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刘云圻：《本征柔性显示器：关键材料和器件》
2026-10-13 12:26:57
作者：刘云圻（中国科学院院士，复旦大学教授）
柔性电子产品的不断进步正塑造人们的生活，使其更加方便和舒适。在这一领域，互连和新型显示应用被公认为是未来的重要方向。然而，由于显示面板的尺寸和形状有限，开发本质上可弯曲显示器是一个巨大的科学和技术挑战。为了解决这一难题，关键是开发具有本质柔性的电极材料、半导体材料、介质材料以及相关的柔性晶体管驱动器和显示面板。
1、在机械变形下保持稳定导电性的电极对于可拉伸和可穿戴的电子器件具有至关重要的意义。
传统的金属氧化物，如氧化铟锡(ITO)和掺铝氧化锌(AZO)，常被用作柔性电子器件的电极材料。幸运的是，自从纳米技术出现以来，一些可伸缩的纳米级电极材料已经被提出，如碳纳米管(CNTs)、石墨烯、金属纳米线(MNWs)、导电聚合物(CP)及其杂化材料。这种导电纳米材料可以单独使用，也可以与其他聚合物结合使用，以获得具有本质柔性的电极材料。作者接下来从材料类别、制造方法和结构设计等方面对本质柔性电极材料进行详细的总结。
2、作为电子器件的重要组成部分，OSCs，特别是聚合物半导体，在本质柔性电子学方面显示出巨大的潜力。
OSCs的结晶度和分子堆积有助于改善其电性能，但对机械柔韧性和延伸性不利。现有的制备本质柔性OSCs的方法主要分为以下几类：通过结合共轭-断裂间隔基(CBs)和柔性链段来设计高分子链的结构，控制共轭聚合物的相对分子质量和区域规律性，以及与弹性体聚合物或分子添加剂混合。
3、与柔性电极和半导体材料不同，目前柔性介质材料的选择很少。
栅电介质靠近半导体层，对器件的电性能有很大影响。然而，传统的介电材料，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚(α-甲基苯乙烯)(P-α-MS)、聚乙烯醇(PVA)等，由于其脆性和刚性，不能满足本质柔性介质材料的要求。目前，常用的弹性体介电材料包括断裂伸长率高达800%的PU、断裂伸长率高达500%的PDMS以及断裂伸长率超过900%的SEBS。
4、柔性有机发光半导体(OESCs)分为三类：低可伸长性(<20%)的普通发光材料、软基诱导的高可伸长性发光材料(>30%)和本质可伸展的嵌段聚合物。如上所述，有机材料具有柔性和弹性，促进了可弯曲OLED显示器的发展。此外，这些材料依赖于形变的光电性质也为揭示载流子输运模型和发展形变诱导功能材料提供了一个原型。
5、固有的柔性电致发光器件具有良好的一致性和弹性响应，可以扩展显示平台在下一代电子行业中的应用，如可伸展智能显示器、可视化电子皮肤、生物医学成像。多功能的软材料和可伸缩的透明电极与发光半导体相结合，实现了本质上灵活的电致发光器件。
本文为刘云圻院士论文《Intrinsically flexible displays: key materials and devices》综述。
作者介绍：
刘云圻：物理化学家，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，复旦大学教授、博士生导师，中国科学院化学研究所研究员，中国化学会创始会士。兼任：科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任。刘云圻院士长期从事分子材料与器件的研究，发展了高性能分子材料的设计思想，提出了性能调控的新方法，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。研究生长高质量单晶石墨烯，制备氮掺杂的石墨烯以及对石墨烯电学性能的调控，发展出在介电层上直接生长石墨烯的新方法。发表SCI论文600余篇，他引3万余次，h因子大于80，获授权中国发明专利70项，出版专著两部及19章节；在国内外学术会议上做大会/邀请报告150余次。2007、2016年获国家自然科学二等奖各一项，2017年获北京市科学技术一等奖一项，十次获中国科学院优秀导师奖等。2014-2018年连续5年入选汤森路透全球“高被引科学家”。
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