物联网时代日益繁多的穿戴式设备和无人值守传感网络在小型化、生物相容性和使用寿命等方面对传统的供电技术提出了新的挑战。相比于传统能源,微小能量尺度下的纳米能源更适合作为低功耗电子器件的能量来源。摩擦纳米发电机(TENG)由于材料来源广泛,结构灵活,工作模式多样化的特点,在电子皮肤,生物医疗,传感网络,穿戴设备等方面具有良好的应用前景。研究表明,除了器件结构外,材料特性也是影响TENG输出性能的重要因素之一。对于材料而言,刚性摩擦材料性能往往较高,弹性材料的输出性能相对较低,而在摩擦纳米发电机的弹性化设计过程中,往往会出现两个问题:一是,杨氏模量差异过大,导致异质集成后结构可靠性下降;二是,刚性材料使得器件的拉伸性和拉伸维度受限,最终导致输出性能、可靠性、适用范围不理想,限制了高性能材料在柔性器件的应用,阻碍了可拉伸的摩擦电纳米发电机的发展,总体上仍然不能满足可穿戴设备的需求。综合考虑材料的电学性能和力学性能,本文选择硅橡胶作为基体来制作可拉伸TENG,设计了一种具有均匀基体材料的可拉伸尼龙改性摩擦纳米发电机(NM-TENG)。围绕摩擦结构一体化、机械电力学模型的建立、柔性传感与换能机制展开研究。利用功能填充相对高温硫化硅橡胶进行定向掺杂,实现了可拉伸摩擦纳米发电机各功能层的柔性化及层间同质集成,减少了因刚性接触而产生的表面磨损,彻底解决了异质集成工艺带来的层间剥离导致器件损坏,同时实现了器件的拉伸性。创新性提出“网格化”思路,利用粉末材料直接修饰柔性基体表面,无数个微小无弹性面通过弹性连接形成一个可拉伸的宏观表面,解决了非弹性材料与弹性基体的有效集成。分别从其输出性能、驱动能力以及实际应用三个层面进行系统的电性能测试以评估NM-TENG的发电能力。结果表明,在接触-分离模式下,经尼龙表面改性之后的TENG的输出性能提高了约39%,尺寸为5 cm×6 cm的NM-TENG开路电压和短路电流分别达到1.17kV和138μA,在10MΩ的外部负载下最大输出功率可达33.8 mW,且具有良好的输出可靠性。产生的电能经过全波整流后不仅可以直接点亮480个LED灯,还可以被电容有效收集起来并单独驱动一个低功耗电子表。此外,NM-TENG在挤压、弯曲、扭转等情况下均能有效输出并且能够有效收集人体运动能量,在可穿戴纳米发电机领域具有广阔的应用前景。