近年来,可穿戴电子设备在物联网领域的应用潜力越来越大,但是传统电源的限制一直是巨大的挑战。为应对这一挑战,可穿戴电源,特别是将可穿戴能源收集设备与能量存储设备集成为自供电设备,是一种很有前景的解决方法。在各种可穿戴能源收集装置中,摩擦纳米发电机(TENG)以其材料普遍、结构简单、成本低廉和易于制造等突出优势,引起了人们对可穿戴能量收集设备研究的极大兴趣。将先进的摩擦纳米发电机与传统的纺织工艺相结合,出现了基于纤维状的摩擦纳米发电机,为智能纺织品提供了机械能收集和多功能自供电,并同时保持灵活、柔性、普适的可穿戴电源平台。但是,在收集复杂的人体运动过程中,传统的纤维状摩擦发电机不仅限制了人体的运动,并且在拉伸、弯折、扭转时,其输出性能会受到无法恢复的影响。因此,提高单根纤维的可拉伸性,开发更适用于收集人体运动能量的摩擦纳米发电机织物是本论文的第一研究要点。结合可拉伸纤维状储能器件构成自充电供能系统从而驱动柔性可穿戴电子设备,是目前传统电源的一种替代方法,是本论文的第二研究要点。进一步提高纤维状摩擦纳米发电机的输出对实现高效的自充电供能系统是必要条件之一,因此,获得兼具出色的电输出性能和作为纺织品适用于人体的优秀性能的基于纤维的摩擦纳米发电机是本论文的第三研究要点。基于以上研究要点,本论文从纤维的结构和材料选择出发,制备出更适用于人体穿戴的纤维状摩擦纳米发电机,结合纤维状超级电容器构建了可穿戴自充电供能系统,并对纤维状摩擦纳米发电机的输出改善进行了研究。本文的主要研究结果如下:(1)选择具有纤维状几何构造的螺旋钢丝作为电极,有机硅橡胶作为摩擦起电层,制备了一种纤维状可伸缩且可定制的摩擦纳米发电机(FST-TENG)。由于钢丝具有很好的坚固性和连续的导电性,FST-TENG具有很高的性能稳定性,即使在扭曲、弯曲或拉长FST-TENG后,其性能仍保持相同。同时具有可定制性,可以剪裁为不同长度以满足人体的不同应用需求。通过电极螺旋状的几何构造,改善了单根纤维的可拉伸性,在50%的应变量下可达到稳定输出的。在2.5 Hz下,长度约为6 cm,直径约为3 mm的单根纤维的开路电压(Voc)输出约为59.7 V,转移电荷(Qsc)约为23.7 nC,短路电流(Isc)约为2.67 μA,平均功率可达到2.13 μW。将数个FST-TENGs编织成可穿戴在人体上的织物和戴在手腕上的手镯之后,可以收获人体运动能量,然后驱动柔性可穿戴电子设备。同时,可以作为主动式传感器监测手势,通过分析电压信号可以识别每个手指、不同的弯曲角度和弯曲手指的数量。(2)制备了一种高拉伸纤维状自充电系统,其中基于碳纤维的摩擦纳米发电机(CF-TENG)作为机械能收集装置,基于碳纤维的缠绕式纤维状超级电容器(CF-SC)作为柔性能量存储器件。通过将多根CF-TENG蛇纹状缝制在弹性织物上形成了大面积高度可拉伸的供能织物,在2.5 Hz下,5 × 5 cm2的供能织物其开路电压(Voc)、转移电荷(Qsc)、短路电流(Isc)和最大平均功率可达到约186.6V、63.4 nC、6.6μA和189.5 μW。同时,CF-SC形成的可拉伸的超级电容器的电容为16.4μF,并能在拉伸和弯折下仍能保持性能。四个串联的CF-SC与供能织物相结合后,形成高强度拉伸的自充电供能织物,并驱动可穿戴电子设备。(3)制备了 TiO2电子阻挡层(EBL)应用于基于碳纤维的摩擦纳米发电机(CFT-TENG)中改善其性能。由于电子阻挡和极化增强的作用,具有高介电常数的TiO2 EBL将CF-TENG的最大平均输出功率提高了 12.7倍,开路电压提高2.86倍,短路电流提高4.1倍,转移电荷提高3.39倍(在2.5 Hz时分别为28.65 V、0.74μA和9.82nC)。在制样的过程中控制了 TiO2溶胶的浓度,保证膜的完整性和附着力强不易破碎,因此在柔性纤维状摩擦纳米发电机中采用EBL有利于在可穿戴供能织物中创建更高的效益同时保持稳定的性能。