5月19日，華為推出全球首款鴻蒙折疊屏電腦MateBook Fold非凡大師，盡管23999的起售價頗為“感人”，但科技圈和IT狂熱分子們依然為之一振。這款電腦以超輕薄折疊設計驚艷眾人，展開時是18英寸的震撼大屏，提供沉浸式體驗，而折疊后秒變13英寸小巧便攜設備。整機僅1.16kg重，厚度薄至7.3mm。Flod的出色外觀與強大性能，展現(xiàn)了華為及其產(chǎn)業(yè)鏈在設計、材料和工藝等領域的深厚功底。其中，智能高分子材料功不可沒。

 

標題圖：鴻蒙折疊屏電腦MateBook Fold非凡大師
© 華為

FOLD的顯示屏采用創(chuàng)新復合抗沖結構，使用的碳纖維支撐層屬于高分子復合材料（標題圖），大大提升了抗沖擊能力。同時，屏幕還采用了創(chuàng)新的非牛頓流體表面層，這是一種特殊的智能高分子材料。非牛頓流體表面層通過多層復合結構，將反射率降至2%。中間緩沖層使用微米級超薄高分子材料，提升抗沖擊能力；高強度碳纖維支撐層以航空級材料為核心，抗形變能力達380GPa，減輕48%重量，確保屏幕在頻繁折疊后依然能“展開如鏡，閉合無縫”。

華為MateBook Fold非凡大師的這些智能高分子材料應用，無疑是該領域的一次創(chuàng)新突破，也讓我們看到智能高分子材料在推動下一代電子設備發(fā)展上蘊含的巨大潛力，由此開啟我們對其深入探討的篇章。

智能高分子材料的定義

隨著電子設備愈發(fā)朝著緊湊、靈活和可穿戴方向發(fā)展，材料供應商面臨著越來越大的壓力，需要超越傳統(tǒng)的局限。從可折疊顯示屏和電子皮膚貼片到生物傳感器和智能紡織品，對耐用、高效和動態(tài)功能材料的需求正在迅速增長。

智能高分子材料（Smart Polymers）在熱、光、機械應力或電場等外部刺激下表現(xiàn)出可預測的響應，成為下一代電子的關鍵賦能器。這些聚合物具有形狀恢復、導電、自修復和介電調(diào)制等多種特性。與被動材料不同，智能聚合物提供了動態(tài)適應性，使電子組件重量更輕、響應更迅速，并能更好地與物理環(huán)境和諧相處。在電子產(chǎn)品領域，智能高分子材料的應用正在不斷增長，包括可穿戴技術、軟體機器人、傳感器和能源系統(tǒng)。

 

智能高分子材料的類型

導電聚合物，如聚苯胺（PANI），結合了導電性和機械柔韌性，使它們在印刷電子和柔性電路中至關重要。這些材料在低溫加工中表現(xiàn)出積極效果，并且與可拉伸基材兼容，這對于可穿戴和可折疊設備來說是至關重要的。

 

圖1：形狀記憶聚合物 ©互聯(lián)網(wǎng)

 

形狀記憶聚合物（圖1），是另一個關鍵類別。這些材料在暴露于特定觸發(fā)因素（如熱或光）時可以恢復到預定形狀。形狀記憶聚合物被用于可展開傳感器和自適應外殼中，它們重塑和重置的能力可以用于結構重構或損傷恢復。

熱響應性聚合物，在溫度變化時會經(jīng)歷相變或體積變化。這種特性使其在熱調(diào)節(jié)和自愈涂層中得到應用，局部產(chǎn)生的熱量可以觸發(fā)聚合物流動來封閉裂縫或恢復電氣通路。

圖 2：鐵電特性曲線 © 互聯(lián)網(wǎng)

 

