1 февраля 2020 года Samsung представила первый в мире складной стеклянный телефон: Galaxy Z Flip . Компания Samsung заявила, что нарушила законы физики , изогнув стекло, в частности, сделав «переход от полимерных экранов к технологии ультратонкого стекла».

Samsung заставил его звучать так, как будто он изобрел новую фирменную форму стекла, а компания даже окрестила его Samsung Ultra Thin Glass (UTG). «Мы сделали невозможное и создали сверхтонкое стекло, которое складывается», - говорится в презентации компании, добавляя, что «оно защищает ваш экран от царапин».

Но, как мир увидит несколько дней спустя, физику не так легко игнорировать.

GIF: Samsung

Эксперты по стеклу могли бы предупредить вас о том, что произошло дальше, когда выяснилось, что предполагаемый «скачок» от Samsung использует полимер и его легко поцарапать . Пылезащитный «волоконный экран» Samsung сразу же провалил агрессивное испытание на пыль , и претензии компании в отношении стекла теперь отступили к нелепому слогану «жесткий, но нежный».

Но Samsung не лгал насчет основного нововведения: Galaxy Z Flip - это действительно складной стеклянный телефон. Просто стекло фактически изготовлено немецким производителем Schott, оно имеет мягкий, царапающийся пластиковый слой сверху, и, надеюсь, будущие складные стеклянные телефоны не потребуют такой дополнительной защиты.

Чтобы понять почему, вы должны сначала понять, как стекло может складываться вообще.

ГИБКОЕ СТЕКЛО РЕАЛЬНО

Если я честен, я все еще сам оборачиваюсь вокруг этого. Стекло хрупкое; даже если вы сами никогда не разбивали стекло, вы точно знаете, как оно звучит, когда оно разбивается. Трудно даже представить, как такой хрупкий материал можно превратить в сгибаемый раскладной телефон, поэтому я не удивлен, когда Samsung столкнулась с обвинениями в том, что ультратонкое стекло Galaxy Z Flip может вовсе не быть стеклом .

И все же физика складывания стекла удивительно проста, по словам двух материаловедов, а также представителей Gorilla Glass производитель Corning и самого Шотта. Короткая версия: практически все можно согнуть, если сделать его достаточно тонким.

«Все материалы, о которых мы знаем, что они очень жесткие, могут быть в некоторой степени изогнуты», - говорит доктор Шотт Матиас Мидлак, химик, который сейчас ведет развитие бизнеса для ультратонкого стекла компании. «Если вы думаете о древесине, 2х4 нельзя согнуть, но если вы расколоть очень мелкий кусок […] то же самое относится и к стеклу», - сказал он мне в конце прошлого года. В то время как нормальное оконное стекло может не согнуться перед разрушением, на самом деле достаточно тонкой стеклянной ленты.

Когда вы сгибаете материал, стекло или что-то другое, то, что вы делаете, это естественное растяжение материала на внешней стороне вашего изгиба - и даже стекло имеет некоторую гибкость. «Можно представить себе металлическую пружину между каждыми двумя атомами и пружину, растягивающуюся, когда вы растягиваете два атома», - говорит Эркка Франкберг , научный сотрудник Университета Тампере, который изучает нетрадиционные формы стекла.

Основная проблема: вы можете растягивать химические связи материала только до того, как он разрушится, концепция, известная как прочность на разрыв. Но если вы используете более тонкий лист стекла, вы растягиваете меньше материала через одно и то же пространство, сгибая меньше слоев и вытягивая меньше химических связей, говорит Мидлак. Это создает меньшую растягивающую нагрузку на стекло, позволяя вам сгибать его сильнее, прежде чем оно защелкнется. По словам доцента кафедры материаловедения MIT Джуеджуна Ху (Juejun Hu) , истончение стекла является одним из «двух основных приемов» его изгиба , потому что студенты-физики узнают, что растягивающая деформация линейно зависит от толщины.

Эксперты утверждают, что когда вы опускаете стекло толщиной менее ста микрон - примерно до толщины человеческого волоса - тогда оно может сгибаться достаточно далеко для основных складывающихся гаджетов. Если вам нужен телефон, который складывается внутрь без огромного зазора, мы говорим о десятках микрон. Вспомните алюминиевую фольгу.

