你的眼睛就是“导航仪”！全新3D打印智能隐形眼镜问世

韩国蔚山国立科学技术研究院（UNIST）和韩国电工研究院（KERI）合作开发出一种全新的智能隐形眼镜核心技术。长三角G60激光联盟秘书处获悉，该技术可通过3D打印实现基于增强现实（AR）的导航。相关研究以“Meniscus-Guided Micro-Printing of Prussian Blue for Smart Electrochromic Display”为题发表在《Advanced Science》上。

普鲁士蓝(PB)微图案技术是通过FeFe(CN)6在油墨半月板限定的衬底上局部结晶和结晶后的FeFe(CN)6热还原实现的。这一策略可以用作电致变色显示器，在增强现实(AR)智能隐形眼镜设备上提供实时方向导航功能。

本研究的成就在于电致变色显示技术，这是一种可以在不施加电压的情况下，仅使用3D打印微图案来实现AR的技术。研发的微模式技术已达到非常精细（7.2微米）的水平，可以应用于AR的智能隐形眼镜显示器，且颜色连续而均匀。

图1：半月板引导的PB微打印。a)显示PB打印的插图。FeFe(CN)6的结晶发生在半月板限定的区域内，形成均匀的图案。FeFe(CN)6形态经热还原转化为PB (Fe4[Fe(CN)6]3)。比例尺为30µm。b)不同浓度(Cs)值的油墨照片。c)使用移液器与衬底间隙为6µm的固定移液器位置打印的PB点的光学显微照片。d)半月板引导打印过程的实时光学显微照片:接近、接触、半月板形成和打印。比例尺为30µm。e) 5和10 mM不同Cs的油墨粘度随剪切速率的函数关系。f) PB线FE-SEM图像及EDX元素分析。g) PB线的拉曼光谱分析。

该研究的主要的预期应用领域是导航，未来只需戴上隐形眼镜，导航就会通过AR在人眼前徐徐展开。同时，部分当前流行的游戏也可以使用智能隐形眼镜来实现，而不是通过智能手机。

图2：打印PB线作为打印参数函数的表征。a)打印PB线光学显微图。打印整齐的行编号为1 ~ 6。比例尺为50µm。b) PB打印对打印速度(νp)和浓度(Cs)相互作用的依赖关系图。c)编号线的厚度。d) 4号线、5号线和6号线的表面粗糙度(Ra)。

通过移液器内径(ID)控制半月板大小，可以很容易地调整打印图案的最小宽度，从而在ID为2µm处形成7.2µm宽的线。在智能隐形眼镜中成功地展示了一种具有导航功能的基于PB的EC显示器。该设备能够通过实时接收GPS坐标，在EC显示器上向用户显示到目的地的方向。

图3:显示打印线宽与内径(ID)关系的光学显微照片。a) ID = 30µm ， b) ID = 20µm ，c) ID = 10µm ，d) ID = 2µm。比例尺为30µm。e)在0.1 M KCl电解质中打印对应字母“UST”和“UNIST”的图案。比例尺为200µm。f)打印世界代表性地标(崇礼门、金字塔、狮身人面像、自由女神像、埃菲尔铁塔、中国长城)。比例尺为500 μ m。

图4：打印PB线的电化学和光学表征。a) PB线循环伏安图。b)PB线在不同电位(−0.2、0.1、0.3和0.5 V)下的循环伏安图和光学显微图。比例尺为500µM。c) PB线在1m KCl (pH 2和4)和0.1 M KCl (pH 2和4)中的性能，比例尺为500µM。d)根据图4c计算的电荷容量随循环次数的关系图。

开发的3D打印技术能在非规划基板上成功打印出功能性微图案，有望将先进的智能隐形眼镜商业化，以实现AR，这也将极大地促进AR设备的小型化和多功能性。

图5：嵌入式隐形眼镜导航系统的EC显示器。a)智能隐形眼镜集成EC导航系统原理图，由GPS接收模块、Arduino UNO作为处理器、PB显示屏组成。b)放置在3D打印眼球复制品上的隐形眼镜照片。c)汽车仪表盘上导航系统的摄像头设置。d)更新方向信号的驱动方案:(1-4)图像显示了导航系统使用的四种工作原理。e)导航系统操作的GPS实际坐标路线，10个检查点中5个检查点方向信号图片。(右起第1、2、5、6、8点)

在用于增强现实的智能设备中使用节能电致变色(EC)显示器，可以为特定应用提供具有成本效益、易于生产和高效可操作的设备。普鲁士蓝(PB)是一种金属有机配合物，具有独特的电子束性能，但由于难以实现微细图案，限制了电子束显示的应用。本研究提出了一种新颖的PB图案微打印策略，使用FeFe(CN)6在酸性铁-铁氰化铁油墨半月板限制的衬底上局部结晶，然后在120℃下热还原，从而形成PB图案。通过控制FeCl3·K3Fe(CN)6的浓度、打印速度和移液管内径等打印参数，可以获得均匀的PB图案。智能隐形眼镜中集成了基于PB的导航功能的EC显示器，可以通过实时接收GPS坐标，向用户显示目的地的方向。这种简便的PB微图案形成方法可用于先进的EC显示器和各种功能器件。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202205588