四川大学高分子科学与工程学院团队报道了一种有机-无机共价-离子杂化网络的多功能涂层，该涂层以单一涂层形式集成了光学、抗静电、防油污、柔性、耐刮擦性和化学可回收性，克服了柔性触控显示器制备工艺和材料结构的复杂性问题。该工作详细表征了涂层在柔性显示领域的应用效果，并借助氟离子对硅氧烷的重组作用，实现了涂层的闭环化学回收，为新型多功能合一材料的设计提供了新的思路。
随着触控屏技术的不断发展，对保护盖板材料的要求越来越高，需要具有高透明度、适宜的表面电阻率、耐刮擦性、柔韧性和防油污性能。然而，目前主流方法存在制备工艺复杂和材料结构繁琐的问题，阻碍了柔性触控显示器的发展。
四川大学高分子科学与工程学院团队报道了一种有机-无机共价-离子杂化网络的多功能涂层，该涂层能够在单一涂层中集成多种功能，具有优异的光学、抗静电、防油污、聚合物般的柔性、陶瓷般的耐刮擦性以及化学可回收性。
该团队借助氟离子对硅氧烷的重组作用，利用四丁基氟化铵将三氟丙基多面体寡聚倍半硅氧烷（FPOSS）和1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3,3,3-三氟丙基)环三硅氧烷（FD 3 ）重组得到高度交联的有机-无机共价-离子杂化网络。
该涂层相较于超薄玻璃（UTG）、聚酯膜（PET）和CPI具有更高的静电耗散速率，并且在多次的摩擦起电过程中材料的表面电势也不会有明显变化。此外，该涂层还具有高透明度、低表面能、优异的柔性、高硬度、高弹性回复和低摩擦系数。
该团队进一步借助氟离子对硅氧烷的重组作用，实现了多功能合一涂层的闭环化学回收。经过多次循环的多功能合一涂层在组成和结构上没有明显变化，在电学、光学、机械性能和表面性质上也没有明显变化，有助于减少电子产品快速更新换代过程中的电子垃圾堆积。
为保证清晰的图像显示和准确的触控识别，触控屏的保护盖板必须具有较高的透明度和适宜的表面电阻率（10
6
~10
12
ohm sq
-1
），以防止表面电阻率超过10
12
ohm sq
-1
时静电在表面积聚而引起静电放电和电器故障，和表面电阻率低于10
6
ohm sq
-1
时电容式触控识别的失效。同时，保护盖板材料具有额外的优异耐刮擦性、柔韧性和防油污性能在新兴的柔性显示器中备受关注。目前，业界采用的主流方法是多种功能层复合（如柔性基底、柔且硬的涂层、抗静电层和防油污层）以实现柔性保护盖板所需的多种功能。然而，这直接导致了复杂的制备工艺和材料结构，极大地阻碍了柔性触控显示器向更轻、更薄和多功能设计发展的趋势。为了克服这些限制，将所有这些功能集成到单一涂层中是备受期待的。
近日，
四川大学高分子科学与工程学院
傅强教授
和
韩迪副研究员
团队
报道了
一种有机-无机共价-离子杂化网络，它能够以单一涂层的形式将必要的多种功能集成到柔性显示器保护盖板中
。得益于其纳米尺度的有机-无机共价-离子杂化网络，该涂层兼具优异的光学、抗静电、防油污、聚合物般的柔性、陶瓷般的耐刮擦性以及化学可回收性，为制备多功能合一涂层的设计与制备提供了新思路。该工作以“Organic–Inorganic Covalent–Ionic Network Enabled All–in–One Multifunctional Coating for Flexible Displays”发表在
Nature Communications
（DOI：10.1038/s41467-024-54083-7）上。文章第一作者为四川大学高分子科学与工程学院博士生
林雄
，通讯作者为四川大学高分子科学与工程学院
傅强
教授和
韩迪
副研究员。
图1
多功能合一涂层的设计和制备
在这项工作中，该团队借助氟离子对硅氧烷的重组作用，利用四丁基氟化铵将三氟丙基多面体寡聚倍半硅氧烷（FPOSS）和1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3,3,3-三氟丙基)环三硅氧烷（FD
3
）重组得到高度交联的有机-无机共价-离子杂化网络（图1）。在该体系中，自由离子用于调控材料的表面电阻率，同时纳米尺度的有机-无机共价-离子杂化网络和低表面能的基团（即三氟丙基）确保材料优异的光学、抗静电、机械和防油污性能。
图2
多功能合一涂层的外部和内部静电保护性能
该团队详细地表征了该涂层在柔性显示领域的应用效果。首先，该涂层相较于超薄玻璃（UTG）、聚酯膜（PET）和CPI具有更高的静电耗散速率，并且在多次的摩擦起电过程中材料的表面电势也不会有明显变化（图2）。同时，多功能合一涂层具有较高的透明度（99.6%，550 nm），低表面能，优异的柔性（低有效模量
E
*
，2.25 GPa；弯折曲率半径<1.5 mm），高硬度（>7H），高弹性回复（
W
e
>80%）和低摩擦系数。该团队将该涂层与CPI薄膜结合得到复合薄膜，确保了高透明度，并且同时大幅地提高了CPI薄膜的防油污、耐刮擦、抗静电性能（图3）。
有趣的是，该团队进一步借助氟离子对硅氧烷的重组作用，实现了多功能合一涂层的闭环化学回收（图4）。经过多次循环的多功能合一涂层不仅在组成和结构上没有明显变化，在电学、光学、机械性能和表面性质上也没有明显变化，可在一定程度上减少电子产品快速更新换代过程中的电子垃圾堆积。
