摩擦ナノ発電機（TENG）は、フレキシブルな特性と最適なデバイス性能を備えているため、多くの電子部品の最適な代替エネルギーであることがすでに実証されている。摩擦ナノ発電機が発明できてから、人類はポリマー材料（PM）を機械的エネルギーの収集に活用できるようになった。しかし、耐久性が低く、ショート出力電流、構造の変化やポストストレス条件が限られているなど、摩擦ナノ発電機にも多くの欠点がある。本文の目的は、摩擦ナノ発電機をより詳しく、体系的に説明することである。摩擦ポリマーに基づく材料の形成および摩擦電気の生成プロセスやナノ発電機の構造パターン、構造と負荷条件に基づく摩擦ナノ発電機の比較、測定、定量化の方法を概説する。さらに、摩擦ナノ発電機の効率を向上させるための各種電荷制御回路技術を重点的に紹介するとともに、センサー、アクチュエータ、バイオ採集装置などの自発電装置におけるTNEGの潜在的なアプリケーションについても詳細に検討する。

部分中和のアクリル酸（AA）を原料とし、（硫酸アンモニウム（APS）を誘発剤とし、マレイルキトサン（N-MACH）をクロスリンク剤とする）、ラジカルグラフト重合反応を活用して、急速に膨張する多孔質ポリマー（アクリル酸-アクリルアミド）を生成し、赤外分光学と走査電子顕微鏡（EM）で合成ヒドロゲルの構造を研究する。重合のプロセス中、アセトンと炭酸水素ナトリウムを細孔剤（多孔質剤）として活用し、界面活性剤（スパン80）をミセルテンプレートや安定気泡剤として活用した。膨張実験の結果、ヒドロゲルの膨張特性はクロスリンク剤濃度の増加とともに改善されることが判明された。さらに、アセトンと炭酸水素ナトリウム（NaHCO₃）の導入により、ヒドロゲルの多孔質構造と膨張速度が改善されることも判明された。細孔構造を増強するために、接着プロセスにおいてはスパン80を加えてもよい。モルフォロジー研究において、多孔質剤と界面活性剤によって多孔構造が生成されることが判明された。合成された高オリフィス高吸水性樹脂ヒドロゲル（HPSH）の密度範囲は0.6-1.04 g/立方センチメートルであり、これらの高オリフィス高吸水性樹脂ヒドロゲルは28～269分の範囲内においてより高い膨張率を示すことも判明された。

ナノ技術が使われる絶縁材料のさらなる実用化に伴い、ナノ粒子技術のおかげでポリマーの構造も大幅に変化した。さらに、様々なナノ複合材料の実用化のために、重要なフォワードデザインを提供したのが周波数応答解析（FRA）である。本文の研究対象は、新しいポリ塩化ビニルナノ複合材料の作製方法であり、すなわち熱条件下で単一または複数のナノ粒子を用いて低誘電損失を得ることを目的としている。走査電子顕微鏡（SEM）画像から、ナノ添加物がポリ塩化ビニル材料に浸透することが検出され、これらの材料構造はあきらかに単一または複数のナノ粒子を使用している。本文では、異なる熱条件において、ポリ塩化ビニル試料の多ナノ複合材料に無添加の多ナノ粒子（酸化亜鉛、粘土、アルミナ、気相シリカ）に対して、誘電損失制御のシリーズ実験を行った。さらに、電荷シミュレーション法（CSM）に基づいて、三コアバンド型電力ケーブル誘電体ナノ複合材料と様々なナノ複合材料内部の電場分布を調べた。最後に、電気ケーブルの絶縁材料として強化可能なポリ塩化ビニルを利用した学際的性能も様々なナノ粒子の特徴を述べた。

アルカリ処理のモデリングと最適化研究、天然繊維アルカリ処理要因の実験不確定度研究および感度分析は、効果的な天然繊維強化ポリマー複合材料の開発にとって重要な意味を持つ。これに基づき、応答面法（RSM）を用いて、カラムス天然繊維（ACNF）の異なる処理要因「水酸化ナトリウム（NaOH）における濃度と浸漬時間（ST）」がアルカリ処理されたカラムス天然繊維（ACNF）の引っ張り強さ（TS）に及ぼす影響を調べ、その影響を最適化した。応答面法（RSM）と多遺伝子遺伝計画（MGGP）を用いてアルカリ処理をシミュレーションし、最適モデルをモンテカルロクリスタルボールソフトウェア（OCB）に適用し、処理結果の不確定度および処理要因の感度を調べた。その結果、強化された水酸化ナトリウム（NaOH）と引っ張り強度（TS）は、アルカリ処理されたACNF強化ポリエステル複合材料の引っ張り強度（TS）を28.500メガパスカルに増加させ、その後の引っ張り強度（TS）が低下することが判明された。応答面法（RSM）モデルの決定係数（R²）と二乗平均誤差（RMSE）はそれぞれ0.8920と0.688であり、多遺伝子遺伝計画（MGGP）モデルの決定係数（R²）と二乗平均誤差（RMSE）はそれぞれ0.9144と0.812である。応答面法（RSM）により決定された最適アルカリ処理条件は、水酸化ナトリウム（NaOH）濃度6.23%、浸漬時間（ST）41.99時間、強度（TS）28.1800メガパスカルであり、理想値は0.9700である。験証済みの最適なアルカリ処理条件における引っ張り強度（TS）は28.2200メガパであり、実験結果の決定度は71.2580%である。引っ張り強度（TS）の水酸化ナトリウム（NaOH）に対する感度は13.8000%であり、浸漬時間（ST）に対する感度は86.2000%である。この実験はポリマー複合材料の効率的な生産に寄与するとともに、従来の特定プロセスに伴う甚大な材料とエネルギーの損失の低減にもつながる。

2-アジドエタノールと2-ブロモ-2-メチルプロピオニルブロミドを原料として、窒素雰囲気でアジドエチル-2-ブロモ-2-メチルプロピオネート（AEBMP）を合成しました。原子移動ラジカル重合反応（ATRP）を通じて、AEBMP開始剤とスチレンを採用して、Cu（1）ブロモ-ジピリジン触媒と100℃温度下でアジド機能性ポリスチレン（PS-N₃）を合成しました。重合反応は３つの異なる時間に実施され、そして収率および数平均分子量は、反応時間の延長とともに直線的に増加することが見出されました。熱重量分析は、ポリスチレンが300℃温度下で安定していることを示しました。ゲル透過クロマトグラフィー（GPC）を使用してポリスチレンの分子量を決定し、¹H NMRとFT-IR分光法を使用して、開始剤AEBMPとポリスチレン（PS-N₃）の構造に対して特徴を分析しました。