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  蓋板是柔性O(shè)LED顯示屏的重要組成部分，它們不僅可以保護(hù)內(nèi)部電氣元件（如導(dǎo)電電極）免受損壞，還為人機(jī)交互提供了一種重要方法。因此，蓋板在實(shí)現(xiàn)高性能柔性O(shè)LED顯示器中起著至關(guān)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(jī)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(shí)會(huì)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(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陶勁松副研究員團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(fù)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(shí)，增強(qiáng)了其觸摸靈敏度。

圖2 CNC/ZrO₂/CPI蓋板的力學(xué)性能和耐折疊性能

  對(duì)于蓋板來說，應(yīng)該具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和彈性模量，以承受機(jī)械疲勞。對(duì)比分析純CPI、ZrO₂/CPI和CNC/ZrO₂/CPI三種薄膜的力學(xué)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(fù)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(shí)驗(yàn)分析也符合這一結(jié)論，加入CNC后復(fù)合膜的載荷-位移曲線滯后減小，這意味著復(fù)合膜具有更優(yōu)異的彈性恢復(fù)能力，表現(xiàn)出更好的耐折疊性。

 圖3 CNC/ZrO₂/CPI蓋板的光學(xué)性能和表面性能

  作為柔性觸摸屏面板的蓋板材料，其光學(xué)特性對(duì)人機(jī)交互有著至關(guān)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(yàn)感。對(duì)比分析純CPI、ZrO₂/CPI和CNC/ZrO₂/CPI三種薄膜的光學(xué)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(fù)合蓋板仍具有優(yōu)異的光學(xué)性能和較小的表面粗糙度。

 圖4 ZrO₂/CPI的介電性能

  對(duì)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(yīng)電容密切相關(guān)。當(dāng)厚度不變時(shí)，蓋板的感應(yīng)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(fù)合膜的介電常數(shù)得到提高。后續(xù)進(jìn)行的應(yīng)用分析也顯示，CNC/ZrO₂/CPI蓋板在觸摸時(shí)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(jī)械、介電和光學(xué)性能，該復(fù)合蓋板可以廣泛應(yīng)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(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院2019級(jí)碩士研究生謝靜怡為第一作者，制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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