近年来，随着科技飞跃和电子化进程发展，便携、可穿戴、易植入的电子器件越来越受到人们的青睐。然而，稳定持续能源供给的不足成为了便携和远程电子器件应用的主要瓶颈。自供能电子元件研究开辟了电子元件收集利用环境中的能量实现无需额外携带能源的应用新途径，成为了国际上备受关注的研究热点。摩擦纳米发电机自问世以来由于其具有收集能量形式丰富、输出的电压高、成本小、体积可以很小又可以大型集成和利于大规模生产等优势获得了广泛的研究。本文主要是通过摩擦发电材料的选择、高性能结构设计和制备微-纳表面制备，研究如何制备高输出性能的摩擦纳米发电机，并研究如何高效的将摩擦纳米发电机的电输出用于金属防腐、驱动无线传感信号发射和微生物防污等应用。本论文所做的研究工作概括如下:　　第一部分中，在摩擦纳米发电机能量转换已有的研究基础上提出了一种基于非对称材料介电特性的摩擦纳米发电机结构和机械能转换方法。基于非对称介电特性的摩擦纳米发电机的发电原理是利用材料对电场强度的衰减特性，在起电层薄膜下方的平面上两种材料对电场造成不同的强度衰减而分别其下方的两个电极上产生不同的感应电势。两个电极的电势差为介电摩擦发电机的输出电压。与现有技术相比，基于非对称介电材料的介电摩擦纳米发电机具有下列优点:输出两电极位于同一平面，增加了柔性薄膜介电摩擦发电机的机械稳定性和能源收集多样性，便于介电摩擦纳米发电机的植入、固定和集成封装;多层柔性薄膜器件结构可将发电机植入多种接触和滑动环境中，具有应用范围广的特点，例如置入衣物表层或里层、贴在鼠标垫和写字台桌表面等。　　第二部分中，基于固-液界面摩擦发电的基本原理，提出了基于固-液界面接触起电的一维集成固-液界面摩擦纳米发电机和二维集成固-液界面摩擦纳米发电机结构。一维集成薄膜固-液界面摩擦纳米发电机结构包括柔性基底、栅格工作电极、整流桥和高分子起电薄膜。一维集成固-液界面摩擦纳米发电机的发电原理是水波与起电层之间的发生往复作用，在起电层表面产生摩擦电荷;集成式栅格工作电极将波浪机械能高效收集转换为高短路电流和开路电压输出。另外，实际波浪是随机不规则的，我们在一维集成固-液界面摩擦纳米发电机结构基础上设计了二维集成固-液界面摩擦纳米发电机结构，实现无序随机波浪状态下高输出摩擦纳米发电机。集成固-液界面摩擦纳米发电机的主要优点是将摩擦材料、金属电极和基底全部集成在一个柔性的平面衬底上，这将有效地减小器件体积、减轻重量，大大简化发电机的结构和集成工艺。基于固-液界面的集成摩擦纳米发电机由于其轻薄便于固定的特点，可将其固定在船舶、海岸线、浮标和养殖箱等水波冲刷表面，可以实时收集波浪能转换为电能输出。此外本文研究了基于固-液界面摩擦纳米发电机的波浪能收集转换为电能源用于金属阴极防腐蚀和驱动无线传感器方面的应用实验。实验表明薄膜固-液界面摩擦纳米发电机的电输出可以实现非常明显的45＃碳钢盐水腐蚀保护和长期定时驱动无线传感信号发射，为波浪能收集转换并直接用于解决海洋/河流中的金属腐蚀和长期自供能远程水文监测的应用提供了可能。　　最后，微生物污损是海洋/河流等存在水环境的工业中常见并难以解决的重大问题。目前随着环境保护日益得到了各国的重视，无毒副环境友好的新型防微生物污损成为了防污损研究热点。我们以固-液界面摩擦纳米发电机研究为基础，提出了基于固-液界面摩擦纳米发电的变化开路电压输出的无电流变化电场的新型物理防污方法。这种新型防污方法主要利用无电流泄漏的变化电场来刺激微生物细胞，形成变化电场的附着微生物“厌恶”表面，有效地阻止了微生物细胞在固相表面的附着。新型方法对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和硅藻均获得了96％以上的高防污损效率。同时我们展开了基于固-液界面摩擦发电的新型防污方法与超疏水微-纳表面的复合抗附着实验研究。实验结果表明具有微-纳尖峰结构和降低防水绝缘层厚度的方法使得附着固相表面的细胞降低了75％以上。新型基于固-液界面摩擦纳米发电的变化电势防污方法具有无污染，无毒素释放，满足无毒害环境友好的要求;制备工艺简单，原料易得，成本低;抗附着时期长，效率稳定;可结合其他环境友好防污方法，可以对多种微生物产生作用，普适性好;收集水波动能换化为高压交变电能提供能量，不需要设置额外的负载，减少了使用和维护成本等优点。