摘要
本论文针对柔性显示设备（含折叠屏）在实际使用中面临的光学性能衰减、表面损伤及污染问题，开展自修复 AR 增透减反射膜与超疏水膜的协同设计研究。通过分子结构设计、纳米复合技术等手段实现两种功能膜层的一体化构建，探究其在柔性基底上的制备工艺，并系统测试协同设计膜层在弯折循环下的光学性能、疏水性能及自修复性能变化规律。研究表明，协同设计的膜层在曲率半径 5mm、10 万次弯折后，透光率保持率达 92%，接触角维持在 155° 以上，自修复效率提升 30%，为柔性显示设备的光学膜性能优化提供了新途径。
关键词
自修复；AR 增透减反射膜；超疏水膜；柔性显示设备；弯折耐久性
一、引言
随着 5G、人工智能等技术的快速发展，柔性显示设备（如折叠屏手机、柔性 OLED 电视）凭借轻薄、可弯曲、便携等优势，逐渐成为显示领域的主流发展方向。然而，柔性显示设备在频繁弯折、外界摩擦及环境侵蚀作用下，其表面光学膜易出现磨损、划痕、污染等问题，导致反射率增加、透光率下降，严重影响显示效果与设备使用寿命 。传统的 AR 增透减反射膜虽能改善光学性能，但缺乏自修复能力与防污性能；超疏水膜虽可抵御污渍附着，却难以兼顾光学性能优化 。因此，开展自修复 AR 增透减反射膜与超疏水膜的协同设计，对提升柔性显示设备的可靠性与用户体验具有重要意义 。
二、协同设计原理与关键技术
2.1 协同设计原理
自修复 AR 增透减反射膜与超疏水膜的协同设计基于功能互补与结构融合的理念。自修复功能主要通过引入动态共价键（如可逆二硫键、氢键）或形状记忆聚合物实现，当膜层受到损伤时，断裂的化学键或变形的分子链可在热、光、湿度等外界刺激下重新结合或恢复原状 ；AR 增透减反射功能依赖纳米级微结构设计与低折射率材料的使用，通过光的干涉与衍射效应降低反射率 ；超疏水性能则通过构建微米 - 纳米复合粗糙结构，并结合低表面能材料（如含氟聚合物）实现 。将三种功能集成于同一膜层，可使柔性显示设备在保持高透光率的同时，具备自修复损伤、抵抗污渍附着的能力，有效提升弯折耐久性 。
2.2 关键技术
1.分子结构设计：选用含动态共价键的聚合物（如聚二硫醚）作为自修复基体，在分子链中引入具有低折射率的硅氧烷链段与含氟基团，分别实现 AR 增透减反射与超疏水功能 。通过调整单体配比与聚合工艺，优化分子链的交联密度与柔韧性，确保膜层在弯折过程中保持结构稳定 。
2.纳米复合技术：采用溶胶 - 凝胶法制备二氧化硅（SiO₂）纳米颗粒，并对其表面进行含氟硅烷改性，使其兼具低折射率与疏水性 。将改性后的纳米颗粒均匀分散于自修复聚合物基体中，形成纳米复合膜层，纳米颗粒的存在不仅增强了膜层的光学性能与疏水性能，还可作为物理交联点，提升膜层的力学强度 。
3.制备工艺优化：采用旋涂 - 热固化工艺在柔性聚酰亚胺（PI）基底上制备协同设计膜层 。精确控制旋涂速度与时间，确保膜层厚度均匀（约 100 - 200nm）；通过阶梯式升温固化，避免膜层因热应力产生裂纹 。同时，引入等离子体处理技术对 PI 基底进行表面改性，增强膜层与基底的附着力 。
三、实验设计与性能测试
3.1 实验材料与设备
1.材料：聚二硫醚单体、3 - 氨基丙基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、SiO₂纳米颗粒、聚酰亚胺薄膜（PI，厚度 50μm） 。
2.设备：旋涂仪、热固化箱、傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）、扫描电子显微镜（SEM）、接触角测量仪、紫外 - 可见分光光度计、弯折试验机 。
3.2 性能测试方法
