由华为折叠屏PC出圈，看智能高分子材料如何驱动下一代电子设备之发展

5月19日，华为推出全球首款鸿蒙折叠屏电脑MateBook Fold非凡大师，尽管23999的起售价颇为“感人”，但科技圈和IT狂热分子们依然为之一振。这款电脑以超轻薄折叠设计惊艳众人，展开时是18英寸的震撼大屏，提供沉浸式体验，而折叠后秒变13英寸小巧便携设备。整机仅1.16kg重，厚度薄至7.3mm。Flod的出色外观与强大性能，展现了华为及其产业链在设计、材料和工艺等领域的深厚功底。其中，智能高分子材料功不可没。

 

标题图：鸿蒙折叠屏电脑MateBook Fold非凡大师
© 华为

FOLD的显示屏采用创新复合抗冲结构，使用的碳纤维支撑层属于高分子复合材料（标题图），大大提升了抗冲击能力。同时，屏幕还采用了创新的非牛顿流体表面层，这是一种特殊的智能高分子材料。非牛顿流体表面层通过多层复合结构，将反射率降至2%。中间缓冲层使用微米级超薄高分子材料，提升抗冲击能力；高强度碳纤维支撑层以航空级材料为核心，抗形变能力达380GPa，减轻48%重量，确保屏幕在频繁折叠后依然能“展开如镜，闭合无缝”。

华为MateBook Fold非凡大师的这些智能高分子材料应用，无疑是该领域的一次创新突破，也让我们看到智能高分子材料在推动下一代电子设备发展上蕴含的巨大潜力，由此开启我们对其深入探讨的篇章。

智能高分子材料的定义

随着电子设备愈发朝着紧凑、灵活和可穿戴方向发展，材料供应商面临着越来越大的压力，需要超越传统的局限。从可折叠显示屏和电子皮肤贴片到生物传感器和智能纺织品，对耐用、高效和动态功能材料的需求正在迅速增长。

智能高分子材料（Smart Polymers）在热、光、机械应力或电场等外部刺激下表现出可预测的响应，成为下一代电子的关键赋能器。这些聚合物具有形状恢复、导电、自修复和介电调制等多种特性。与被动材料不同，智能聚合物提供了动态适应性，使电子组件重量更轻、响应更迅速，并能更好地与物理环境和谐相处。在电子产品领域，智能高分子材料的应用正在不断增长，包括可穿戴技术、软体机器人、传感器和能源系统。

 

智能高分子材料的类型

导电聚合物，如聚苯胺（PANI），结合了导电性和机械柔韧性，使它们在印刷电子和柔性电路中至关重要。这些材料在低温加工中表现出积极效果，并且与可拉伸基材兼容，这对于可穿戴和可折叠设备来说是至关重要的。

 

图1：形状记忆聚合物 ©互联网

 

形状记忆聚合物（图1），是另一个关键类别。这些材料在暴露于特定触发因素（如热或光）时可以恢复到预定形状。形状记忆聚合物被用于可展开传感器和自适应外壳中，它们重塑和重置的能力可以用于结构重构或损伤恢复。

热响应性聚合物，在温度变化时会经历相变或体积变化。这种特性使其在热调节和自愈涂层中得到应用，局部产生的热量可以触发聚合物流动来封闭裂缝或恢复电气通路。

图 2：铁电特性曲线 © 互联网

 

电活性和介电聚合物，具有压电特性（在受到机械压力时产生电压，或施加电场时发生形变）和铁电特性（在外加电场下自发极化，且极化方向可被电场翻转，见图2），能够进行能量收集、机械驱动和响应性传感，如聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（PVDF-TrFE）和聚二甲基硅氧烷（PDMS），被用于可拉伸储能设备和电容器中。它们的高介电常数和灵活性使它们能够替代应用在需要物理柔顺性和电气性能的系统中的传统陶瓷绝缘体。

光响应聚合物，平添了另一层宝贵的使用价值，特别是在光电设备中。含有偶氮苯或苯并恶嗪环结构的聚合物在光照下表现出可逆的结构变化。应用包括了光控制开关、智能窗户和光子传感器。

 

智能高分子材料的的应用领域

智能高分子材料的在多种电子设备中具有广泛的实际和潜在用途。

在可穿戴和柔性设备中（图3），这些材料作为基底、封装材料和功能层。它们还能够适应人体的曲率和运动。它们不仅提供机械舒适性，还可实现功能的集成。生物传感、热管理以及响应性驱动是其中的一些例子。

 

图3：电子手表 ©互联网

在传感器技术中，智能高分子材料有助于开发出能够检测温度、应变、压力或化学环境变化的响应层。这些传感器被用于医疗诊断、环境监测和软体机器人系统。这些材料能够将物理刺激转化为电信号，反之亦然，这使它们成为人机界面中的关键部件。

在能源系统中，介电聚合物被用于柔性电容器和印刷电池（类似印刷电路板PCB），帮助为自包含自主装置设备（能够独立运行、无需外部干预或持续依赖外部系统即可完成特定功能的智能设备）供电。它们在保持能量密度的同时能够与非平整表面贴合的能力，对于下一代低剖面、便携式电子设备来说意义非凡。

