关键词：薄膜；聚酰亚胺；苯并咪唑；铜离子；配位结构；点对面；耐热；尺寸稳定性；韧性；热膨胀
柔性基板是新型柔性显示器件的重要组成部分，具有良好综合性能的高韧性聚酰亚胺（PI）薄膜，被认为是最有应用潜力的柔性基板材料。为进一步改善PI薄膜在苛刻环境下的热尺寸稳定性，研究人员提出了很多不同的方法，其中基于具有较低键能的氢键作用被认为是行之有效的策略。该方法可有效降低薄膜的热膨胀系数（CTE），并且对薄膜的韧性影响较小。然而，氢键作用在高温下易被破坏，导致薄膜在高温下的热尺寸稳定性不够理想。
配位键是在有机配体与金属原子或离子之间形成的一种非共价键，其键能介于氢键和化学共价键之间。相比于氢键作用，如果在PI薄膜中构建多配位结构有可能实现更高温度下的热尺寸稳定性。特别是对于具有刚性主链的聚合物薄膜，引入点对点（point-to-point）形式的配位键无法有效提高韧性，而点对面（point-to-face）多配位结构则有望同时增强热尺寸稳定性和韧性。
近期，研究人员基于联苯二酐（BPDA）和苯并咪唑二胺（PABZ），通过在含苯并咪唑基团的PI薄膜中加入氯化铜（CuCl2），设计制备了具有点对面多配位结构的PICu薄膜。主链结构中的苯并咪唑单元作为配体，与Cu2+反应来构建相应的配位结构。
研究人员首先采用BPDA和PABZ聚合得到聚酰胺酸（PAA），之后将一定量的CuCl2溶液加入至PAA溶液中，涂膜后热酰亚胺化得到不同Cu2+含量的PICu薄膜。根据Cu2+与苯并咪唑单元的摩尔比，标号依次为PICu0~。
根据核磁、红外及荧光光谱结果，证实了在加入Cu2+的PICu薄膜中，配位结构是以苯并咪唑基团为配体。通过DMA和浓硫酸溶解试验，进一步表明薄膜中多配位结构的存在。由紫外可见光谱和模型化合物的分子模拟结果，最终确定了此种多配位结构为点对面的配位形式。
由于点对面多配位结构在高温下具有良好稳定性，PICu系列薄膜的玻璃化转变温度（Tg）呈增大趋势，并表现出优异的热尺寸稳定性。含有20mol％Cu2+的PICu20薄膜Tg升高至℃，在40~℃范围的CTE值为11.4ppm/K，比不含Cu2+的PICu0薄膜降低了94％。同时，经过三次40~℃的加热-冷却循环，PICu20薄膜的尺寸形变比PICu0薄膜降低了96％。
与PICu0薄膜的力学性能相比，经过20次循环拉伸后，PICu20薄膜的累积应变比下降了65％。此外，PICu20薄膜的拉伸强度和断裂伸长率分别为MPa和10.1％，断裂能提高到22.7MJ/m3，与PICu0薄膜相比分别提高了40％、45％和％。
研究还发现，PICu系列薄膜的吸水率随着Cu2+的加入而逐渐下降，PICu20薄膜的吸水率为3.81%，较PICu0薄膜的5.86%有了显著降低。此外，PICu系列薄膜还保持了良好的介电击穿强度，PICu20薄膜的击穿强度达到kV/mm。
研究结果表明，具有更大结合区域的点对面配位结构可在受力破坏后快速重建，因而显著提高了PICu20薄膜的韧性和低拉伸尺寸形变，以及高温℃下多次热循环的出色热尺寸稳定性。
研究成果发表在国际学术期刊CompositesPartB:Engineering（，：），第一作者和通讯作者分别是四川大学的Q.Yin和L.B.Luo、X.Y.Liu。
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