随着电子和信息技术的快速发展，世界正逐渐步入物联网和5G网络时代，基于各种电子器件的传感器网络需要集成到世界的每一个角落，为环境安全监测、医疗健康监控提供充分的技术支持。因此，这既需要解决数量巨大的电子器件的使用引起的供电问题，又需要实现电子器件与外部环境的直接交互，用于主动式的信息获取与控制执行。近年来，摩擦纳米发电机（TENG, Triboelectric nanogenerator）的研究不仅为传感器网络的能源供给问题提供了全新的解决方案，同时基于TENG的功能器件也被证明可以用于信息传感与主动控制。此外，通过耦合摩擦电和半导体，摩擦电子学（Tribotronics）的提出实现了对电子器件的摩擦电调控，建立了电子器件与外部环境的直接交互机制。基于上述背景，本文开展了基于TENG的功能器件与应用研究，旨在研制通过摩擦电原理实现传感、驱动与调控的电子器件，并探索其在人机交互与环境监测等领域的应用。主要内容包括以下方面： 首先，通过耦合TENG的触觉传感特性，以及仿生人体皮肤褶皱结构实现的可调光致发光，制备了可拉伸摩擦电-光智能皮肤（STPS, Stretchable triboelectric-photonic smart skin），STPS可以同时用于压力和拉伸应变传感，并且具有较高的压力传感灵敏度（25 mV Pa-1）和较大的拉伸应变传感范围（0-160%）。通过将STPS与机械手表面共形贴合，实现了机械手的手势和触觉传感，展现了STPS在人机交互、人工智能等领域的应用前景。 其次，基于TENG的高电压特性，研制了摩擦电效应驱动的液态金属执行器（TLMA, triboelectric effect-driven liquid metal actuator）。其中TENG可以将电荷转移至叉指电极轨道，实现液态金属在库仑力的驱动下连续的直线和圆周运动。通过改变电极轨道结构用于液态金属的随动控制，TLMA也实现了液态金属的往复运动和多液滴融合，基于此进一步研究了TLMA在控制开关和微输运系统中的应用。 此外，基于TENG开展摩擦电子学器件研究，利用摩擦电调控半导体中的载流子输运。通过将液态金属引入摩擦电子学器件，研制了液态金属摩擦电子学晶体管（LMTT, Liquid metal gated tribotronic transistor）。在LMTT摆动的过程中，液态金属与介电层之间通过摩擦起电产生的静电势可以取代传统的外加栅压，用于调控晶体管的源漏电流。进一步基于两个平行放置的LMTT制备了用于角度测量的电子水平仪，并且该器件在较大的角度范围内（54.8 deg）表现出了较高的灵敏度（170 mV deg-1）。 最后，为了验证微纳尺度下摩擦电子学器件的可行性，促进摩擦电子学器件的微型化与集成化，通过结合接触模式的原子力显微镜和扫描开尔文探针显微镜，研制了纳米尺度摩擦起电调控的晶体管（NTT, nanoscale triboelectrification gated transistor）。通过直径为20 nm的探针与顶栅介电层在5 μm×5 μm的沟道区域内进行摩擦起电产生静电势，进而调控半导体层中的载流子输运，实现了源漏电流在125 μA到443 μA之间的任意调控。同时分别研究了扫描次数、接触力、扫描速度、扫描区域、电荷耗散以及探针电压对NTT调控特性的影响。NTT的研究实现了纳米尺度下对电子器件的摩擦电调控，有望用于纳米电子器件、微纳电子电路，微纳机电系统等领域。

摩擦纳米发电机，摩擦电子学，功能器件，信息传感，主动控制