一项新研究展示了一种通过液晶显示（LCD）3D打印成型的光固化树脂，其输出性能随湿度升高而增强——这与传统摩擦纳米发电机（TENG）在潮湿环境中性能下降的规律恰好相反。

摩擦纳米发电机是一种通过两种不同材料接触和分离将机械运动转化为电能的装置，长期以来在高湿环境下表现不佳。一旦相对湿度超过60%-70%，吸附的水膜会在电荷为外部电路供电之前就耗散掉积累的表面电荷。而人体皮肤、体腔和热带气候经常超过这一阈值，限制了TENG在可穿戴和植入式医疗电子设备中的可行性。

该研究中开发的光固化树脂通过密集排列的极性化学基团来捕获水分子，而不是排斥水或密封设备防止湿气进入。这使得结合水成为电荷产生的贡献者。

材料设计与性能

研究团队比较了三种以聚乙二醇二丙烯酸酯交联的丙烯酸单体网络，分别带有羧基、羟基或酰胺基团。含酰胺基团的配方产生了最强的湿度响应。随后，团队在配方中加入了磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯——一种在同一分子内同时带有永久正铵电荷和永久负磺酸根电荷的两性离子单体。在5 wt%的添加量下，该材料在90%相对湿度下达到45.6微安、802伏和48.4瓦/平方米的峰值功率密度——约为此前报道的采用氯化锂和MXene掺杂聚乙烯醇的耐湿TENG功率密度的两倍，且无需无机填料。将两性离子含量增加到10%时，效果发生逆转：离子聚集增加了电导率和介电损耗，使电荷过早地从薄膜中逃逸。

从实验室到植入式应用

使用优化后的树脂，团队打印了晶格结构、扭曲六角网络以及可穿戴器件，包括一个通过敲击模式发送摩斯电码的手指套，以及一个能够区分行走和跑步的鞋垫。最小特征尺寸可清晰达到80微米。

最具代表性的演示是将该发电机与无线电力传输系统耦合，模拟通过人体组织为植入式电子设备充电。整流器将交流电转换为直流电并将能量存储在电容器中，为背向散射通信阅读器供电。该阅读器透过猪皮向半被动射频标签传输信号。标签可收集11至17毫瓦的功率；猪皮对信号的衰减为36%至59%，但未中断通信链路。

该研究成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials），为开发一种完全可打印、湿度增强的摩擦电材料铺平了道路，有望成为自供电植入式设备的候选平台——患者可以通过日常身体运动为这些设备充电。