科學前沿 玻璃陶瓷？手機屏幕的第三種形態來了！

屏幕是臺手機的三大點之一 成本非常高 如果一不小心平碎了 真的會非常肉疼 所以一般都會給手機貼上膜保護一下 但我相信屏幕前一定有人因爲各種主客觀的原因沒有給屏幕貼膜 近期更新的一份市場報告顯示啊 截至2024年 全球活躍智能手機數量已經超過了45億部 其中約68%的設備貼了膜 這意味着還有十幾億人是不給手機貼膜的 這樣一個龐大的反貼膜群體啊 並非偶然 其中很大的一部分原因是科技發展帶來的結果 大家還記得早期的智能機嗎 那會兒的屏幕是軟軟的 用指甲一掐就能掐出一道痕跡來 這種塑料屏幕的優勢是成本極低 加工簡單 非常耐甩 當然 缺點也很明顯 表面極不耐刮 輕微摩擦就會產生明顯的劃痕 用久了甚至會凹凸不平 嚴重影響顯示效果和觀感 到了2007年 蘋果第一代iPhone首次採用了玻璃作爲觸控板蓋板 它有着很高的透光性 優越的耐磨性 以及非常細膩的質感 並且完美支持了電容式觸控操作 非常的靈敏 這是一個里程碑事件 當然 這更多是不同階段的取捨 這兩種形態 塑料更抗摔 玻璃更耐刮 觀感也更好 但隨着大家對屏幕要求越來越高 自然就會產生一個問題 能不能有一種材料把這些優點儘量的結合在一起 有了 現在手機屏幕已經進化出了第三種形態 玻璃陶瓷 其實早在70年前 科學家就已經在實驗室裏偶然發明出了玻璃陶瓷的原型 它比玻璃更硬 比陶瓷更有韌性 甚至能直接裝在超音速導彈的鼻子上 承受高溫高壓 可以說是手機屏幕玻璃蓋板最完美的材料之一 那爲什麼這麼好的材料隔了70多年纔開始貼在手機屏幕上呢 爲了回答這個問題 我們先回到那個改變幾代人命運的下午 1952年康寧的十度級博士正在擺弄一種光明玻璃 原本的實驗參數設置的是600度 結果由於溫度控制器失靈 爐溫直接飆升到了900度 這個溫度足以將925銀飾融化掉 可當他打開爐門 預想中的那一灘玻璃溏錫並沒有出現 取而代之的是一塊形狀完好的乳白色固體 最神奇的一幕發生了 當這塊滾燙的材料不小心滑落到地上時 它沒有像普通玻璃那樣碎掉 而是像金屬一樣發出了青色的叮噹聲 十度級博士當時就意識到 他可能無意中創造出了一種介於玻璃和陶瓷之間的第三種形態 當然我們也可以看到 初代的玻璃陶瓷只是很硬 但它是不透明的 玻璃陶瓷和普通的陶瓷從表面上看起來是差不多的 但在材料學裏 玻璃和陶瓷是兩個極端 只有從微觀世界才能看出區別 玻璃內部是亂七八糟的 毫無秩序 沒有一個像晶體那樣貫穿整個材料的週期性重複的結構 這種亂讓光線可以輕鬆穿過 所以它透明的 但這種亂也意味着它內部的防禦工事比較弱 一旦受到衝擊 出現裂痕 裂紋就像脫繮的野馬瞬間貫穿整塊玻璃 裂紋擴展的速度遠超子彈 陶瓷完全相反 它裏面是整整齊齊的 高度有序的 這種齊讓它異常堅硬 但傳統陶瓷是由無數個這種小方陣擠在一起組成的 雖然精力和精力之間有縫隙 但光線進去會被各種散射 所以陶瓷通常是不透明的 那如何才能讓這塊白色的石頭變成透明的呢 這裏涉及到一個名詞 叫做銳力散射 簡單來說 粒子越小 對長波的散射越弱 而初代玻璃陶瓷裏的晶體就是太肥了 微米級別的尺寸在光看來就是一堵厚牆 要讓這塊石頭像水一樣透明 只有一個辦法 那就是把晶體控制在納米級 甚至是個位數的納米級 當晶體尺寸遠小於光波波長時 光波就會直接繞過去 這時候材料在宏觀上就恢復了透明 但這個工程可以說是相當的大 康寧花了數十年的時間纔在實驗室裏完美平衡了這道火候 在材料學裏 這被稱爲受控熱處理 它通常分爲兩個階段 第一階段是成合期 在較低的溫度下 誘導核化劑產生數以億計的微小的種子 第二階段是精化期 通過升高溫度引導晶體生長 整個流程都必須精確控制 溫度曲線稍有偏差 基本上就全毀了 所以玻璃陶瓷並不是把玻璃粉和陶瓷粉混在一起燒一下就成了 真正的玻璃陶瓷是在一塊完美的玻璃內部通過精確的溫控 讓它自發的長出數以億計的晶體 我們可以把玻璃陶瓷比作鋼筋混凝土 玻璃屬於是機制 就像水泥 而定向生長的晶體就是裏面的鋼筋 水泥負責填充 負責透明 而鋼筋負責抗拉 