新型氧化硅纳米纤维基透明柔性衬底的构筑及其性能调控与透光机理研究

透明柔性衬底是柔性OLED器件的关键组成部分。近年来，研制性能优良的新型柔性衬底成为了各国研究人员的关注重点。基于氧化硅纳米纤维本身具有的优良力学、光学、热学等性能，本申请提出了新型氧化硅纳米纤维/树脂复合薄膜型柔性衬底的研究。以天然矿物纤蛇纹石制备的氧化硅纳米纤维为原料，通过纤维成膜、真空浸渍等工艺实现复合薄膜的制备及参数优化，并阐明复合薄膜的形成过程及可控制备途径；继而研究复合薄膜的柔韧性、透光性、热稳定性、水氧阻隔性等关键性能，明确结构对性能的影响规律，实现复合薄膜关键性能的调控；最后从纳米纤维、纳米纤维膜、复合薄膜三个层面上开展理论研究，探讨结构对透光性能的影响机制，揭示复合薄膜的透光机理。该研究对拓展柔性衬底的制备方法、阐明复合薄膜结构对性能的影响机制、揭示复合薄膜的透光机理等研究具有重要的理论意义，其结果将为新型OLED柔性衬底的研制奠定基础，具有重要的应用前景。

本项目以氧化硅纳米纤维及其前驱体纤蛇纹石纳米纤维为增强相、以透明树脂为基材，系统研究了矿物纳米纤维/树脂透明复合薄膜的制备与性能。项目的主要研究内容为以下四个方面：（1）纳米纤维/树脂复合薄膜的可控制备与形成机制研究，在形成纳米纤维薄膜的基础上，通过真空浸渍引入树脂填充薄膜孔隙并继而固化得到透明的复合薄膜；（2）纳米纤维/树脂复合薄膜的关键性能及其调控行为研究，在获得不同复合薄膜的基础之上，对薄膜的光学、力学、热学、阻隔等性能进行表征，明确复合薄膜结构特征对其性能的影响机制；（3）纳米纤维/树脂复合薄膜透光机理研究，探讨复合薄膜的结构特点对透光性能的影响机制和机理；（4）其他拓展研究，开发了包括基于矿物纳米纤维的吸附材料与气凝胶等新材料。项目整体按计划进行，完成较好，取得了多项研究成果，具体包括：（1）优化了氧化硅纳米纤维的制备工艺，实现高纯度、大长径比、形貌均匀的氧化硅纳米纤维的批量制备；（2）设计并制作了纳米纤维薄膜的压滤制备装置，成功实现纳米纤维薄膜的高效率制备、厚度与致密度可控的制备；（3）开发了完整的纳米纤维/树脂复合薄膜的制备工艺，优化了浸渍过程，创新性地解决了复合薄膜平整成型与固化过程的难题，实现了复合薄膜厚度与纳米纤维含量的可控；（4）成功获得多种透明复合薄膜，该薄膜透明度高、力学强度与柔韧性好；（5）明确了纳米纤维与树脂间折射率的差异是影响透光性的关键因素，揭示了复合薄膜的透光机理，从实验和理论上确定了瑞利散射是决定复合薄膜透光程度的内在本质；（6）明确了复合薄膜的力学性能、热稳定性等，明晰了矿物纳米纤维含量对性能增强的影响规律和机制；（7）发现矿物纳米纤维经过改性之后，对于重金属阳离子有高效的吸附作用，在水处理领域有应用潜力；（8）提出了矿物纳米纤维气凝胶及其新颖的制备方法，可低成本高效率的实现纳米纤维气凝胶的制备。本项目所取得的研究成果将拓展矿物材料与复合材料等学科的研究内容，并具有一定的应用前景。