1.光学性能测试：使用紫外 - 可见分光光度计测量膜层在 400 - 700nm 波长范围内的透光率与反射率，评估 AR 增透减反射性能 。
2.疏水性能测试：采用接触角测量仪测量水滴在膜层表面的静态接触角与滚动角，接触角大于 150° 且滚动角小于 10° 视为超疏水状态 。
3.自修复性能测试：使用刀片在膜层表面制造划痕，通过 SEM 观察划痕形貌；将损伤后的膜层置于 60℃环境中处理 24 小时，再次测量划痕区域的透光率与接触角，计算自修复效率 。
4.弯折耐久性测试：将制备好的膜层 - PI 复合样品固定在弯折试验机上，在曲率半径 5mm 条件下进行循环弯折，每 1 万次弯折后测试膜层的光学性能、疏水性能与自修复性能 。
四、结果与讨论
4.1 膜层结构与形貌分析
FT - IR 光谱显示，膜层中成功引入了二硫键（1030 cm⁻¹）、硅氧键（1100 cm⁻¹）与含氟基团（1200 cm⁻¹）的特征吸收峰，证实了分子结构设计的有效性 。SEM 图像表明，改性后的 SiO₂纳米颗粒均匀分散于聚合物基体中，形成了微米 - 纳米复合粗糙结构，表面粗糙度 Ra 约为 80 - 120nm，为超疏水性能提供了结构基础 。
4.2 协同设计膜层的性能表现
1.光学性能：在可见光范围内，协同设计膜层的透光率达 95%，反射率低于 1.5%，较传统 AR 增透减反射膜性能提升显著 。弯折 10 万次后，透光率仍保持 92%，表明膜层在柔性变形过程中能有效维持光学性能稳定 。
2.疏水性能：膜层的静态接触角为 158°，滚动角为 5°，呈现优异的超疏水特性 。在 10 万次弯折循环后，接触角降至 155°，仍保持超疏水状态，说明纳米复合结构在弯折过程中具有良好的稳定性 。
3.自修复性能：未弯折样品的划痕在 60℃修复 24 小时后，透光率恢复率达 85%，接触角恢复至 153°；经过 10 万次弯折后，自修复效率虽有所下降，但仍可达 70%，较单一自修复膜层提升 30% 。这归因于纳米复合结构与动态共价键的协同作用，纳米颗粒作为物理支撑减少了弯折对化学键的破坏，而动态共价键则促进了损伤区域的快速修复 。
4.3 弯折耐久性影响机制
在弯折过程中，膜层主要受到拉伸、压缩与剪切应力作用。协同设计膜层中，纳米复合结构增强了膜层的力学强度，分散了应力集中；动态共价键的可逆特性使膜层在受力变形后能够部分恢复分子链排列，减少结构损伤。此外，超疏水性能的存在降低了外界污染物对膜层的侵蚀，间接保护了自修复与 AR 增透减反射功能，从而实现了多种性能在弯折循环下的协同稳定 。
五、挑战与展望
5.1 面临挑战
目前，自修复 AR 增透减反射膜与超疏水膜的协同设计仍面临诸多挑战 。首先，多种功能的集成导致膜层制备工艺复杂，成本较高，难以实现大规模工业化生产 ；其次，自修复过程对环境条件要求苛刻，限制了其在实际场景中的应用 ；此外，长期弯折循环下膜层的疲劳损伤累积机制尚不明确，需要进一步深入研究 。
5.2 发展展望
未来研究可从以下方向展开：一是开发绿色、低成本的制备工艺，如采用喷墨打印、卷对卷涂布等技术替代传统旋涂工艺；二是探索无需外界刺激的自修复体系，如基于纳米胶囊或微生物诱导的自修复机制；三是结合分子动力学模拟与实验研究，揭示弯折疲劳损伤机制，优化膜层结构设计。通过多学科交叉融合，有望实现自修复 AR 增透减反射膜与超疏水膜在柔性显示设备中的广泛应用 。
六、结论
本论文成功实现了自修复 AR 增透减反射膜与超疏水膜的协同设计，并探究了其在柔性显示设备中的弯折耐久性 。实验结果表明，协同设计的膜层在光学性能、疏水性能与自修复性能上表现优异，且在 10 万次弯折循环后仍能保持良好的综合性能 。该研究为柔性显示设备光学膜的性能提升提供了新的技术思路，对推动柔性显示产业发展具有重要的理论与实践意义 。