電活性和介電聚合物，具有壓電特性（在受到機械壓力時產(chǎn)生電壓，或施加電場時發(fā)生形變）和鐵電特性（在外加電場下自發(fā)極化，且極化方向可被電場翻轉，見圖2），能夠進行能量收集、機械驅動和響應性傳感，如聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（PVDF-TrFE）和聚二甲基硅氧烷（PDMS），被用于可拉伸儲能設備和電容器中。它們的高介電常數(shù)和靈活性使它們能夠替代應用在需要物理柔順性和電氣性能的系統(tǒng)中的傳統(tǒng)陶瓷絕緣體。

光響應聚合物，平添了另一層寶貴的使用價值，特別是在光電設備中。含有偶氮苯或苯并惡嗪環(huán)結構的聚合物在光照下表現(xiàn)出可逆的結構變化。應用包括了光控制開關、智能窗戶和光子傳感器。

 

智能高分子材料的的應用領域

智能高分子材料的在多種電子設備中具有廣泛的實際和潛在用途。

在可穿戴和柔性設備中（圖3），這些材料作為基底、封裝材料和功能層。它們還能夠適應人體的曲率和運動。它們不僅提供機械舒適性，還可實現(xiàn)功能的集成。生物傳感、熱管理以及響應性驅動是其中的一些例子。

 

圖3：電子手表 ©互聯(lián)網(wǎng)

在傳感器技術中，智能高分子材料有助于開發(fā)出能夠檢測溫度、應變、壓力或化學環(huán)境變化的響應層。這些傳感器被用于醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測和軟體機器人系統(tǒng)。這些材料能夠將物理刺激轉化為電信號，反之亦然，這使它們成為人機界面中的關鍵部件。

在能源系統(tǒng)中，介電聚合物被用于柔性電容器和印刷電池（類似印刷電路板PCB），幫助為自包含自主裝置設備（能夠獨立運行、無需外部干預或持續(xù)依賴外部系統(tǒng)即可完成特定功能的智能設備）供電。它們在保持能量密度的同時能夠與非平整表面貼合的能力，對于下一代低剖面、便攜式電子設備來說意義非凡。

一個更為小眾專業(yè)的應用——智能聚合物與生物集成系統(tǒng)的結合，也為受電控的藥物輸送打開了大門。例如，生物電子醫(yī)學領域正在探索使用電響應水凝膠按需釋放治療劑的可穿戴貼片。

智能聚合物通過自愈型（Self-heal）薄膜和涂層也有助于提升電子設備的耐用性和可持續(xù)性。這些材料可以自主修復微裂紋或應力損傷，防止精密系統(tǒng)失效，并減少更換或維修的需求。這種能力在消費類電子產(chǎn)品和航空系統(tǒng)中尤為重要，因為這些地方機械耐久性是必不可少的。

 

國內(nèi)外創(chuàng)新實踐案例

面向電子產(chǎn)品領域，有多家企業(yè)正在引領著智能高分子材料的創(chuàng)新。

國內(nèi)企業(yè)在這一領域已嶄露頭角。深圳市蘇爾智能新材料科技有限公司專注于智能材料研究與應用，擁有自主知識產(chǎn)權及發(fā)明專利的P4U系列智能減震吸能產(chǎn)品，其研發(fā)的P4U智能柔性彈性體凝膠達到世界領先水平，產(chǎn)品面向電子消費品、精密儀器設備、軍用、警用及勞保防護產(chǎn)品等多領域。

雙星新材作為致力于研制功能性高分子材料，主要產(chǎn)品有光學材料、新能源材料、聚酯功能膜材料等新型材料。其拳頭產(chǎn)品之一的光電顯示系列信息材料包含多種規(guī)格導電膜、IM基膜、電致色變膜、硬化膜等15種產(chǎn)品，主要應用于觸摸面板、平板、手機等領域，在行業(yè)內(nèi)處于領先水平，成為多家知名品牌制造公司首選材料供應商。

 

圖4：由東麗推出的Reactis ©東麗

國外企業(yè)同樣成果豐碩。2024年，東麗（Toray）公司推出了Reactis，一款具有高介電常數(shù)的可拉伸薄膜系列產(chǎn)品（圖4），通過拉伸實現(xiàn)獨特的柔軟性和變形后的恢復特性。這些材料專為可穿戴電子設備和軟體機器人而設計。軟體機器人是一類由柔性材料（如硅膠、彈性體、水凝膠等）制成的機器人，其設計靈感來源于自然界中的軟體生物（如章魚、蠕蟲、水母等），具有高柔韌性、環(huán)境適應性和人機交互安全性。即使在劇烈形變時，Reactis也能提供可靠的性能。

