面向未來柔性電子的趨勢，產(chǎn)品迭代與多場景應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、力學韌性的協(xié)同提升，既是一項重要的材料科學課題，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)的剛性分子鏈設計策略，成功構筑適用于柔性OLED襯底的透明聚酰亞胺（CPI）襯底膜材料。具體地，重點設計合成了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用的透明高分子的開發(fā)提供科學借鑒、應用啟發(fā)，具體如LTPS-TFT或ASO-TFT工藝的柔性OLED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立意、前瞻性、研究深度等給予了有價值的寶貴指導。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c00168
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