振动广泛存在于自然界和生产生活中，如路面激励的车辆振动，风能引起的结构晃动及海浪波动等。上述振动将引起不必要的噪音，结构疲劳等问题。如何控制不规则振动，并加以利用是科技工作者一直寻求解决的问题。

振动能量回收技术伴随着物联网等技术的发展快速崛起。目前广泛采用的振动能量回收方式有电磁、压电和摩擦电等。对于低频率的晃动能量回收，摩擦电具有一定的优势，例如采用球窝-球体共形接触的形式搜集海洋波动能量。试验研究表明，采用软橡胶球体可提升10倍以上功率输出，但其功率倍增内在机理尚不明晰。

为此，本文从接触力学角度出发，建立整个球体的动态接触理论模型，量化表征该现象。在所提出的耦合模型中，考虑了接触副弹性模量、泊松比等传统因素；同时考虑结构参数如填充率和体积密度、运动学参数如碰撞频率和加速度等；特别考虑了橡胶球体的硬度对其弹性模量的影响。通过该理论模型的参数优化分析可知，当系统填充率为83%，橡胶球体的硬度为5 HA时，整个摩擦电馈能系统的输出功率可达到最大值。此外，其最佳馈能频率可低于1.5 Hz，远低于传统电磁馈能或压电馈能系统的最佳馈能频率。

相关论文以题为Quantitative Characterization of the Energy Harvesting Performance of Soft-contact Sphere Triboelectric Nanogenerator发表在Nano Energy期刊第87卷106186页，该刊2020年IF为17.881。关栋副教授为第一作者和第一通讯作者，我院为唯一通讯作者单位。