高拉伸性、柔软、透明的粘弹性薄膜用于柔性显示器
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
柔性电子设备的发展促使显示应用的新材料开发。对于柔性显示器来说，合适的透明粘弹性薄膜(CVF)对于粘合显示器堆栈中的不同层至关重要，以便在重复折叠过程中提高可视化和耐用性。然而，通过克服许多相互矛盾的要求，如低模量/玻璃转变温度(Tg) 和高粘性或高恢复性和良好的应力松弛，将不同的性能整合到CVF中是具有挑战性的。在这项工作中，夏剑辉教授团队使用具有双模态链长分布的互穿聚合物网络(IPN) 制备了一种CVF，并表现出若干有利的特性。该双峰弹性体由短链聚氨酯(PU) 和长链聚丙烯酸酯组成。长链聚丙烯酸酯网络提供了大量的缠结，赋予了拉伸性、粘附性和应力松弛性，而短PU链网络作为熵弹簧，主要贡献于恢复性。实验数据表明，在这两个网络之间存在着氢键相互作用和互锁的聚合物链。当IPN的成分被调整后，CVF可以同时实现良好的应力松弛、大应变(1000%) 下的高应变恢复、高韧性、透明度和粘附性。此外，CVF显示出低玻璃化温度(-57°C) 和低储存模量(室温下20至30 kPa)。这是**份利用IPN概念制备具有良好平衡特性的CVF的报告。相关研究以“Highly Stretchable， Soft， and Clear Viscoelastic Film with GoodRecoverability for Flexible Display”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。1. 开发了一种具有低Tg和低模量、良好的粘附性以及在高应变(1000%)下优化的机械性能(包括应力松弛和可恢复性)的CVF。2. 选择通过混合长链聚丙烯酸酯和短链聚氨酯(PU)，然后独立地将聚丙烯酸酯和乙烯基聚氨酯低聚物进行化学交联来制备互穿聚合物网络(IPN)材料。
图文导读
Figure 1. (a) Multilayer structure of display stack showing the CVF between functional optical layers. (b) Photograph of three-layered film, where the CVF was sandwiched between two polyimide (PI) films.
Figure 2. Schematic diagram of the PA/PU-IPN CVF fabrication process.
Figure 3. (a). FTIR spectra of the PA/10PU blend and PA0.06/10PU-IPN. (b) Theoretical and experimental calculated gel content of PA0.06-SN and PA0.06/PU-IPN with different PU amounts.
Figure 4. (a) SEM images of PA0.06/4PU-IPN and PA0.06/13PU-IPN after uniaxial stretching (scale bar = 10 μm). (b) Transmittance and haze of the PA0.06/PU-IPN with various amounts of PU after uniaxial stretching.
Figure 5. Variation of (a) G′ and G″ and (b) tan δ with the temperature of PA0.06-SN and PA0.06/PU-IPN with various PU contents. The Tg characterized by the temperature of peak tan δ was listed for various samples. (c) Photographs of the PA0.06/4PU-IPN sample being twisted at 20 and−30 °C.
Figure 6. (a) Stress−strain curve of the uniaxial tensile test， (b) toughness and fracture stress, (c) Mooney-Rivlin curves of the samples (strain stiffness was designated with an arrow on the plot where it goes through a minimum and strain hardening starts), and (d) the summary of Csoft, Chard, and Csoft/ Chard of PA0.06/PU-IPN with various PU contents.
Figure 7. Cyclic tensile results of PA0.06/10PU-IPN at (a) 500% and (b) 1000% strain. (c) Dependence of the hysteresis ratio on the number of cycles for the PA0.06/PU-IPN sample with various PU contents. (d) Photograph of PA0.06/10PU-IPN stretching and recovery after 10 min (scale bar = 30 mm). (e) The change of the residual strain after 10 min for the PA0.06/PU-IPN sample with various PU contents. (f) The hysteresis ratios of PA0.06-SN, PA0.06/4PU-IPN and PA0.06/10PU with various tensile strains.
Figure 8. Photographs and SEM images of the three-layered film (PA0.06/10PU-IPN CVF sandwiched between two PI films).
Figure 9. (a) 180° peeling force as a function of PU content， (b) schematic representing the debonding process of the CVF, and (c) the debonding force−distance curves of PA0.06/PU-IPN with various PU contents (25 °C， 30% RH).
Figure 10. (a) Experimental results (dotted line) and fitting results of (solid line) of stress−relaxation behavior with KWW function，(b) the characteristic parameters of relaxed stress and permanent stress，(c) the strain recovery behavior after relaxation, and (d) the strain recovery ratio and stress−relaxation ratio of PA0.06/PU-IPN with various amounts of the PU network in IPN.
在这项研究中，作者成功地制备了一种具有平衡特性的CVF，用于柔性显示的应用。该CVF具有一个由长链聚丙烯酸酯基质和短链聚氨酯组成的相互渗透的双峰网络。CVF在很宽的温度范围内(-30 至100°C)拥有低Tg和低模量。聚丙烯酸酯是轻度交联的，为CVF的粘性成分做出了贡献，它提供了变形后所需的应力松弛和高粘合力的高能量耗散。聚氨酯网络，连同其与聚丙烯酸酯的互锁，主要贡献于CVF的弹性成分，并提供了更好的可恢复性。此外，由于高分子量和氢键相互作用而产生的大量缠结导致了韧性的增加。目前正在研究其他材料和网络的组合，以扩大CVF的设计空间，并进一步探索其在柔性设备中的应用。Highly Stretchable, Soft, and Clear Viscoelastic Film with Good Recoverability for Flexible Display，https://doi.org/10.1021/acsami.2c11141
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
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