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随着全球经济的快速发展,能源危机和环境污染是全球科学家亟待解决的问题。物联网时代的到来对传感器的需求也日益增加。但是,大部分的传感器使用成本高昂,使用寿命有限,且不可重复利用以及造成严重的环境污染。因此我们考虑如何从周围的环境中收集能量来给传感器的提供电源。自2012年摩擦纳米发电机问世以来,因为体积小,成本低,安装简单等优点使其快速发展并引起了从能源到传感器等各领域科研组织的关注,成为当下热门研究领域之一。风能是普遍存在于环境中的清洁能源,不仅分布广泛,而且便于收集。鉴于无动力风帽有着出色的实用性能和防水性能,而且便于安装等优点,非常适合用于构造摩擦纳米发电机并且收集来自任何方向的风能。在本论文中,为了提高摩擦纳米发电机的输出性能,减少摩擦层材料的磨损,我们在摩擦层材料中掺入油酸可以解决上述问题;根据无动力风帽的主要应用场景和功能,我们设计的多种摩擦纳米发电机不仅可以驱动多种电子设备,还可以助力空气净化。主要开展工作如下:（1）我们提出了一种新颖的方法来提高摩擦纳米发电机的输出。通过添加少量具有强电负性和电荷保持能力的油酸来提高TENGs的功率输出性能。根据相关研究,含有4.8 wt%油酸的PS摩擦层可以和Nylon-11组成的TENG实现最高的输出性能,其可以将电容器的充电速率提高9倍。此外,在摩擦层中添加适量的油酸,是一种既能提高输出性能,又能减少TENG的摩擦磨损问题的新策略。对于基于TENG的阴极保护系统,OA-PS基TENG的阴极保护系统的OCP与纯PS的TENG阴极保护系统的OCP相比,从360 m V相比下降到520 m V。这种基于OA-PS的摩擦纳米发电机不仅能有效抑制金属的腐蚀,而且在能量收集、能量供应和自供电传感器方面显示出良好的潜在应用。（2）我们设计了一种基于无动力风帽的摩擦纳米发电机（TV-TENG）,可实现自供电传感系统的实时监测和安全预警。TV-TENG是由两个独立模式摩擦纳米发电机（F-TENGs）和两个接触-滑动-分离模式的摩擦纳米发电机（CSS-TENGs）组成,并集成在一个体积约为0.0064 m~3的无动力风帽内部。F-TENG可以更有效地收集机械能,因为它会在一次触发后振动多次。TV-TENG单元的开路电压高达178.2 V,短路电流38.2μA,在5MΩ外接负载下对应峰值功率达到2.71 m W,可直接点亮120个绿色发光二极管（LED）。此外,我们设计的TV-TENG还能成功驱动电子温度计和无线报警器系统。（3）根据无动力风帽的旋转特点,我们设计了转盘式的摩擦纳米发电机。随着风速增加到8 m/s,其开路电压、短路电流和转移电荷量分别增加到8.45 k V、5.17μA和1.43μC。我们根据摩擦纳米发电机的高电压输出特点,制备了自供电电晕极化装置,用微针阵列的尖端高压放电给熔喷布充电,使熔喷布的表面一直保持带有大量电荷的状态,同时微针阵列周围的PMs也会带有电荷,更容易被熔喷布吸附。通过测试发现,充电后,自供电净化系统对PM 0.5和PM 1.0的去除率均达到90%,PM 2.5、PM5.0和PM 10的去除率均超过98%。该自供电空气净化系统对各种粒径的PMs的低浓度和高浓度都具有较好的净化效果。（4）我们根据汽车行驶时产生振动能和风能的特点,设计了两种摩擦纳米发电机,接触-分离模式的摩擦纳米电机（CS-TENG）用来收集汽车的振动能,而独立层模式的摩擦纳米发电机（DSF-TENG）收集来自汽车前进方向上的风能。通过两种模式的摩擦纳米发电机收集来的能量转化为电能并为电子器件供电,可实现自供电传感系统的实时监测和安全预警。该摩擦纳米发电机不仅可以驱动蓝牙温湿度计用于监测货箱中的温湿度,还可以成功驱动酒精检测仪和警报器用于监测司机酒后开车。