【摘 要】
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随着能源危机和环境问题的逐渐加重,以及未来以便携化、微小型化为发展目标的智能电子设备的供电需求。人类需要一种能够实现持续供电、不受体积限制且清洁无污染的新能源技术。纳米发电机（Nanogenerator,NG）是一种全新的微型能量转换装置,它可以不断收集环境中各种离散的机械能,并将这些能量转化为电能驱动电子设备,实现低频机械触发的高效能量转换。更重要的是,纳米发电机的成本低、原料易得、在工作过程中
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随着能源危机和环境问题的逐渐加重,以及未来以便携化、微小型化为发展目标的智能电子设备的供电需求。人类需要一种能够实现持续供电、不受体积限制且清洁无污染的新能源技术。纳米发电机（Nanogenerator,NG）是一种全新的微型能量转换装置,它可以不断收集环境中各种离散的机械能,并将这些能量转化为电能驱动电子设备,实现低频机械触发的高效能量转换。更重要的是,纳米发电机的成本低、原料易得、在工作过程中不会对环境造成破坏,是一种可以大规模应用的环境友好型设备。因此,纳米发电机的出现受到了广大科研工作者的关注。本文以摩擦电纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator,TENG）为基础,从理论分析出发,以实际应用为最终目标,展开了一系列工作,具体如下:1.为了加深对TENG核心物理的理解,在原有的理论分析的基础上,进行了TENG的物理模型分析和等效电路的搭建,阐述了发电过程的实际物理意义。2.为了解决TENG和电子器件的阻抗不匹配以及能量转移效率低的问题,优化了TENG的电源管理电路设计,通过串联开关结构、直流降压转换电路以及自主开关设计完善了现有的TENG电源管理机制,并实现了能量传递最大化。3.考虑到黑板教学模式中的粉尘危害问题,利用TENG的高压性能,展开了静电除尘的应用,将TENG的原理应用于教学黑板擦,有效抑制了粉笔粉尘的飞扬,改善了师生的教学环境。4.针对能源短缺和电子器件的可持续供电问题,探究了TENG的能源存储应用,自制了高性能柔性电池,验证了“TENG-锂电池-电子器件”供电模式的可行性,对缓解能源危机具有一定的参考价值。5.最后将TENG应用于自供电运动传感,制备了基于TENG的智能鞋垫,可有效识别人的步态信号,并在运动训练、医疗保健监控、临床步态分析以及康复评估方面均具有潜在的应用。
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