Та тонкость уже возможна со стеклом, которое существует сегодня. Я прикоснулся к 70-микронному листу стекла Шотта четыре года назад и согнул его своими руками . Samsung утверждает, что Z Zip Flip использует стекло толщиной 30 микрон, а Шотт говорит, что в лаборатории он также сократился до 25 микрон. И Корнинг, и Шотт используют несколько сходные методы, каждый из которых создает плавающий стеклянный лист в воздухе, вытягивая тонкие ленты расплавленного стекла из чанов специальной формы .

Но худого недостаточно. Второй «главный трюк» для сгибаемого стекла состоит в том, чтобы укрепить его от недостатков, особенно на поверхности, где они могут привести к катастрофическим разрушениям при напряжении стекла. Эксперты считают, что крошечный воздушный пузырь, пылинка или крошечная царапина в процессе производства или обработки могут быть достаточными для разрушения сгибаемого стекла. «Все напряжения, которые вы производите в стекле, имеют тенденцию концентрироваться на этих небольших дефектах, и именно здесь это приведет к разрушению», - говорит Франкберг.

Именно здесь могут использоваться химические ванны и термообработки для укрепления и закалки стекла, как мы уже писали ранее , но компромисс заключается в том, что они могут облегчить царапание стекла. И когда ваш стакан становится тоньше - достаточно тонким, чтобы сгибаться - царапина становится еще более тревожной.

ЦАРАПИНЫ СМЕРТЕЛЬНЕЕ

Хотя Мидлак говорит, что кусок стекла Шотта «может продолжаться вечно» в контролируемых условиях, если он выдержит первый тест на изгиб, он признает, что одна царапина может изменить это. «Если вы поцарапаете это чем-то ... это будет первоначальный дефект, который впоследствии может вызвать проблемы», - говорит он. Если кусок стекла с достаточно большой царапиной изгибается с достаточным напряжением, сконцентрированным на «предварительной трещине», говорит Франкберг, «он будет в основном распространяться со скоростью звука и катастрофически проходить через весь материал».

Следует помнить, что хотя стекло более устойчиво к царапинам, чем пластик, оно не устойчиво к царапинам - оно может царапаться при твердости по Моосу 5 или 6, вместо 2 или 3 для пластика, но все равно царапается. Могу поспорить, у вас есть крошечные царапины на традиционном стеклянном экране вашего телефона прямо сейчас. Но я также предполагаю, что вам никогда не придется сгибать свой традиционный экран, как если бы вы были со складным телефоном. Теперь это намного больше.

Франкберг считает, что, вероятно, Samsung Galaxy Z Flip все еще имеет пластиковую защитную пленку наверху. Не для того, чтобы предотвратить царапины или помочь согнуть его легче, а как «жертвенный слой», который царапается вместо стекла, так что в будущем будет меньше возможных катастрофических трещин. «Вероятно, они получают меньше возврата продукта из-за дополнительного слоя», - полагает он.

Мидлак Шотта на самом деле намекнул мне так же много в конце прошлого года: «Скорее всего, вы бы вообще не касались голого стекла, а что-то поверх него», - сказал Мидлак, когда я спросил, будут ли царапины беспокоиться о Первая партия складных стеклянных телефонов.

Я должен добавить, что мы не до конца знаем, что Samsung и его партнеры делают со стеклянным экраном Шотта, прежде чем добавить его в телефон. Шотт мог только подтвердить, что он поставляет свое ультратонкое стекло Samsung, заявив, что «не может комментировать какие-либо детали обработки необработанного стеклянного материала». И хотя Samsung признал, что поставляется с предварительно установленной защитной пленкой для экрана, компания объявила в среду, что она также «впрыскивает» стекло «из специального материала на неизвестную глубину для достижения постоянной твердости», что бы это ни значило. Мы просим, ​​но это звучит довольно тихо.

