力学与工程学院康国政教授团队博士研究生陈开卷与美国佐治亚理工学院的H.J. Qi教授、王中林院士等合作，在纳米能源材料与器件领域取得了重要进展，以第一作者身份在国际顶尖杂志Advanced Functional Materials. 2019, 1903568（影响因子15.621）发表论文。该项成果得到了国家留学基金委、金沙威尼斯欢乐娱人城优秀博士学位论文培育项目的大力支持。
摩擦纳米发电机（TENG）作为一种机械能收集装置、用于可穿戴电子和生理状态监测的自驱动传感器，受到了广泛的关注。然而，传统的TENG制备使用单一性能的基体材料来组装，存在着器件形状简单及只对单一荷载水平传感和能量采集敏感的短板。目前常用于3D打印多材料的方法如多喷墨3D打印技术及基于挤出方法的3D打印，如熔丝制造、直写打印。由于直写打印方法具有低成本且易于实现，能够打印金属颗粒、陶瓷颗粒等多种不同功能性材料两大优势。因此，直写打印已成为3D打印功能性多材料最为流行的方法之一，包括软机器人、仿生医用设备及可穿戴电子器件。但直写方法打印多材料大部分使用多个喷嘴，这增加了运动控制和打印墨供应的复杂性。
本文介绍了一种新的多材料3D打印方法。利用动态光掩模辅助单喷嘴直写，以及两步固化（光固化+热固化）方法可获得具有梯度力学性能的多材料。利用该打印方法所制备的结构材料可用于调控屈曲顺序、多级形状记忆、裂纹扩展路径。此外，可以将具有顺序变形行为的打印结构材料用做摩擦纳米发电机的骨架，制备出具有多级机械响应的摩擦纳米发电机（M-TENG），并将该M-TENG器件植入到鞋垫中用于人体步态检测。该工作不仅提供了一种新的简单的多材料打印方法，还将打印与摩擦纳米发电机进行有机的结合，并应用于人体运动的步态检测，这为功能性可穿戴电子器件的繁荣发展开辟另一路径。
动态光掩模辅助直写打印多材料的示意图，该多材料包含光固化和热固化组分的互穿聚合物网络。（a）打印墨组分的化学结构；（b）多材料的编织过程；（c）打印墨在光固化和热固化作用下的结构演化过程。
该研究成果以“Dynamic Photomask-Assisted Direct Ink Writing Multimaterial for Multilevel Triboelectric Nanogenerator”为题发表于《Advanced functional materials》。 https://doi.org/10.1002/adfm.201903568。
