柔性电子产品的快速发展导致人们对可折叠、可卷曲、可穿戴和可拉伸显示器的兴趣增加。这种显示器的独特和不寻常的外形具有实现下一代电子设备的巨大潜力，例如可穿戴设备、智能电子设备、以及未来的交通和移动系统。在带有平板显示器的电子产品中，盖板玻璃基板通常位于显示器的最外层，这有助于再现清晰和精确的图像，同时保护显示器表面和下面的面板免受机械损伤，例如冲击损伤、刮擦和碎裂。不幸的是，传统的盖板玻璃基板由于其坚硬和易碎的特性而不适用于柔性显示器。分层结构也影响柔性显示器的设计。而聚合物窗口薄膜的机械强度低、光学性能差、折叠和滚动可靠性不足等缺点阻碍了柔性显示器和电子产品的发展。
为了克服这些关键限制，来自延世大学的学者使用电荷转移复合物 (CTC) 强化的概念制备了一种新型无色聚酰亚胺窗口薄膜。所得窗口薄膜的拉伸模量为8.4 GPa，总透射率约为 90%，黄色指数低于 3，这是高柔性光学膜的机械强度和光学性能之间的最佳平衡记录。与市售光学级工程塑料薄膜和玻璃基板不同，制备的窗口薄膜具有超过 2H 的铅笔硬度等级和超过 200000 次折叠/展开循环的折叠可靠性。这些显着特性归因于具有多个氢键和盐络合相互作用的独特超分子结构，表现出CTC强化。本研究还提出了 CTC 强化机制。相关文章以“Highly Transparent, Colorless Optical Film with Outstanding Mechanical Strength and Folding Reliability Using Mismatched Charge-Transfer Complex Intensification”标题发表在Advanced Functional Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202111040
图1. a) CLPI- X的合成路线和 b) CLPI- X和 CLPI-70/S- Y的薄膜制备程序的示意图。
图2. a) CLPI- X、CLPI-70/S-Y和市售光学级工程塑料薄膜（聚碳酸酯（PC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET））的拉伸模量。b) CLPI- X、CLPI-70/S- Y、PC 和PET 的总透射率和黄色指数 (YI)。星号和条形分别表示总透射率和 YI。c)CLPI-70 (50 µm) 的紫外-可见光谱。d) CLPI-70/S-1.8 (50 µm)、PC (50 µm)、PET (50 µm) 和玻璃基板 (1000 µm) 的照片。
图3. 本工作中 CLPI-70、CLPI-70/S-1.8 和常规 CLPI 与文献中先前报道的光学级薄膜的拉伸模量、总透射率和黄色指数 (YI) 的比较。CLPI-70/S-1.8（星号）显示出机械强度和光学性能之间的最佳平衡。
图4. CLPI-70/S-1.8的机械耐久性和折叠可靠性实验。a) CLPI-70/S-1.8 的独立式薄膜照片和动态折叠实验程序的示意图。折叠半径( R ) 和折叠/展开时间分别为 3 mm 和 1 s。b) CLPI-70/S-1.8 薄膜在 200000 次折叠/展开循环前后的照片和 SEM 图像。
图5. a) 常规 CLPI(cCLPI)、CLPI - X和 CLPI-70/S-1.8的 XRD 图谱。b) FT-IR 光谱中 CLPI- X的C=O 伸缩区。c)FT-IR光谱中CLPI-70和CLPI-70/S- Y的C=O伸缩区。d) 1 H-NMR 光谱中 CLPI-70 和 CLPI-70/S- Y的N-H区域。e) 传统 PI 中的典型 CTC。f) 在具有庞大侧基的传统无色PI (cCLPI) 中松散包装的 CTC。g) 通过 CLPI- X中的多个氢键相互作用增强 CTC.
在这项研究中开发了一种新颖的高度透明的无色窗口薄膜，即使用CTC集约化概念的柔性显示盖片。在优化单体组成和增强CTC相互作用后，所得窗口薄膜表现出优异的光学性能以及面内和面外机械性能。更重要的是，含有70 mol%TPCL和1.8 wt%LiCl的窗口薄膜在各种2D光学材料（包括CLPI和光学级工程塑料薄膜和玻璃基板）中表现出机械强度和光学性能之间的最佳平衡。此外，窗口薄膜在200000次折叠/展开循环后表现出优异的机械耐用性和折叠可靠性。本文还提出了一种基于多种氢键相互作用和多种盐络合相互作用的组合的CTC相互作用的强化机制，从而产生了独特的超分子结构。预计这项工作将为下一代柔性显示器和电子产品制造高度柔性光学薄膜提供新的途径。（文：SSC）
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