第一作者：陶勁松，王瑞平
通訊作者：陶勁松，宋麗，李紅變
第一單位：華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
研究亮點(diǎn)：
通過用納米纖絲纖維素(CNF)來增強(qiáng)聚芳脂(PAR)，研發(fā)了一種OLED顯示器件CNF/PAR新復(fù)合基底材料，特點(diǎn)如下：
1. 基底擁有良好的透明性，熱性能和機(jī)械性能；
2. 納米纖絲纖維素CNF的加入提高了PAR的熱分解溫度，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，最高操作溫度；增強(qiáng)了機(jī)械性能；同時保留了良好的光學(xué)性能。
3. 最高操作溫度超過220度，超過常用的PET，接近無色聚酰亞胺薄膜的水平。
4. 濺射的ITO陽極性能和制備的OLED器件性能也優(yōu)于PET基底的ITO和OLED器件。
柔性O(shè)LED顯示器件基底發(fā)展挑戰(zhàn)
柔性O(shè)LED顯示器件（如可折疊手機(jī)、電腦等）發(fā)展迅速，基底是OLED顯示器件的關(guān)鍵材料，它襯接陽極，實(shí)現(xiàn)柔性，同時是光的導(dǎo)入導(dǎo)出通道，要求苛刻。在傳統(tǒng)剛性O(shè)LED器件向柔性轉(zhuǎn)變過程中，基底作用非常關(guān)鍵。在常規(guī)的OLED蒸鍍制程中，因?yàn)檎翦?、退火等，需要基底能承受高溫。傳統(tǒng)常用的基底材料玻璃能承受高溫，但不能實(shí)現(xiàn)柔性而使用受限。目前所用柔性基底大部分為高分子聚合物基低，但大部分高分子聚合物如PET等存在光學(xué)性好，而耐熱性不佳的問題?，F(xiàn)在研發(fā)的無色聚酰亞胺（CPI）雖然具有良好的光學(xué)性和熱性能，但所用單體價格非常昂貴，而且性能指標(biāo)也有待完善，大規(guī)模推廣還存在一定困難。因此，研發(fā)柔性、透明、耐熱的聚合物基底材料對于柔性O(shè)LED顯示技術(shù)的發(fā)展和推廣非常重要。
成果簡介
基于此，本文用熱性能、光學(xué)性能和機(jī)械性能良好的納米微絲纖維素CNF來復(fù)合聚芳脂PAR，獲得了一種光學(xué)性、熱性能和機(jī)械性能都良好的， 而且經(jīng)濟(jì)的柔性O(shè)LED顯示新基底材料。
圖1. 納米纖維素/聚合物復(fù)合基底。
要點(diǎn)1：基底制備策略
用針葉木通過TEMPO氧化法來制備CNF，然后通過溶劑交換法，來把CNF和PAR聚合，利用兩者的氫鍵作用，獲得機(jī)械性能、熱性能提升的CNF/PAR基底薄膜，該薄膜通過濺射ITO制備柔性透明導(dǎo)電電極后，進(jìn)一步制備了綠光OLED器件。
圖2. 基底制備策略。
要點(diǎn)2：基底結(jié)構(gòu)與性能表征
在CNF薄膜上可以看到納米尺寸的CNF纖維，與PAR復(fù)合后，CNF被填埋入PAR內(nèi)部，從而表面呈現(xiàn)平滑，通過比較純PAR和CNF/PAR截面SEM圖，可以看到CNF在PAR中均勻分布，相容性良好，這對于熱性能和機(jī)械性能的提高非常重要。
圖3. 基底微觀分析。
AFM數(shù)據(jù)表明，CNF具有~20nm的直徑，在PAR中添加4wt%后基底薄膜仍然透明性良好；經(jīng)過4wt% CNF添加，復(fù)合基底透光率仍然超過85%，霧度1.75%@600nm，體現(xiàn)優(yōu)秀的光學(xué)性能，這對于制備OLED基底材料尤為重要。添加后抗張強(qiáng)度、楊氏模量、耐折性能都提升明顯；而且復(fù)合基底具有良好的耐藥性，有利于OLED制備過程中的各種程序清洗。
圖4. 基底光學(xué)性、機(jī)械性和耐藥性。
FTIR顯示CNF與PAR形成氫鍵，因?yàn)闅滏I的作用，熱分解溫度達(dá)到提升到501°C（Td，50%），玻璃化溫度192°C，最高操作溫度220°C，比常用的PET,PEN,PC和純PAR材料都高，而且接近CPI的最高操作溫度，并且直接加熱實(shí)驗(yàn)顯示，復(fù)合基底CNF/PAR耐熱性突出，形穩(wěn)性良好?；琢己玫臒嵝阅軐τ诘钟鵒LED制備中的各種熱制程非常有益。
圖5. 基底熱性能。
以常用PET基底做比較來和 CNF/PAR基底做陽極制備性能比較。濺射ITO后， CNF/PAR基底透光性比PET優(yōu)異，透光率79%，方塊電阻25Ω/sq也優(yōu)于PET基底；而且表面ITO均勻性和平滑度都比PET基底上濺射的ITO要優(yōu)秀。
圖6. 基底濺射透明陽極性能。
要點(diǎn)3：基底制備柔性O(shè)LED器件
CNF/PAR基底上制備OLED器件表現(xiàn)出良好的性能。在彎曲情況下，器件仍然發(fā)光良好。器件通過多層功能層堆疊制備，通過電壓調(diào)節(jié)，能發(fā)生強(qiáng)烈的綠光。通過與PET基底制備同樣OLED器件對照， 發(fā)現(xiàn)CNF/PAR基底上制備的OLED器件，亮度、電流強(qiáng)度、電流效率和外部量子效率都要優(yōu)于PET基底上制備的OLED器件。這為CNF/PAR新基底材料有望在柔性O(shè)LED器件制備中展現(xiàn)應(yīng)用提供了有力證據(jù)。
圖7. 基底制備OLED器件應(yīng)用展示。
表S1 基底性能總結(jié)：CNF/PAR基底指標(biāo)與柔性O(shè)LED器件制作基底要求指標(biāo)對照表
小結(jié)
全文研究數(shù)據(jù)表明，該文制備的CNF/PAR基底滿足柔性O(shè)LED器件制作的苛刻要求，隨著該材料性能的進(jìn)一步完善，有望為OLED可折疊顯示器件提供高質(zhì)量、低成本的新的柔性基底。
參考文獻(xiàn)
Jinsong Tao et al. Highly Transparent， Highly ThermallyStable Nanocellulose/Polymer Hybrid Substrates for Flexible OLED Devices. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020.
DOI: 10.1021/acsami.0c01048
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c01048