負責強韌 當裂紋開始在玻璃裏蔓延時 它會立刻撞上硬的像石頭一樣的晶體鋼筋 裂紋會被迫繞路 繞不了幾下就被鋼筋釘死在原地了 這種結構讓玻璃陶瓷的韌性實現了代計超越 解決了透明的問題 按理說這時候手機廠商就該瘋搶了 對吧 可惜在70年代末 手機這個物種還躺在摩托羅拉實驗室的禿子上呢 即便到了80年代 DP大個大上市 指甲蓋大小的數碼管屏幕也用不上這種黑科技 那麼早期的玻璃陶瓷主要是用在哪裏呢 說大家聽起來很火的導彈雷達照 其實這種材料早就在一些高端領域紮根了 比如在精密光學領域 由於玻璃陶瓷超高的強度和剛性 以及距離0的熱膨脹係數 很多大型天文望遠鏡的鏡座 太空激光通信儀器的支架用的就是玻璃陶瓷 它極度穩定 哪怕是深屬太空溫度劇烈波動 它的尺寸也幾乎是五分四不動的 這確保了天文觀測的超高精度 而在我們的日常生活中 你可能見過那種可以直接在明火上加熱 甚至剛從冰箱裏拿出來就能火燒 而不會裂開的白色康寧鍋 或者是一些高端的電磁爐面板 這些其實都是玻璃陶瓷的早期應用 但問題在於 無論是導彈雷達照 天文望遠鏡的鏡座 還是廚房裏的燉鍋 他們都有一個共同點 厚 鍋具和雷達照那種東西啊 幾釐米厚 可以隨便的切小打磨 完全不用考慮輕薄和手感 但手機屏幕蓋板要求是0.5毫米左右 而且表面必須像鏡面一樣完美 這是最核心 最具挑戰性的環節 因爲解禁過程 極易因受熱不均或內部陰曆導致產品翹曲變形 康寧的解決方案是通過使用特殊的載具板和熱處理技術 來確保整個玻璃片在精化的過程中保持受熱均勻 從而最大限度的減少硬力和翹曲 讓表面保持光滑和平整 好了 說到這 玻璃陶瓷已經做的又硬又韌又透明 並且還非常光滑平整了 那爲什麼在2G 3G 4G時代依然沒有看到它用在手機屏幕上呢 最後的靈明一角是5G時代到來 很多人不知道 玻璃陶瓷不僅是力學奇蹟啊 它還是射頻奇蹟 現在的5G 尤其是部分的手機已經用上了毫米波 毫米波穿透能力極弱 普通材料裏 如果靜體排列不均勻 信號進去就會發生嚴重的偏轉和損耗 在4G時代 手機對蓋板的接電常數要求沒有那麼變態 但是在5G時代 如果你的蓋板不夠純淨 信號可能就被這塊玻璃給吃掉了 而玻璃陶瓷的損耗遠低於普通的玻璃蓋板 尤其是在毫米波 高頻段優勢更爲明顯 因此在未來 玻璃陶瓷幾乎是高端設備旗艦手機以及先進基站天線罩的必備材料 它在提供出色硬度 韌性和耐磨性的同時 最大程度的減少了對信號的干擾 所以直到近幾年 隨着高頻率攝頻透射技術的逐步成熟 具備相應材料特性的康寧大猩猩玻璃陶瓷纔在手機屏幕上展現出了不可替代的優勢 我覺得對於手機品牌來說 除了顯示效果 攝像頭和處理器這三大件之外 搭載最新的大猩猩玻璃陶瓷也是一個值得着重宣傳的賣點 我們來看一下康寧最新發布的大猩猩玻璃陶瓷三的實測 它能接受入模擬地心 滾凝土等粗糙表面的反覆折磨 普通的鋁硅酸鹽玻璃面對這些表面通常只能活一次 而康寧玻璃陶瓷的表現更加優秀 另外 康寧還給它加了一層buff 深度離子交換 在大約500度左右的熔岩池裏 用巨大的假離子 強行替換掉表面的小鈉離子 形成一個厚厚的硬力層 讓手機屏幕有了更好的機械性能 手機屏幕可以說是我們這個時代最熟悉的陌生人 但如果咱們羅列一個現代人的心碎排行榜的話 手滑摔碎屏幕這件事能穩穩的進前十 而有了玻璃陶瓷的保護 我們也可以考慮不貼膜 保留手機最初的工業設計美感 以及優秀的手感 整體上也更輕薄 2005年 作爲玻璃陶瓷發明者的康寧推出了第一代康寧大型玻璃陶瓷 而僅僅在第二年 這一材料體系就已經快速演進到第三代 並搭載於本週剛剛發售的摩托羅拉roadfold與大家見面 這是一款摺疊屏手機 很多人不太看好摺疊屏 但是在這個手機設計千篇一律的時代 摺疊屏已經算是當下最激進的設計了 你肯定要問了 玻璃陶瓷真的能摺疊嗎 答案是暫時還不能 摩托羅拉roadfold在外屏上採用了大猩猩玻璃陶瓷三 玻璃陶瓷三的加入起碼也是解決了一部分焦慮 好了 今天的內容就結束了 如果你喜歡我的內容 歡迎一鍵三連 畢竟屏幕再硬也沒有你的硬幣硬 我們下期再見 拜拜