本论文研究的目的是对包括温差发电效应、热释电效应和压电效应在内的三种材料耦合效应应用于自然环境中进行能量回收时的系统进行优化设计和建模分析,并最终通过实验测量对其在房屋建筑周围的具体应用进行可行性评估。本论文首次提出了利用以相变材料为热惯性单元与热电材料相结合的方法,将自然环境中不连续的光热源转变为热电材料上不间断的温差从而实现连续发电的效果。我们对包括热交换器在内的各系统结构进行了设计并制作了实验原型,验证了连续温差发电的想法。通过室内模拟环境载荷和室外实际环境测量发现Bi2Te3基温差发电器件最大和平均输出功率密度分别达到了1Wm-2和0.12wm-2,该测量值是在匹配外阻负载情况下获得。而后通过ANSYS有限元仿真和等效电路方法建模对该温差发电系统在以环境温度、日照强度和表面对流强度为载荷的边界条件下进行了输出特性分析,分析结果与实测响应趋势吻合较好。本论文还首次提出了利用自然风的随机性和冷却特性与光热相结合作为热释电材料的有效热载荷进行能量回收,这种想法使以往的基于实验室内的热释电发电实验机构向真实应用迈出了重要一步,还使得热释电发电系统获得了结构上的巨大简化。我们设计了室内热释电发电测试系统并通过其验证了增强对流强度能够导致温度快速下降进而发电的思路。实验表明当最剧烈的温度变化达到16。C每分钟时蜂鸣器用压电材料通过热释电效应能够输出0.6mWm-2的功率密度,该测量值是在进行AC-DC变化后对外部电容充电时获得。当我们对其进行等效电路建模时发现仿真结果能够对实测响应进行非常好的预测,进一步证实了利用该原理进行热释电能量回收的可行性并为未来的设计分析评估奠定了基础。本论文还对一种最近新提出的谐振腔式压电风能回收装置的特性进行了深入分析。该系统的工作原理类似于口风琴,其核心问题在于颤振现象中流固耦合过程的数学建模。本文对以往研究忽略的谐振腔内动压变化与压电单晶片振动情况之间的相互关系以及起振过程的特性进行了实测分析,更重要的是对实际环境中能够回收的风能进行了评估。实验原型在入口风速达到2ms-1时即可开始振动,在对外部电容充电时其最大输出功率密度达到了8.9mwm-2。在对该系统进行建模时提出了一种简化的处理方式,虽然还没有对这种处理方式的合理性进行验证,但却为该问题的深入研究提供了思路。最后本论文通过提出的温差发电原理样机设计出一个用于改良民用光伏系统性能的温度无线监控系统,旨在强调利用房屋建筑周围的环境能量以及材料耦合效应的发电技术能够切实地实现人们的需求。