携帯電話が曲がってしまう心配はありません!携帯電話を曲げずに曲げられる「金のフィルム」について学ぶ

最近、サムスンは第5世代の折りたたみ式スクリーン携帯電話をリリースし、大きな注目を集めています。折りたたみ式スクリーンの携帯電話の最大の利点は、柔軟に折りたためることです。スクリーンは剛性を保ちながら、変形することなく複数回曲げることができます。折りたたみ式スクリーンの携帯電話にこの特性を与える素材は何ですか?

フレキシブルディスプレイは、その構造によりフレキシブル基板、ディスプレイメディア、薄膜パッケージに分けられます。折りたたみ技術の鍵は、フレキシブル基板の開発にあります。折り畳み性を実現するために材料と技術をどのように使用するかが、研究プロセスにおける重要な技術です。折りたたみ式スクリーンの携帯電話に使用されているコア素材は透明ポリイミドです。ポリイミドの分子構造は非常に安定した芳香族複素環を含み、分子構造はコンパクトで、分子間力と分子内力が強いです。これらの利点により、耐高温・耐低温性、低誘電率、微細回路加工の容易性など、他のポリマー材料では代替できない優れた特性が得られます。ポリイミドフィルムは、その独自の利点により総合性能が最も優れた有機ポリマー材料の 1 つと考えられており、多くの先進国の中長期開発計画に組み込まれています。

折りたたみ式スクリーンの携帯電話に使用されている素材は、従来のポリイミドフィルムではなく、特定の処理によって得られた透明ポリイミドフィルムです。ポリイミドの分子構造は分子間結合力が強いため、電荷移動錯体を形成しやすいです。この物質は、材料が光を吸収し、従来のポリイミドフィルムが淡い黄色に見える主な原因の 1 つであり、折りたたみ式スクリーンの携帯電話に直接使用できないのは明らかです。研究者らは、分子構造に他の基を導入して分子間力を低減し、電荷移動錯体の形成を減らすことでポリイミドを最適化し、折りたたみ式スクリーンの携帯電話に使用するための無色透明のポリイミドフィルムを作製した。この技術的改善により、従来のポリイミドフィルムの色の欠点が克服されるだけでなく、優れた性能も維持されます。これは、透明ポリイミドが折りたたみ式スクリーンの携帯電話のコア素材となった秘密でもあります。

ポリイミドフィルム自体は多くの優れた特性を持っていますが、価格が高く、技術的な障壁が高いため、「ゴールデンフィルム」と呼ばれています。現在、ポリイミドは特殊エンジニアリング材料の一つとして、「21世紀で最も有望なエンジニアリングプラスチック」として知られており、航空宇宙、マイクロエレクトロニクス、繊維などの分野で優れた性能を発揮しています。

ポリイミドは分子構造が緻密で分子間の結合力が強いため、ガラス転移温度が高く、低温環境でも高い分子運動性を維持でき、良好な物理的特性を維持します。宇宙の真空と高温および低温環境は、宇宙船の保護外層に厳しい要件を課し、ポリイミドフィルムはその独自の利点により、宇宙船外層に適した材料となっています。

ミサイルに搭載された集積回路が放射線にさらされると、ミサイルに接続されたコンピューターに論理エラーが発生する可能性がある。ポリイミドは、多くの材料の中でも耐薬品性と耐放射線性に優れています。電子産業の発展に伴い、高性能ポリイミドフィルムはマイクロエレクトロニクスの製造とパッケージングの重要な材料となり、超大規模集積回路やフレキシブルパッケージング基板に広く使用されています。

繊維に関しては、ポリイミド繊維は主に軍事市場で使用され、民間市場も開拓されています。ポリイミド自体は難燃性が高く、発煙率も低く、自己消火性のある素材です。ポリイミド繊維で作られた不織布は、難燃性衣料に最適な繊維素材です。日常生活において、ポリイミド素材は難燃性作業服や防火毛布にも最適です。宇宙船に使用されている多層断熱材をシンプルに改良したのが、民間版の緊急用ブランケットです。宇宙船のものと同等の機能を持ち、人体から放出される赤外線を効果的に反射して、緊急時に体温を維持できます。

ポリイミドは発見されて以来、ポリマー材料の中でも「人気商品」となっています。それは多くの用途に見られ、科学技術の発展と人類の生活に多大な貢献をしてきました。しかし、他のポリマーと比較すると、その製造コストと技術的障壁は依然として高すぎるため、コストを削減し、研究開発を開発する方法を見つけることが、今後の重要な研究方向の 1 つです。

（第一著者は西北師範大学の教授および博士課程の指導者であり、第二著者は西北師範大学の修士課程の学生である）