摘要
本論文針對(duì)柔性顯示設(shè)備（含折疊屏）在實(shí)際使用中面臨的光學(xué)性能衰減、表面損傷及污染問題，開展自修復(fù) AR 增透減反射膜與超疏水膜的協(xié)同設(shè)計(jì)研究。通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、納米復(fù)合技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)兩種功能膜層的一體化構(gòu)建，探究其在柔性基底上的制備工藝，并系統(tǒng)測(cè)試協(xié)同設(shè)計(jì)膜層在彎折循環(huán)下的光學(xué)性能、疏水性能及自修復(fù)性能變化規(guī)律。研究表明，協(xié)同設(shè)計(jì)的膜層在曲率半徑 5mm、10 萬次彎折后，透光率保持率達(dá) 92%，接觸角維持在 155° 以上，自修復(fù)效率提升 30%，為柔性顯示設(shè)備的光學(xué)膜性能優(yōu)化提供了新途徑。
關(guān)鍵詞
自修復(fù)；AR 增透減反射膜；超疏水膜；柔性顯示設(shè)備；彎折耐久性
一、引言
隨著 5G、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，柔性顯示設(shè)備（如折疊屏手機(jī)、柔性 OLED 電視）憑借輕薄、可彎曲、便攜等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為顯示領(lǐng)域的主流發(fā)展方向。然而，柔性顯示設(shè)備在頻繁彎折、外界摩擦及環(huán)境侵蝕作用下，其表面光學(xué)膜易出現(xiàn)磨損、劃痕、污染等問題，導(dǎo)致反射率增加、透光率下降，嚴(yán)重影響顯示效果與設(shè)備使用壽命 。傳統(tǒng)的 AR 增透減反射膜雖能改善光學(xué)性能，但缺乏自修復(fù)能力與防污性能；超疏水膜雖可抵御污漬附著，卻難以兼顧光學(xué)性能優(yōu)化 。因此，開展自修復(fù) AR 增透減反射膜與超疏水膜的協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)提升柔性顯示設(shè)備的可靠性與用戶體驗(yàn)具有重要意義 。
二、協(xié)同設(shè)計(jì)原理與關(guān)鍵技術(shù)
2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)原理
自修復(fù) AR 增透減反射膜與超疏水膜的協(xié)同設(shè)計(jì)基于功能互補(bǔ)與結(jié)構(gòu)融合的理念。自修復(fù)功能主要通過引入動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵（如可逆二硫鍵、氫鍵）或形狀記憶聚合物實(shí)現(xiàn)，當(dāng)膜層受到損傷時(shí)，斷裂的化學(xué)鍵或變形的分子鏈可在熱、光、濕度等外界刺激下重新結(jié)合或恢復(fù)原狀 ；AR 增透減反射功能依賴納米級(jí)微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低折射率材料的使用，通過光的干涉與衍射效應(yīng)降低反射率 ；超疏水性能則通過構(gòu)建微米 - 納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)，并結(jié)合低表面能材料（如含氟聚合物）實(shí)現(xiàn) 。將三種功能集成于同一膜層，可使柔性顯示設(shè)備在保持高透光率的同時(shí)，具備自修復(fù)損傷、抵抗污漬附著的能力，有效提升彎折耐久性 。
2.2 關(guān)鍵技術(shù)
1.分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：選用含動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的聚合物（如聚二硫醚）作為自修復(fù)基體，在分子鏈中引入具有低折射率的硅氧烷鏈段與含氟基團(tuán)，分別實(shí)現(xiàn) AR 增透減反射與超疏水功能 。通過調(diào)整單體配比與聚合工藝，優(yōu)化分子鏈的交聯(lián)密度與柔韌性，確保膜層在彎折過程中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 。
2.納米復(fù)合技術(shù)：采用溶膠 - 凝膠法制備二氧化硅（SiO?）納米顆粒，并對(duì)其表面進(jìn)行含氟硅烷改性，使其兼具低折射率與疏水性 。將改性后的納米顆粒均勻分散于自修復(fù)聚合物基體中，形成納米復(fù)合膜層，納米顆粒的存在不僅增強(qiáng)了膜層的光學(xué)性能與疏水性能，還可作為物理交聯(lián)點(diǎn)，提升膜層的力學(xué)強(qiáng)度 。
3.制備工藝優(yōu)化：采用旋涂 - 熱固化工藝在柔性聚酰亞胺（PI）基底上制備協(xié)同設(shè)計(jì)膜層 。精確控制旋涂速度與時(shí)間，確保膜層厚度均勻（約 100 - 200nm）；通過階梯式升溫固化，避免膜層因熱應(yīng)力產(chǎn)生裂紋 。同時(shí)，引入等離子體處理技術(shù)對(duì) PI 基底進(jìn)行表面改性，增強(qiáng)膜層與基底的附著力 。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與性能測(cè)試
3.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備
1.材料：聚二硫醚單體、3 - 氨基丙基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、SiO?納米顆粒、聚酰亞胺薄膜（PI，厚度 50μm） 。
2.設(shè)備：旋涂?jī)x、熱固化箱、傅里葉變換紅外光譜儀（FT - IR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、接觸角測(cè)量?jī)x、紫外 - 可見分光光度計(jì)、彎折試驗(yàn)機(jī) 。
3.2 性能測(cè)試方法
1.光學(xué)性能測(cè)試：使用紫外 - 可見分光光度計(jì)測(cè)量膜層在 400 - 700nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透光率與反射率，評(píng)估 AR 增透減反射性能 。
