含芴基透明聚酰胺酰亚胺的制备：兼具高玻璃化转变温度与优异尺寸稳定性的柔性显示基底材料

为满足柔性AMOLED基底对材料耐高温（Tg>450 ℃）和低热膨胀系数（CTE）的严苛需求，研究人员设计合成了含芴基与酰胺基的二元胺单体（FDAADA/SBFADA），与三种二酐（CpODA/6FDA/BPAF）共聚制备透明聚酰胺酰亚胺（PAIs）。所得材料Tg达423-468 ℃，CTE低至36.1 ppm/K，透光率（T400）最高85%，兼具优异热稳定性与光学性能，为柔性显示器件提供了理想基底解决方案。

　　

随着折叠屏手机、可穿戴设备的兴起，柔性显示技术对基底材料提出了前所未有的挑战。传统聚酰亚胺（PI）虽具有优异耐热性，却因分子链间强电荷转移复合物（CTC）效应导致黄褐色外观，难以满足透明显示需求。更棘手的是，低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFT）工艺要求基底材料能承受450℃高温，而现有透明PI往往通过引入脂环结构或不对称单元牺牲热性能换取透光率。如何平衡“高透明”与“超耐热”，成为制约柔性AMOLED发展的关键瓶颈。

中国科学院的研究团队独辟蹊径，将目光投向兼具刚性芴基与氢键网络的聚酰胺酰亚胺（PAIs）。通过设计两种新型二胺单体——含双芴基的FDAADA和螺环双芴基的SBFADA，分别与脂环二酐CpODA、氟化二酐6FDA及芴基二酐BPAF共聚，成功制备出系列透明PAI薄膜。研究采用红外光谱（FTIR）验证酰胺键形成，热重分析（TGA）和动态机械分析（DMA）测定热性能，紫外可见光谱（UV-Vis）评估透光率，并通过拉伸试验机测试力学性能。

材料合成与结构表征
FDAADA通过芴二胺与硝基苯甲酰氯的酰胺化及后续还原反应获得，SBFADA则利用螺二芴硝化后转化为氨基化合物。核磁共振（¹H NMR）证实单体结构纯度，FTIR显示所有PAI在1778 cm^-1（酰亚胺C=O）和1650 cm^-1（酰胺I带）处特征峰，表明成功构建杂化主链。

热性能突破
含螺环结构的SBFADA基PAIs展现出惊人热稳定性：PAI-4（SBFADA/BPAF）的T_g高达468℃，较传统PI提升近50℃。分子动力学模拟揭示，螺环结构限制主链旋转，而酰胺键形成的分子间氢键网络进一步抑制链段运动。值得注意的是，PAI-1（FDAADA/CpODA）在保持454℃高T_g同时，CTE仅36.1 ppm/K，接近硅晶圆水平（30 ppm/K），完美解决高温工艺中的基底翘曲难题。

光学与力学平衡
透光率数据呈现有趣规律：含脂环CpODA的PAI-1在400 nm处透光率达85%，而全芳香族BPAF基PAI-4降至66%。这证实脂环单元能有效抑制CTC效应，但芴基与酰胺键的协同作用仍使全芳香PAIs保持实用透明度。力学测试显示，所有PAI薄膜拉伸强度＞89 MPa，模量＞2.9 GPa，满足卷对卷加工要求。

结论与展望
该研究开创性地将芴基的空间位阻效应与酰胺键的氢键网络结合，首次实现T_g>450℃、CTE<50 ppm/K、T₄₀₀>60%的“不可能三角”。特别值得关注的是PAI-1和PAI-4的组合性能：前者适合高透光需求场景，后者适用于极端高温工艺。这种分子设计策略为柔性电子、航天透明防护材料等领域提供了新思路。未来通过调控芴基取代位点与酰胺键密度，有望进一步优化性能平衡点。

（注：全文数据与结论均源自《Materials Today Communications》刊载论文，技术细节已通过同行评议）