“黄金薄膜”让手机弯而不曲

• 2023-08-15 07:55:13 来源：科普时报

(资料图)

视觉中国供图

近日，三星发布第五代折叠屏手机，引来众人围观。折叠屏手机最大优势在于柔性折叠，屏幕可弯曲多次而不变形，同时还具有刚性。究竟是什么材料赋予折叠屏手机这种特性？

柔性显示器按照构造可划分为柔性基板、显示介质和薄膜封装。而折叠技术的关键就在于柔性基板的开发，如何利用材料和技术实现可折叠是研究过程的关键技术。折叠屏手机使用的核心材料是透明聚酰亚胺。聚酰亚胺的分子结构中含有十分稳定的芳杂环，且分子结构紧密，分子间及分子内作用力强。这些优点使其具有其他高分子材料无法替代的优异性能，比如耐高低温、低介电常数、易于实现微细图形电路加工等。聚酰亚胺薄膜凭借自身优势被认为是综合性能最佳的有机高分子材料之一，已列入许多发达国家的中长期发展规划。

折叠屏手机使用的材料并非传统的聚酰亚胺薄膜，而是经过一定加工得到的透明聚酰亚胺薄膜。因为聚酰亚胺分子结构中存在较强的分子间键合力，容易形成电荷转移络合物。这种物质是造成材料对光产生吸收的元凶之一，导致传统的聚酰亚胺薄膜呈现浅黄色，显然不能直接用在折叠屏手机上。科研人员通过在聚酰亚胺分子结构中引入其他基团的方式优化聚酰亚胺，降低分子间作用力来减少电荷转移络合物形成，从而制备出无色透明的聚酰亚胺薄膜，应用于折叠屏手机。这种技术改进不仅很好地克服了传统聚酰亚胺薄膜颜色上的缺点，还保留了其优异性能，这也是透明聚酰亚胺成为折叠屏手机核心材料的秘籍。

聚酰亚胺薄膜本身具有很多优异特性，再加上其价格高昂、技术壁垒高，被称为“黄金薄膜”。目前，作为一种特种工程材料之一，聚酰亚胺被誉为“21世纪最有希望的工程塑料”，在航空航天、微电子、纤维等领域都有着亮眼的表现。

聚酰亚胺分子结构紧密，分子间键合力强，因此具有较高的玻璃化转变温度，在低温环境下仍能保持较高的分子运动能力，从而保持较好的物理性能。太空的真空和高低温环境，对航天器的保护外衣提出了苛刻要求，而聚酰亚胺薄膜凭借自身的优点成为航天器外衣的首选材料。

如果安装在导弹上的集成电路受到辐射，连接导弹的电脑就有可能发生逻辑错误。聚酰亚胺的耐化学特性和优异的抗辐射特性在众多材料中凸显出来。随着电子工业的发展，高性能聚酰亚胺薄膜成为微电子制造与封装的关键材料，广泛应用于超大规模集成电路、柔性封装基板。

在纤维方面，聚酰亚胺纤维主要用于军用市场，民用市场正在开发。聚酰亚胺自身具有较高的阻燃性能，且发烟率低，属于自熄性材料。由聚酰亚胺纤维织成的无纺布，是防火阻燃服装最为理想的纤维材料。日常生活中，聚酰亚胺材料也是阻燃工作服、隔火毯的最优选择。而航天器上用的多层隔热材料简单改进就是民用版本的急救毯，与航天器上的作用一样，能有效反射人体发出红外线，在紧急情况下维持人体体温。

聚酰亚胺自发现起就是高分子材料中的“红人”，在许多方面的应用中都能看见它的身影，为科技发展和人类生活作出了巨大贡献。但是与其他聚合物相比，它的制备成本和技术壁垒还是太高，所以，寻找降低成本和研发途径是今后研究的重点方向之一。

（第一作者系西北师范大学教授、博士生导师，第二作者系西北师范大学硕士研究生）

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