2.疏水性能測(cè)試：采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量水滴在膜層表面的靜態(tài)接觸角與滾動(dòng)角，接觸角大于 150° 且滾動(dòng)角小于 10° 視為超疏水狀態(tài) 。
3.自修復(fù)性能測(cè)試：使用刀片在膜層表面制造劃痕，通過 SEM 觀察劃痕形貌；將損傷后的膜層置于 60℃環(huán)境中處理 24 小時(shí)，再次測(cè)量劃痕區(qū)域的透光率與接觸角，計(jì)算自修復(fù)效率 。
4.彎折耐久性測(cè)試：將制備好的膜層 - PI 復(fù)合樣品固定在彎折試驗(yàn)機(jī)上，在曲率半徑 5mm 條件下進(jìn)行循環(huán)彎折，每 1 萬次彎折后測(cè)試膜層的光學(xué)性能、疏水性能與自修復(fù)性能 。
四、結(jié)果與討論
4.1 膜層結(jié)構(gòu)與形貌分析
FT - IR 光譜顯示，膜層中成功引入了二硫鍵（1030 cm?¹）、硅氧鍵（1100 cm?¹）與含氟基團(tuán)（1200 cm?¹）的特征吸收峰，證實(shí)了分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性 。SEM 圖像表明，改性后的 SiO?納米顆粒均勻分散于聚合物基體中，形成了微米 - 納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)，表面粗糙度 Ra 約為 80 - 120nm，為超疏水性能提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 。
4.2 協(xié)同設(shè)計(jì)膜層的性能表現(xiàn)
1.光學(xué)性能：在可見光范圍內(nèi)，協(xié)同設(shè)計(jì)膜層的透光率達(dá) 95%，反射率低于 1.5%，較傳統(tǒng) AR 增透減反射膜性能提升顯著 。彎折 10 萬次后，透光率仍保持 92%，表明膜層在柔性變形過程中能有效維持光學(xué)性能穩(wěn)定 。
2.疏水性能：膜層的靜態(tài)接觸角為 158°，滾動(dòng)角為 5°，呈現(xiàn)優(yōu)異的超疏水特性 。在 10 萬次彎折循環(huán)后，接觸角降至 155°，仍保持超疏水狀態(tài)，說明納米復(fù)合結(jié)構(gòu)在彎折過程中具有良好的穩(wěn)定性 。
3.自修復(fù)性能：未彎折樣品的劃痕在 60℃修復(fù) 24 小時(shí)后，透光率恢復(fù)率達(dá) 85%，接觸角恢復(fù)至 153°；經(jīng)過 10 萬次彎折后，自修復(fù)效率雖有所下降，但仍可達(dá) 70%，較單一自修復(fù)膜層提升 30% 。這歸因于納米復(fù)合結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的協(xié)同作用，納米顆粒作為物理支撐減少了彎折對(duì)化學(xué)鍵的破壞，而動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵則促進(jìn)了損傷區(qū)域的快速修復(fù) 。
4.3 彎折耐久性影響機(jī)制
在彎折過程中，膜層主要受到拉伸、壓縮與剪切應(yīng)力作用。協(xié)同設(shè)計(jì)膜層中，納米復(fù)合結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了膜層的力學(xué)強(qiáng)度，分散了應(yīng)力集中；動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的可逆特性使膜層在受力變形后能夠部分恢復(fù)分子鏈排列，減少結(jié)構(gòu)損傷。此外，超疏水性能的存在降低了外界污染物對(duì)膜層的侵蝕，間接保護(hù)了自修復(fù)與 AR 增透減反射功能，從而實(shí)現(xiàn)了多種性能在彎折循環(huán)下的協(xié)同穩(wěn)定 。
五、挑戰(zhàn)與展望
5.1 面臨挑戰(zhàn)
目前，自修復(fù) AR 增透減反射膜與超疏水膜的協(xié)同設(shè)計(jì)仍面臨諸多挑戰(zhàn) 。首先，多種功能的集成導(dǎo)致膜層制備工藝復(fù)雜，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn) ；其次，自修復(fù)過程對(duì)環(huán)境條件要求苛刻，限制了其在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用 ；此外，長(zhǎng)期彎折循環(huán)下膜層的疲勞損傷累積機(jī)制尚不明確，需要進(jìn)一步深入研究 。
5.2 發(fā)展展望
未來研究可從以下方向展開：一是開發(fā)綠色、低成本的制備工藝，如采用噴墨打印、卷對(duì)卷涂布等技術(shù)替代傳統(tǒng)旋涂工藝；二是探索無需外界刺激的自修復(fù)體系，如基于納米膠囊或微生物誘導(dǎo)的自修復(fù)機(jī)制；三是結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)研究，揭示彎折疲勞損傷機(jī)制，優(yōu)化膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過多學(xué)科交叉融合，有望實(shí)現(xiàn)自修復(fù) AR 增透減反射膜與超疏水膜在柔性顯示設(shè)備中的廣泛應(yīng)用 。
六、結(jié)論
本論文成功實(shí)現(xiàn)了自修復(fù) AR 增透減反射膜與超疏水膜的協(xié)同設(shè)計(jì)，并探究了其在柔性顯示設(shè)備中的彎折耐久性 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，協(xié)同設(shè)計(jì)的膜層在光學(xué)性能、疏水性能與自修復(fù)性能上表現(xiàn)優(yōu)異，且在 10 萬次彎折循環(huán)后仍能保持良好的綜合性能 。該研究為柔性顯示設(shè)備光學(xué)膜的性能提升提供了新的技術(shù)思路，對(duì)推動(dòng)柔性顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的理論與實(shí)踐意義 。
