面向未來柔性電子的趨勢，產(chǎn)品迭代與多場景應(yīng)用對柔性襯底的性能需求進一步升級，特別體現(xiàn)在輕質(zhì)柔性、透明耐熱等方面。對柔性透明OLED顯示，作為關(guān)鍵支撐襯底的高分子膜材料，其高柔韌、高透明、大尺寸及卷對卷工藝等優(yōu)勢，具有媲美替代超薄玻璃襯底的潛力，進而極大拓寬其在全透明柔性顯示、屏下人臉識別等新一代集成應(yīng)用的前景。鑒于柔性OLED高溫制程需求，透明膜材的尺寸熱穩(wěn)定性、耐熱黃變性等同樣至關(guān)重要。因此，如何實現(xiàn)高分子襯底膜的高透明、高耐熱、低膨脹、力學(xué)韌性的協(xié)同提升，既是一項重要的材料科學(xué)課題，亦具有顯著的市場需求與現(xiàn)實意義。
近期，華南理工大學(xué)黃明俊教授團隊基于芳香性、高含氟、空間扭轉(zhuǎn)的剛性分子鏈設(shè)計策略，成功構(gòu)筑適用于柔性O(shè)LED襯底的透明聚酰亞胺（CPI）襯底膜材料。具體地，重點設(shè)計合成了6種芳香剛性三聯(lián)苯二胺，并精細調(diào)控F或CF3的數(shù)量，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上的相似性與遞進性變化。同時，充分考慮其聚合活性、電荷轉(zhuǎn)移（CT）等，該團隊理性地選擇了剛性芳香的BPDA二酐，如圖1所示，以匹配于設(shè)計含氟二胺體系。再者，經(jīng)典兩步法聚合與熱亞胺工藝更保證了規(guī)模工業(yè)卷對卷的工藝可靠性。
圖1 高含氟芳香二胺及其空間扭轉(zhuǎn)單晶結(jié)構(gòu)與聚合流延工藝.
進一步地，為更適用于超高溫度的TFT工藝，如非晶氧化物（ASO，350 °C）或低溫多晶硅（LTPS，450 °C）TFT工藝，選用高剛棒性、高熱穩(wěn)定性和成本低廉的PMDA二酐，以共聚優(yōu)化BPDA/12FTP體系。通過精準調(diào)控，最終篩選出應(yīng)用性極佳的co-CPI薄膜，其PMDA含量介于40 mol%與60 mol%之間。其具體體現(xiàn)為：高耐熱性（Tg ≥ 300 ℃、Td5 ≥ 560 ℃)、低熱膨脹系數(shù)（CTE ≤ 3 ppm/K）、高透明性（T450 ≥ 83%、Ttotal ≥ 90%）、低黃度及低黃變（b* ≤ 5、ΔYI ≤ 2.5）和優(yōu)異的力學(xué)韌性（σm ≥ 300 MPa、Et ≥ 4.5 GPa），如圖3所示。這呈現(xiàn)出極大潛力地應(yīng)用于各種柔性高端顯示或涉及高溫加工條件的工藝中。
圖3 CPI薄膜的共聚性能優(yōu)化與已報道的性能優(yōu)勢對比.
綜上所述，本研究為各種在極端工作條件下應(yīng)用的透明高分子的開發(fā)提供科學(xué)借鑒、應(yīng)用啟發(fā)，具體如LTPS-TFT或ASO-TFT工藝的柔性O(shè)LED用高端透明顯示襯底。該工作以“Development of Fluorinated Colorless Polyimides of Restricted Dihedral Rotation toward Flexible Substrates with Thermal Robustness”為題發(fā)表于《Macromolecules》上。該論文的第一作者是華南理工大學(xué)的鮑峰博士與邱陸浩碩士研究生，通訊作者為黃明俊教授。程正迪院士為本研究的科學(xué)立意、前瞻性、研究深度等給予了有價值的寶貴指導(dǎo)。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c00168
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