耐20萬次彎折！上海交大路慶華團隊Adv.Sci.：玻璃般硬，塑料般柔！——折疊屏手機的“貼身鎧甲”來了

分子橋接異質界面工程突破柔性顯示屏保護材料困境

柔性光電器件正加速推動智能終端向可折疊、可卷曲、可穿戴等全新形態演進。然而，在反復彎折、擠壓和摩擦等復雜機械力作用下，顯示模組往往會因防護不足而發生結構損傷甚至功能失效，這已成為制約柔性顯示技術可靠性與規模化應用的關鍵瓶頸。現有的顯示保護材料體系普遍面臨透明性、硬度與柔韌性等難以兼顧的性能悖論：無機玻璃雖堅硬但缺乏韌性，聚合物則反之，而傳統有機/無機復合體系又存在不期望的界面問題。因此，在單一材料體系中實現優異的光學、機械與長期結構穩定性的跨尺度統一，已成為柔性顯示器件領域亟待突破的關鍵科學與工程問題。

近日，上海交通大學路慶華教授團隊通過“界面相調控”策略，成功構筑了一種雙層結構的透明膜材料。該材料采用大尺寸的多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）作為硬涂層，無色聚酰亞胺（CPI）作為柔性基層，并通過熱引發界面共價鍵合實現二者的一體化集成。穩健而高強的相界面結構確保硬層與軟層各自固有優勢保留的同時，還促進跨界面協同功能的產生，從而在單一體系材料中實現了玻璃般硬度、聚合物般柔韌性以及陶瓷般耐磨性的協同共存，展現出>89.6%的透光率、7H鉛筆硬度、耐受超過500次鋼絲絨磨損循環的能力，且在1毫米彎曲半徑下經歷20萬次彎曲循環后不產生折痕。該研究不僅突破了長期困擾柔性顯示防護材料的性能瓶頸，也為調和材料的互斥性能提供了破局新思路。

2026 年3月19日，相關研究成果以“Molecularly Bridged Heterointerface Engineering: Designing Transparent, Wear-Resistant, Hard yet Flexible Optoelectronic Protective Film”為題，發表于學術期刊《Advanced Science》。上海交通大學路慶華教授與浙江理工大學向雙飛特聘副教授為論文的共同通訊作者，上海交通大學博士生陸輝揚為本文的第一作者。該研究得到了國家自然科學基金的支持。

圖1 POSS–CPI雙層透明材料的設計

研究團隊首先從性能解耦的角度出發，通過精準分離獲得了三種均含有甲基丙烯酸酯基但核心籠尺寸不同的POSS單體（T8-MMA、T10-MMA 和 T12-MMA）。基于三者在物理形態和反應特性上的差異，分別采用光或熱交聯的方式將其轉化為類玻璃的雜化材料（PT8MMA、PT10MMA 和 PT12MMA）。隨后，系統評估了這些材料的光學、表面和機械性能（圖2，3）。交聯網絡及表面孔結構的差異導致透明性與柔韌性隨POSS籠尺寸增大而降低，而硬度與疏水性則呈現相反趨勢。由此，研究建立了清晰的“結構–性能”映射關系，為后續材料的導向化應用奠定了理論基礎。

圖2 類玻璃POSS硬涂層的制備

圖3 類玻璃POSS硬涂層的光學及表面性能

圖4 類玻璃硬涂層的機械性能

在三種POSS涂層體系中，PT10MMA展現出綜合最優的性能組合（圖4），包括：550 nm波長處透光率>90%，鉛筆硬度達9 H，可耐受1000次鋼絲絨磨損循環，彈性回復率We= 85%和彎折半徑R= 0.55 mm（涂覆于CPI薄膜上），這些指標使其極具作為柔性光電器件防護層的應用潛力。然而，研究同時發現PT10MMA與CPI基材之間會出現自發分層現象。這種由界面粘附力不足導致的異質界面失效是制約類玻璃硬質材料在柔性顯示領域規模化應用的核心挑戰之一，凸顯了對界面工程進行根本性改進的必要性。

圖5“軟—硬”雙層結構膜的制備及結構表征

為此，研究團隊巧妙地將PT10MMA與熱敏性CPI共價鍵合，從而在分子尺度構建了具有“軟—硬”雙層結構的新型膜材料（CPI-PT10MMA）。多尺度結構和性能分析表明，該結構的異質界面強度>71.0 MPa，顯著優于依賴范德華力或氫鍵作用的涂層體系，保證了多尺度性能的協同優化（圖5，6）。該結構不僅有效避免了傳統物理界面層的粘附失效問題，還彌補了硬質涂層易脆以及柔性基材硬度不足的短板。進一步而言，高度穩定的納米相界面有利于應力的有效再分配，從而有效抑制了硬質涂層的早期失穩，并顯著提升了柔性基材的應變耐受能力。所以，CPI-PT10MMA膜具備近乎完全對折與形變回復能力，展現出的水滴形彎折模式也與當前主流的折疊顯示蓋板結構需求高度匹配。

圖6“軟—硬”雙層結構膜的結構穩定性評估

圖7“軟—硬”薄膜的服役性能評估

得益于穩健的異質界面工程策略，該雙層結構薄膜在保持材料單體優勢的同時，充分發揮了協同效應。最終，CPI-PT10MMA薄膜實現了>89.6%的透光率、7H鉛筆硬度、>500次鋼絲絨磨損循環，以及在70℃條件下應變回復率仍>90%。更值得注意的是，即使經過20萬次（R=1 mm）的彎折測試也沒有出現任何開裂、分層或永久屈服現象（圖7）。此外，該材料在低溫和富氧等極端環境下也具備優異的耐久性，進一步拓展了其應用場景。

該工作在單一材料體系中實現了光學透明性、柔韌性、穩定性、硬度和抗刮擦性之間的協同統一，展現出傳統超薄玻璃（UTG）和CPI材料難以比擬的綜合優勢。所以，該材料不僅有望推動可折疊顯示蓋板從多層的“三明治”結構向單層結構演進，也為新一代光電顯示技術提供了強大的材料設計平臺。

該項工作是團隊圍繞柔性顯示用“芯-屏光電功能材料”研究的延續。近年來，團隊在開展耐高溫、低膨脹、高模量和抗疲勞透明柔性材料的開發方面取得系列進展：先后通過分子機械互鎖鏈策略開發了高強度和高韌性的CPI蓋板膜（Polymer, 2022, 259, 125358）；基于機器學習構建柔性顯示用透明蓋板CPI的分子機制（Adv. Funct. Mater. 2024, 34，2409143）；發展“軟-硬梯度”結構的新一代超薄柔性顯示用類玻璃薄膜（FlexMat, 2025, 2, 132）；以及提出分子預編程策略設計具有硬度、柔韌性、水/氧阻隔性能和抗反射性能的多功能POSS涂層（Prog. Org. Coat. 2026, 212, 109873）；

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https://doi.org/10.1002/advs.74911