Но у Samsung есть другой партнер, вовлеченный в этот процесс. Как сообщает Yonhap News , он работает с корейским производителем экранов Dowoo Insys с 2013 года и недавно закрыл его, став крупнейшим акционером компании. Предположительно , у Samsung есть эксклюзив для процесса Dowoo, но не ультратонкое стекло Шотта, и Samsung по сообщениям решил использовать оба для экрана Galaxy Z Flip.

ЧТО ХОРОШЕГО В СТЕКЛЕ?

Однако все это еще не отвечает на вопрос: что хорошего в складном стекле, если оно все равно царапается как пластик? Один ответ заключается в том, что это может длиться дольше; Шотт говорит, что стекло не сломается, как пластик, естественно, со временем. Есть также оптическая ясность, чтобы рассмотреть. Плюс, как заметил Дитер Бон, стекло Galaxy Z Flip - полимерное покрытие или нет - просто выглядит лучше, чем оригинальное покрытие Galaxy Fold. Складка на сгибе менее заметна, и хотя она может быть согнута ногтем, она ощущается прочнее, чем на Galaxy Fold.

Но производитель стекла Gorilla Corning хочет, чтобы вы знали, что защитная пленка Galaxy Z Flip может не понадобиться через год или два. Компания сообщает мне, что образцы ее нового гибкого стекла уже находятся в руках производителей устройств. Ожидается, что устройства появятся на рынке в ближайшие 12–18 месяцев, и они стремятся обеспечить «долговечность, устойчивость к царапинам и оптическую прозрачность» в единой упаковке для складных устройств.

Хотя представитель еще не мог сказать, как Corning делает это, или явно подтвердить, что пластика не будет, пластик не является целью: «Сегодня, когда вы покупаете телефон с Gorilla Glass, вы касаетесь стекла ... это то, к чему мы стремимся.

Корнинг и Шотт соглашаются, что массовое производство стекла, достаточно тонкого, чтобы надежно изгибаться, - сложная задача. В прошлом году Мидлак сказал мне, что Шотт все еще разбирается в нескольких производственных проблемах, таких как, как правильно разрезать, упаковать и отправить катушки из самых тонких стекол, которые он разработал, не повреждая их по пути. Похоже, что наличие Galaxy Z Flip означает, что с этим все в порядке, но низкая урожайность также может быть одной из причин, по которым складные телефоны невероятно дороги, и почему Corning еще не до конца разобралась.

Трудно обвинить Samsung в том, что он так сильно давил, даже если обе его складные машины выпали из ворот - во-первых, он хочет продавать складные экраны и другим компаниям, как об этом было сказано в последнем пресс-релизе. , Но от этого не менее расстраивает то, что телефон, обещанный как устойчивый к царапинам, можно легко поцарапать, и это не означает, что вам нужно покупать. Хотя, если вы это сделаете, Samsung сообщает The Verge, что вы может получить бесплатную защитную пленку для экрана и / или единовременную замену экрана за 119 долларов, если ваше устройство подвержено царапинам.

Изображение: Corning

Франкберг еще не убежден. «Мое честное мнение как материаловеда: я бы не стал покупать такие телефоны на данном этапе, потому что размер царапины, который вам нужно разбить, очень мал», - говорит он, указывая на то, как одна песчинка может уничтожить складной стеклянный экран. «Купив очень дорогой телефон, я бы сделал шаг назад и посмотрел, как улучшается технология».

Имейте в виду, Франкберг имеет представление о том, как такие экраны могут в конечном итоге развиваться: он находится на самых ранних стадиях разработки формы стекла, в которой вместо традиционного кремнезема используется оксид алюминия , который может изгибаться вместо разрушения, и изучает другие альтернативные варианты. материалы тоже. (Это будет не первый случай, когда мир заглянет в «глиноземное» стекло, и вы также можете быть знакомы с конденсированной кристаллической формой оксида алюминия, сапфиром.)

Мне просто интересно, если бы мы на самом деле назвали такой материал «стекло», если или когда он когда-либо прибудет. Подобно тому, как Зак Нельсон из JerryRigEverything любит говорить, когда он тестирует новый стеклянный экран на скриптах, стереотип трудно поколебать. «Стекло разбивается. Если кто-нибудь когда-нибудь придумает что-то более прочное, чем стекло, он определенно будет называть это чем-то другим ».