一个更为小众专业的应用——智能聚合物与生物集成系统的结合，也为受电控的药物输送打开了大门。例如，生物电子医学领域正在探索使用电响应水凝胶按需释放治疗剂的可穿戴贴片。

智能聚合物通过自愈型（Self-heal）薄膜和涂层也有助于提升电子设备的耐用性和可持续性。这些材料可以自主修复微裂纹或应力损伤，防止精密系统失效，并减少更换或维修的需求。这种能力在消费类电子产品和航空系统中尤为重要，因为这些地方机械耐久性是必不可少的。

 

国内外创新实践案例

面向电子产品领域，有多家企业正在引领着智能高分子材料的创新。

国内企业在这一领域已崭露头角。深圳市苏尔智能新材料科技有限公司专注于智能材料研究与应用，拥有自主知识产权及发明专利的P4U系列智能减震吸能产品，其研发的P4U智能柔性弹性体凝胶达到世界领先水平，产品面向电子消费品、精密仪器设备、军用、警用及劳保防护产品等多领域。

双星新材作为致力于研制功能性高分子材料，主要产品有光学材料、新能源材料、聚酯功能膜材料等新型材料。其拳头产品之一的光电显示系列信息材料包含多种规格导电膜、IM基膜、电致色变膜、硬化膜等15种产品，主要应用于触摸面板、平板、手机等领域，在行业内处于领先水平，成为多家知名品牌制造公司首选材料供应商。

 

图4：由东丽推出的Reactis ©东丽

国外企业同样成果丰硕。2024年，东丽（Toray）公司推出了Reactis，一款具有高介电常数的可拉伸薄膜系列产品（图4），通过拉伸实现独特的柔软性和变形后的恢复特性。这些材料专为可穿戴电子设备和软体机器人而设计。软体机器人是一类由柔性材料（如硅胶、弹性体、水凝胶等）制成的机器人，其设计灵感来源于自然界中的软体生物（如章鱼、蠕虫、水母等），具有高柔韧性、环境适应性和人机交互安全性。即使在剧烈形变时，Reactis也能提供可靠的性能。

 

图5：杜邦公司推出的Pyralux ML系列层压板©杜邦

杜邦公司持续扩展其Pyralux ML系列层压板（图5），该系列将Kapton聚酰亚胺薄膜与氟化乙烯丙烯（FEP）结合在一起。这些材料于2024年推出，专为高可靠性航空和电动汽车应用中的柔性印刷电路板设计。尽管从狭义上来讲这些材料并不是刺激响应型的，但它们展示出了在柔性电子设备中使用具有高介电和耐热性能的工程聚合物。

Epicore Biosystems公司已经商业化了一款汗液感应可穿戴贴片，这是其Connected Hydration（意为“连接式补水”）平台的一部分。该贴片使用了基于生物相容性水凝胶的智能聚合物，能够对湿度和温度的变化做出反应。同时，该贴片能实时监测汗液量和电解质浓度的损失，并在必要时建议补充流体损失。该产品在2024年因其卓越设计获得了红点（Red Dot）奖。

Embr Labs公司推出了第二代智能温控腕带Embr Wave 2，该腕带能够为皮肤传递温热和冷却的感觉。该公司尚未透露该设备中使用的聚合物的详细信息，但不难知道的是，该腕带依赖于热响应聚合物系统来调节热感知。

上述这些例子展示出在塑造电子产品未来当中，智能高分子材料扮演日益重要的角色，不单是功能的实现者，更是下一代电子产品形态的关键定义元素。

 

智能高分子材料面临的挑战

尽管具有巨大的潜力，但在电子领域中广泛使用智能高分子材料并非没有障碍。许多智能高分子材料必须在高度受控的条件下合成。此外，它们的性能可能会因环境暴露而变化。确保热稳定性、化学耐受性和长期可靠性仍然是在实际应用中面临的主要挑战。

可扩展性也是一个麻烦。实验室规模的演示展现出了令人印象深刻的功能性，但将这些技术应用于商业生产需要在材料处理、印刷技术和成本效率方面取得显著进展。此外，与正在进行的电子制造工艺集成在一起，要求聚合物与标准的沉积、图案化和封装工作流程实现兼容。

 

未来趋势

尽管如此，智能高分子材料的未来前景依然显得相当乐观。随着在刺激响应、多功能性和可扩展处理方面的突破不断涌现，我们可以期待看到超个性化电子产品的激增，从自调节健康监测器到智能包装和自主修复系统。最后，智能聚合物与软体机器人技术、神经电子学和量子传感等新兴技术的结合将拉阔技术和商业可行性之边界。

随着在发现AI人工智能辅助材料、基于机器学习的预测性建模、以及仿生设计等方面的发展，智能聚合物工程的创新步伐正在提速。对更加具有个性、适应性和韧性的电子设备的需求在不断增长，智能聚合物也有望发挥出多元化且核心的作用。

电子产品的未来在于更快与更小。同时，它也与更智能、更直观的材料息息相关。智能高分子材料将在这种演变中发挥核心作用，推动那些不仅为人类服务、还能与人类无缝协同发展的电子设备。

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

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