 

圖5：杜邦公司推出的Pyralux ML系列層壓板©杜邦

杜邦公司持續(xù)擴展其Pyralux ML系列層壓板（圖5），該系列將Kapton聚酰亞胺薄膜與氟化乙烯丙烯（FEP）結合在一起。這些材料于2024年推出，專為高可靠性航空和電動汽車應用中的柔性印刷電路板設計。盡管從狹義上來講這些材料并不是刺激響應型的，但它們展示出了在柔性電子設備中使用具有高介電和耐熱性能的工程聚合物。

Epicore Biosystems公司已經(jīng)商業(yè)化了一款汗液感應可穿戴貼片，這是其Connected Hydration（意為“連接式補水”）平臺的一部分。該貼片使用了基于生物相容性水凝膠的智能聚合物，能夠對濕度和溫度的變化做出反應。同時，該貼片能實時監(jiān)測汗液量和電解質(zhì)濃度的損失，并在必要時建議補充流體損失。該產(chǎn)品在2024年因其卓越設計獲得了紅點（Red Dot）獎。

Embr Labs公司推出了第二代智能溫控腕帶Embr Wave 2，該腕帶能夠為皮膚傳遞溫熱和冷卻的感覺。該公司尚未透露該設備中使用的聚合物的詳細信息，但不難知道的是，該腕帶依賴于熱響應聚合物系統(tǒng)來調(diào)節(jié)熱感知。

上述這些例子展示出在塑造電子產(chǎn)品未來當中，智能高分子材料扮演日益重要的角色，不單是功能的實現(xiàn)者，更是下一代電子產(chǎn)品形態(tài)的關鍵定義元素。

 

智能高分子材料面臨的挑戰(zhàn)

盡管具有巨大的潛力，但在電子領域中廣泛使用智能高分子材料并非沒有障礙。許多智能高分子材料必須在高度受控的條件下合成。此外，它們的性能可能會因環(huán)境暴露而變化。確保熱穩(wěn)定性、化學耐受性和長期可靠性仍然是在實際應用中面臨的主要挑戰(zhàn)。

可擴展性也是一個麻煩。實驗室規(guī)模的演示展現(xiàn)出了令人印象深刻的功能性，但將這些技術應用于商業(yè)生產(chǎn)需要在材料處理、印刷技術和成本效率方面取得顯著進展。此外，與正在進行的電子制造工藝集成在一起，要求聚合物與標準的沉積、圖案化和封裝工作流程實現(xiàn)兼容。

 

未來趨勢

盡管如此，智能高分子材料的未來前景依然顯得相當樂觀。隨著在刺激響應、多功能性和可擴展處理方面的突破不斷涌現(xiàn)，我們可以期待看到超個性化電子產(chǎn)品的激增，從自調(diào)節(jié)健康監(jiān)測器到智能包裝和自主修復系統(tǒng)。最后，智能聚合物與軟體機器人技術、神經(jīng)電子學和量子傳感等新興技術的結合將拉闊技術和商業(yè)可行性之邊界。

隨著在發(fā)現(xiàn)AI人工智能輔助材料、基于機器學習的預測性建模、以及仿生設計等方面的發(fā)展，智能聚合物工程的創(chuàng)新步伐正在提速。對更加具有個性、適應性和韌性的電子設備的需求在不斷增長，智能聚合物也有望發(fā)揮出多元化且核心的作用。

電子產(chǎn)品的未來在于更快與更小。同時，它也與更智能、更直觀的材料息息相關。智能高分子材料將在這種演變中發(fā)揮核心作用，推動那些不僅為人類服務、還能與人類無縫協(xié)同發(fā)展的電子設備。

 

來源：榮格-《國際塑料商情》

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