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由于能源危机和环境问题日益严重,人们付出越来越多的努力来收集环境中的可再生能源来实现现代社会的可持续发展。机械能和热能是生活中常见的可再生能源,可以通过摩擦电纳米发电机、磁电发电机、以及热释电纳米发电机或热电发电机等将其转换成电能。其中,摩擦电纳米发电机因具有尺寸小、重量轻、结构简单、普适廉价等特点,引起学术界和工业界的广泛关注。近年来,摩擦电纳米发电机已被用于收集拍击、震动、滑动、浮动等各种形式的微小机械能,在获取清洁能源和传感器自驱动方面展示了自身的技术优势,但是其输出功率仍然有限。为了进一步提高其输出性能以驱动较大功耗的电子产品,人们一方面通过材料改性和器件结构优化来提高单一纳米发电机的能量转换效率,另一方面通过不同能量收集方式的集成对多种类型的能源进行同时收集,以最大限度地实现不同能源的同时转换,这也是复合能源技术的主要发展方向。 本文主要是通过多种能源收集机制的集成构建复合型纳米发电机,用于对机械能与热能进行收集。具体研究内容如下: (1)介绍了纳米发电机的研究背景,重点讨论了纳米发电机的研究现状,并对不同类型、不同工作模式的纳米发电机的工作机制进行了理论分析。 (2)设计并构建了一种基于摩擦电效应与磁电效应的复合型纳米发电机,用于收集气体流动能量。对其所选的摩擦材料进行了系统地实验测试,对其结构进行了改进与优化。优化后的摩擦-磁电复合型纳米发电机成功驱动了商用LED灯和无线温度传感器,并进一步构建了一套基于空气流动的自供电温度传感器系统。 (3)设计并构建了一种基于摩擦电效应、磁电效应与塞贝克效应的复合型纳米发电机,用于收集旋转运动所产生的机械能以及在旋转过程中所产生的热能。经过结构优化后的摩擦电-磁电-热电复合型纳米发电机能够集成到商用自行车上为手机进行充电,这为智能自行车部分内置电子装置的供电问题提供一个理想的解决方案。