Исследовательская группа доктора Соль Сын Квона (Dr. Seol Seung-Kwon) из Центра интеллектуальной 3D-печати Корейского электротехнологического научно-исследовательского института (KERI) совместно с коллективом профессора Лим Ду Чжона (Lim-Doo Jeong) из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) разработала новую базовую технологию для создания «умных» контактных линз. Изделия способны обеспечивать навигацию на основе дополненной реальности (AR) и были изготовлены с использованием 3D-печати.
Результаты исследования, опубликованные в качестве обложки журнала Advanced Science, состоялись 15 февраля 2023 года.
«Умные» контактные линзы, предназначенные для ношения на глазу, могут предоставлять различные типы информации. Существующие научные работы в этой области фокусируются на диагностике и лечении заболеваний. Некоторые компании, включая Google, ведут разработки в сфере AR-линз. Однако коммерциализации таких устройств препятствует ряд технических проблем, требующих решения.
Для реализации AR в «умных» контактных линзах необходимы электрохромные дисплеи с низким энергопотреблением. Материал «чистая берлинская лазурь» привлекает внимание своей экономической эффективностью, скоростью переключения цветов и высокой контрастностью. Ранее этот пигмент наносился на подложку в виде пленки методом электролиза, что ограничивало возможность создания дисплеев, способных отображать буквы, цифры и изображения.
Мениск чернил позволяет достичь AR без подачи напряжения
Ученые KERI и UNIST добились значительного прогресса в разработке технологии, позволяющей печатать микропаттерны на линзовом дисплее с помощью 3D-принтера без необходимости подачи напряжения. Ключевую роль в этом достижении играет мениск используемых чернил — образование изогнутой поверхности на внешней стенке без разрыва капель благодаря капиллярному эффекту при аккуратном сжатии или натяжении с определенным давлением.
Кристаллизация FeFe(CN)6 происходит на подложке в области, ограниченной мениском, формируя однородный паттерн. Паттерн FeFe(CN)6 преобразуется в PB (Fe4[Fe(CN)6]3) путем термического восстановления. Источник: Корейский электротехнологический научно-исследовательский институт
В процессе печати кристаллизация берлинской лазури происходит по мере испарения растворителя в мениске, образующемся между микросоплом и подложкой. При контакте заполненного чернилами микросопла с подложкой формируется мениск кислых ферри-феррицианидных чернил. При комнатной температуре ионы-предшественники (Fe3+ и Fe(CN)3-) вступают в спонтанные реакции, приводящие к гетерогенной кристаллизации FeFe(CN)6 на подложке внутри мениска. Одновременно на поверхности мениска происходит испарение растворителя.
При испарении воды молекулы и ионы-предшественники движутся к поверхности мениска, создавая конвективный поток, который ведет к преимущественному накоплению ионов-предшественников во внешней части мениска. Это явление необходимо для индукции кристаллизации FeFe(CN)6 с усилением по краям и контроля факторов, влияющих на кристаллизацию, что требуется для получения равномерно напечатанных паттернов берлинской лазури на подложке.
Феномен мениска: новый подход к формированию кристаллов на подложках
В отличие от традиционной гальванопластики, требовавшей проводимости подложки для подачи напряжения, использование феномена мениска дает значительное преимущество — отсутствие ограничений на тип подложки, поскольку кристаллизация происходит за счет естественного испарения растворителя без необходимости подачи напряжения.
Благодаря точному перемещению сопла исследовательская группа смогла непрерывно осуществлять кристаллизацию берлинской лазури, формируя микропаттерны как на плоских, так и на изогнутых поверхностях. Технология позволяет создавать паттерны с разрешением 7,2 микрометра. Получаемый цвет непрерывен и однороден, что делает технологию применимой для AR-дисплеев «умных» контактных линз.
Основной областью применения таких линз, по прогнозам, станет навигация. При ношении линз AR-навигация может отображаться непосредственно перед глазами пользователя. Кроме того, популярные игры, например Pokemon Go, становятся доступны через линзы без использования смартфона.
Изображение, демонстрирующее феномен мениска. Источник: Корейский электротехнологический научно-исследовательский институт
Доктор Соль Сын Квон из KERI отметил, что достижение его группы представляет собой разработку технологии 3D-печати, способной наносить функциональные микропаттерны на непланарные подложки, что может коммерциализировать продвинутые «умные» контактные линзы для реализации AR. По его словам, это внесет большой вклад в миниатюризацию и универсальность AR-устройств.
Источник
Je Hyeong Kim et al, Meniscus Guided Micro Printing of Prussian Blue for Smart Electrochromic Display, Advanced Science (2022). DOI: 10.1002/advs.202205588
