面向未來柔性電子的趨勢(shì),產(chǎn)品迭代與多場(chǎng)景應(yīng)用對(duì)柔性襯底的性能需求進(jìn)一步升級(jí),特別體現(xiàn)在輕質(zhì)柔性、透明耐熱等方面。對(duì)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(duì)卷工藝等優(yōu)勢(shì),具有媲美替代超薄玻璃襯底的潛力,進(jìn)而極大拓寬其在全透明柔性顯示、屏下人臉識(shí)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(shí)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(xiàng)重要的材料科學(xué)課題,亦具有顯著的市場(chǎng)需求與現(xiàn)實(shí)意義。
近期,華南理工大學(xué)黃明俊教授團(tuán)隊(duì)基于芳香性、高含氟、空間扭轉(zhuǎn)的剛性分子鏈設(shè)計(jì)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(diǎn)設(shè)計(jì)合成了6種芳香剛性三聯(lián)苯二胺,并精細(xì)調(diào)控F或CF3的數(shù)量,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上的相似性與遞進(jìn)性變化。同時(shí),充分考慮其聚合活性、電荷轉(zhuǎn)移(CT)等,該團(tuán)隊(duì)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(jì)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(duì)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(jìn)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(zhǔn)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(bào)道的性能優(yōu)勢(shì)對(duì)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(jià)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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