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  蓋板是柔性OLED顯示屏的重要組成部分，它們不僅可以保護內(nèi)部電氣元件（如導電電極）免受損壞，還為人機交互提供了一種重要方法。因此，蓋板在實現(xiàn)高性能柔性OLED顯示器中起著至關重要的作用。目前無色聚酰亞胺已經(jīng)被用作商用柔性智能手機的蓋板材料。但其耐折疊能力較弱，多次折疊后容易產(chǎn)生褶皺。雖然通過增加聚合物厚度可以提高其耐折疊性，但同時會降低接觸靈敏度。因此，制造高度可折疊和超靈敏的聚合物蓋板仍然具有挑戰(zhàn)性。

  基于此，華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室陶勁松副研究員團隊針對現(xiàn)有柔性折疊觸摸屏蓋板不耐折疊和靈敏度較低的問題，通過將纖維素納米晶體（CNC）和氧化鋯（ZrO₂）結(jié)合到無色聚酰亞胺（CPI）中，開發(fā)了一種高度可折疊和超靈敏的CNC/ZrO₂/CPI復合蓋板材料（圖1）。受彈性理論的啟發(fā)，在CPI中添加剛性CNC以提高彈性模量，而引入高介電常數(shù)ZrO₂可改善薄膜的介電性能，從而在提高了蓋板耐折疊性的同時，增強了其觸摸靈敏度。

圖2 CNC/ZrO₂/CPI蓋板的力學性能和耐折疊性能

  對于蓋板來說，應該具有足夠的機械強度和彈性模量，以承受機械疲勞。對比分析純CPI、ZrO₂/CPI和CNC/ZrO₂/CPI三種薄膜的力學性能和耐折疊性能（圖2），結(jié)果表明兩種納米填料粒子的加入均增加了CPI的彈性模量，且CNC/ZrO₂/CPI復合蓋板表現(xiàn)出較良好的耐折疊能力，在經(jīng)歷20萬次折疊后僅出現(xiàn)輕微的折痕。通過納米壓痕實驗分析也符合這一結(jié)論，加入CNC后復合膜的載荷-位移曲線滯后減小，這意味著復合膜具有更優(yōu)異的彈性恢復能力，表現(xiàn)出更好的耐折疊性。

 圖3 CNC/ZrO₂/CPI蓋板的光學性能和表面性能

  作為柔性觸摸屏面板的蓋板材料，其光學特性對人機交互有著至關重要的影響。通常，高透明度和高清晰度有利于提高用戶的使用體驗感。對比分析純CPI、ZrO₂/CPI和CNC/ZrO₂/CPI三種薄膜的光學性能和表面性能（圖3），結(jié)果顯示由于CNC和ZrO₂的納米尺寸和與CPI具有較好的相容性，復合蓋板仍具有優(yōu)異的光學性能和較小的表面粗糙度。

 圖4 ZrO₂/CPI的介電性能

  對于電容式觸摸屏面板，觸摸靈敏度與位于手指和電極之間的蓋板層的感應電容密切相關。當厚度不變時，蓋板的感應電容由其介電特性決定。因此，提高蓋板層的介電性能可以有效地提高觸摸靈敏度。作者在CPI中添加了具有高介電常數(shù)的ZrO₂納米顆粒，以改善蓋板層的介電性能（圖4）。通過分析介電常數(shù)和損耗，結(jié)果顯示復合膜的介電常數(shù)得到提高。后續(xù)進行的應用分析也顯示，CNC/ZrO₂/CPI蓋板在觸摸時電容變化更明顯，這意味著其觸摸靈敏度更高。通過改善和平衡機械、介電和光學性能，該復合蓋板可以廣泛應用于下一代柔性顯示器。

  該成果以“Highly Foldable, Super-Sensitive, and Transparent Nanocellulose/Ceramic/Polymer Cover Windows for Flexible OLED Displays”為題，發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上（DOI： 10.1021/acsami.2c01353）。華南理工大學輕工科學與工程學院2019級碩士研究生謝靜怡為第一作者，制漿造紙工程國家重點實驗室陶勁松副研究員為論文通訊作者。

  下載：Highly Foldable, Super-Sensitive, and Transparent Nanocellulose/Ceramic/Polymer Cover Windows for Flexible OLED Displays