随着物联网技术的飞速发展，广泛分布的传感器网络需要稳定的、持续的能源供应。由于具有将环境零散机械能转化为电能的能力，摩擦纳米发电机作为能量收集器和自供电传感器被广泛地应用于物联网等领域。本文将力学结构设计和摩擦纳米发电机相结合，针对基于力学结构设计的摩擦电传感与能量收集系统进行了深入的研究，对于摩擦电传感与能量收集系统的性能的提升和应用场景的拓宽有着重要的意义。具体如下：

1）提高信号输出在摩擦纳米发电机中一直都十分重要，之前的研究者一般选择增加转移电荷量的方式提高信号输出。本文提出了以提高运动速度为目的的新策略，并研制了接触分离式的杠杆式摩擦纳米发电机（Li-TENG）。提高杠杆比可以提高接触分离速度。研究了曲形摩擦层的性能影响机制。分析了杠杆放大倍数对信号提升效果的影响。并将Li-TENG作为自供电脉搏传感器，在没有经过表面微结构处理的情况下测得了12.3 V的脉搏信号，远高于其他文献。

2）水滴发电机通过液固摩擦纳米发电机收集水滴液固接触的机械能。本文提出了一种双机制能量回收的新策略，通过同时收集水滴液固接触的机械能和基底的变形能来提高水滴发电机的电流。根据该策略，开发了悬臂梁结构的摩擦压电复合纳米发电机（TPiHNG）。揭示了响应时间差对TPiHNG性能的影响规律。

3）摩擦纳米发电机的短路电流和速度成正比，在超低速环境下摩擦纳米发电机的电流几乎可以忽略不计。本文提出了一种基于屈曲结构的新策略，可以将超低速运动转换为高速运动，设计了一种基于屈曲结构的用于超低速电流放大的摩擦纳米发电机（B-TENG）。B-TENG在0.2 mm/s的超低速下，相比于传统摩擦纳米发电机的电流增强超过两百倍。研究了速度和间隔时间对电流放大机制的影响。B-TENG被用作自供电传感器来监测锂离子电池膨胀。

4）除了屈曲结构外，本文还提出了一种基于弧形结构的新设计，利用弹性能储存释放来将超低速运动转换为高速运动，设计了一种基于弧形结构的用于超低速电流放大的摩擦纳米发电机（A-TENG）。A-TENG在0.1 mm/s的超低速下，相比于传统摩擦纳米发电机的电流增强超过两千倍。研究了弧形几何参数对A-TENG力学性能的影响。研究了速度对电流放大机制的影响。A-TENG可以被用作生成摩斯电码的自供电电键，在低速情况下也可以正常使用。