二氧化硅空心纳米粒子自发表面偏析构建低反射聚酰亚胺复合薄膜

本研究创新性地通过二氧化硅空心纳米粒子（SHN）在聚酰亚胺（PI）复合薄膜中的自发表面偏析，一步法制备具有不对称结构的抗反射功能薄膜。该策略利用SHN的低密度和高表面活性，实现表面粗糙化与折射率调控，显著降低反射率（AR）的同时保持高透光性和机械强度，为柔性显示和光学涂层提供了新方案。

　　

Materials

3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐（BPDA, 99.92%）和对苯二胺（PDA, 99%）分别由上海古创化工新材料有限公司和浙江安诺芳胺化学品有限公司提供。1,2-二甲基咪唑（DMIZ, 98%）和3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）购自阿拉丁试剂有限公司。二氧化硅空心纳米球（SHN）的甲醇悬浮液（20wt%）由宁波迪莱特材料有限公司提供。丙酮（99.5%）采购自国药集团化学试剂有限公司。

Synthesis of functionalized PAAS and preparation of PAAS-SHN

通过3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐（BPDA）与对苯二胺（PDA）在1,2-二甲基咪唑（DMIZ）水溶液中的聚合反应，合成了粘稠的浅黄色聚酰胺酸盐（PAAS）溶液。产物通过丙酮沉淀后经过过滤和干燥获得。¹H NMR谱（DMSO-D6, 图S1）的结构表征证实了成功聚合——羧基质子峰在13ppm处的消失以及咪唑鎓质子峰在8.5-9.5ppm处的出现印证了这一点。为了增强SHN与PAAS基质的相容性，使用APTES对SHN进行了表面功能化处理（图1a）。将功能化SHN的甲醇悬浮液与PAAS水溶液混合，通过超声处理获得均匀的PAAS-SHN混合浆料（图1b）。

Conclusions

本研究提出了一种一步自分层策略，用于制备具有低表面反射和高机械强度的PI/SHN不对称薄膜。采用水相工艺，将PI前体（APTES功能化的PAAS）与SHN的混合物浇铸到玻璃基板上，形成了独特的不对称形态。该薄膜具有富含SHN的粗糙顶表面和以PI为主的光滑底表面。这种自偏析是由SHN的低密度和高表面活性驱动的。光学测量显示，粗糙的顶表面反射率显著降低，而光滑的底表面则保持了高透光率。机械性能分析表明，SHN的加入提高了薄膜的弹性模量和硬度，这得益于PI和SHN的致密堆叠以及它们之间良好的界面相容性。这些发现为抗反射PI复合薄膜的结构设计提供了宝贵的见解，并强调了空心纳米粒子表面活性在决定薄膜形态和功能方面的关键作用。