美国博伊西州立大学的研究团队在能源收集技术领域取得重要突破，成功开发出一种完全可打印的环保型摩擦纳米发电机(TENG)。这项创新技术不仅能够高效收集生物力学和环境能量，还可以作为实时运动传感器使用，为可穿戴设备和物联网应用开辟了新途径。

该研究由博伊西州立大学美光材料科学与工程学院的David Estrada教授团队主导，博士生Ajay Pratap作为第一作者，研究成果已发表在能源领域知名期刊《纳米能源》上。研究团队创新性地采用聚(乙烯醇缩丁醛-乙烯醇-醋酸乙烯酯)(PVBVA)与MXene(Ti3C2Tx)纳米片复合材料，开发出这种新型TENG装置。

摩擦纳米发电机是一种基于摩擦起电效应的能量收集装置，能够将机械运动转化为电能。传统TENG通常依赖氟化聚合物和复杂制造工艺，而这项新技术通过使用环保材料和简化制造流程，提供了更可持续的解决方案。Estrada教授表示："我们的研究展示了如何通过材料创新和制造工艺改进，开发出更环保、更实用的能量收集设备。"

研究团队通过将5.5毫克/毫升的MXene材料整合到可打印的PVBVA油墨中，实现了优异的电学性能：252V的开路电压、2.8µA的短路电流以及760mW/m²的峰值功率密度。Pratap解释道："MXene与PVBVA的协同效应产生了强界面极化，显著提升了电荷转移特性，使设备在经过10,000次弯曲测试后仍能保持稳定性能。"

在实际应用方面，研究团队展示了全打印TENG装置的多功能性。该设备采用乙醇基墨水和银电极制造，能够精确感知人体各种运动，包括行走、跑步、屈膝和跳跃等动作。此外，该装置还成功实现了雨水能量收集，并能为LED灯和电子计时器等小型设备提供实时电力供应。

Pratap强调："我们的技术完全避免了有害溶剂的使用，将MXene融入环保聚合物基质中，不仅提高了能量转换效率，还大大简化了制造流程。这种可扩展的生产方法为商业化应用提供了可能。"

这项研究的突破性意义在于它同时解决了多个关键问题：使用环保材料替代传统氟化聚合物、简化制造工艺、提高设备耐用性，以及拓展实际应用场景。Estrada教授补充道："这项技术为开发新一代自供电可穿戴设备奠定了基础，未来有望将日常人体活动和环境能量转化为实用电力。"

研究团队表示，下一步将重点优化材料配方和打印工艺，进一步提高能量转换效率，同时探索更多潜在应用场景。这项技术的发展前景广阔，有望在智能穿戴、医疗监测、环境传感等领域发挥重要作用。

更多信息： Ajay Pratap 等人，《直写 PVBVA/Ti3C2 T(MXene)摩擦纳米发电机用于能量收集和传感应用》，《纳米能源》(2025)。期刊信息： 纳米能源