表明:与梁的宽度和质量负载相比，粱的长度和基板厚度在改进悬臂梁输出性能（电量、电压和电能等）方面起主导作用;增加基板厚度或降低梁的长度（同时增加质量负载以保持谐振频率不变）可以增加压电层两端的开路电压和能量，但仅改变宽度不能增加开路电压。当末端的质量负载保持恒定时，存在一个随长度变化的最优基板厚度使收集的能量取最大值。测试了上海市电力公司市北供电公司俞泾站1号主变的振动特性，针对其谐振频率固定(100 Hz)且高阶模态振幅较小的情况，设计制作了100 Hz的悬臂梁式压电能量收集单元。在0.6 m/s2的峰值输入加速度下，单个收集单元的开路电压达到12.3 V，最大峰值输出功率为35.4μW。由压电单元组成的阵列收集的能量可以同时点亮150盏LED灯。