Skládací sklo: jak, proč a jaká je pravda o telefonu Samsung Z Flip

11. února 2020 představila společnost Samsung první skládací skleněný telefon na světě: Galaxy Z Flip. Společnost Samsung prohlásila, že ohýbáním skla porušila fyzikální zákony, konkrétně provedla „skok od polymerových obrazovek k technologii ultratenkého skla.“

Samsung se tvářil, jako by vynalezl novou patentovanou formu skla, a společnost ji dokonce nazvala Samsung Ultra Thin Glass (UTG). „Dokázali jsme nemožné a vytvořili jsme ultratenké sklo, které se skládá,“ tvrdila prezentace společnosti a dodala, že „chrání obrazovku před poškrábáním.“

Jak se ale svět o několik dní později přesvědčí, fyziku není tak snadné ignorovat.

Znalci skla vás mohli varovat před tím, co se stalo vzápětí, když se ukázalo, že údajný „skok“ společnosti Samsung skutečně používá polymer a že se přece jen snadno poškrábe. Prachuvzdorný „vláknový štít“ Samsungu vzápětí propadl v agresivním prachovém testu a tvrzení společnosti kolem skla nyní ustoupilo směšnému sloganu „odolný, ale něžný.“

O hlavní inovaci zde však Samsung nelhal: Galaxy Z Flip je skutečně skládací skleněný telefon. Jen to sklo ve skutečnosti vyrábí německý výrobce Schott, nahoře má měkkou plastovou vrstvu, která se dá poškrábat, a – doufejme – budoucí skládací skleněné telefony nebudou tuto dodatečnou ochranu potřebovat.

Abyste pochopili proč, měli byste nejspíš nejdřív pochopit, jak se sklo vůbec může skládat.

Pohyblivé sklo je skutečné

Pokud mám být upřímný, sám se v tom stále motám. Sklo je křehké; i když jste ho sami nějak nikdy nerozbili, určitě víte, jak to zní, když se rozbije. Je těžké si vůbec představit, jak by se z tak křehkého materiálu dal udělat ohebný flipový telefon, a proto mě nepřekvapilo, když se Samsung ocitl tváří v tvář obviněním, že ultratenké sklo Galaxy Z Flip možná vůbec není sklo.

A přitom fyzika ohýbání skla je podle dvou materiálových vědců i zástupců výrobce Gorilla Glass Corning a samotné společnosti Schott pozoruhodně jednoduchá. Stručně řečeno: ohýbat lze prakticky cokoli, pokud je to dostatečně tenké.

„Všechny materiály, které známe a které jsou velmi tuhé, lze do určité míry ohýbat,“ říká Dr. Mathias Mydlak, chemik ze společnosti Schott, který nyní vede obchodní vývoj ultratenkého skla této společnosti. „Když si představíte dřevo, tak 2×4 nelze ohnout, ale když z něj vyštípnete velmi jemný kousek, platí to i pro sklo,“ řekl mi koncem loňského roku. Zatímco normální okenní tabule se před prasknutím zdánlivě ohnout nedá, dostatečně tenká stuha skla to skutečně dokáže.

Když ohýbáte nějaký materiál, ať už sklo nebo jiný, děláte to, že materiál na vnější straně ohybu přirozeně natahujete – a i sklo má určitou pružnost. „Můžete si představit kovovou pružinu mezi každými dvěma atomy a pružinu, která se prodlužuje, když tyto dva atomy od sebe roztáhnete,“ říká Erkka Frankberg, výzkumný pracovník na univerzitě v Tampere, který se zabývá netradičními formami skla.

Hlavní úskalí: chemické vazby materiálu lze roztáhnout jen do té míry, než dojde k jeho porušení, což je pojem známý jako pevnost v tahu. Pokud však použijete tenčí plát skla, natáhnete na stejném prostoru méně materiálu, ohnete méně vrstev a natáhnete méně chemických vazeb, říká Mydlak. Tím je sklo méně namáháno v tahu a můžete ho ohýbat pevněji, než praskne. Ztenčení skla je jedním ze „dvou hlavních triků“, jak ho ohnout, říká docent materiálové vědy na MIT Juejun Hu, protože studenti fyziky se učí, že tahová deformace lineárně roste s tloušťkou.

Když dosáhnete tloušťky skla pod sto mikronů – přibližně tloušťka lidského vlasu – je to okamžik, kdy se může ohnout dostatečně daleko pro základní skládací pomůcky, říkají odborníci. Pokud chcete telefon, který se skládá dovnitř bez obrovské mezery v pantech, mluvíme o desítkách mikronů. Představte si hliníkovou fólii.

Takovou tenkost už umožňují skla, která existují dnes. Před čtyřmi lety jsem se dotkl 70mikronového plátku skla Schott a ohnul ho vlastníma rukama. Samsung říká, že jeho Z Flip používá sklo o tloušťce 30 mikronů, a Schott tvrdí, že v laboratoři klesl i na 25 mikronů. Corning i Schott používají do jisté míry podobné techniky, každá z nich vytváří plovoucí skleněný plát ve vzduchu tažením tenkých pásků roztaveného skla ze speciálně tvarovaných kádí.

Ale tenkost sama o sobě nestačí. Druhým „hlavním trikem“ pro ohýbatelné sklo je jeho zpevnění proti nedokonalostem, zejména na povrchu, kde mohou při namáhání skla způsobit katastrofální poruchy. Podle odborníků může ke zničení kusu ohýbatelného skla stačit malá vzduchová bublina, smítko nečistoty nebo nepatrný škrábanec při výrobě nebo manipulaci. „Všechna napětí, která ve skle vytvoříte, mají tendenci se soustředit na tyto malé vady, a právě tam dojde k prasknutí,“ říká Frankberg.

Tady mohou přijít ke slovu chemické lázně a tepelné úpravy, které sklo zpevňují a popouštějí, jak jsme o tom již psali, ale kompromisem je, že díky nim se sklo může snáze poškrábat. A jak se sklo stává tenčím – dostatečně tenkým na to, aby se dalo ohýbat – škrábanec je ještě znepokojivější.

Škrábance jsou smrtelnější

Ačkoli Mydlak říká, že kus skla Schott „může v kontrolovaných podmínkách vydržet věčně“, pokud přežije první zkoušku ohybu, připouští, že jeden škrábanec to může změnit. „Pokud ho něčím poškrábete … bude to počáteční vada, která může později způsobit problémy,“ říká. Pokud se kus skla s dostatečně velkým škrábancem ohne s dostatečným napětím soustředěným na „předprasklinu“, říká Frankberg, „bude se v podstatě šířit rychlostí zvuku a katastrofálně projde celým materiálem.“

Je třeba si uvědomit, že sklo je sice odolnější proti poškrábání než plast, ale není odolné proti poškrábání – může se poškrábat při Mohsově tvrdosti 5 nebo 6, místo 2 nebo 3 u plastu, ale poškrábe se tak jako tak. Vsadím se, že právě teď máte na tradiční skleněné obrazovce telefonu drobné škrábance. Ale také hádám, že tradiční obrazovku nikdy nebudete muset ohýbat jako u skládacího telefonu. Teď je to mnohem větší problém.

Frankberg si myslí, že to je pravděpodobně důvod, proč má Samsung Galaxy Z Flip stále plastovou ochranu displeje nahoře. Ne proto, aby zabránil poškrábání nebo pomohl snadnějšímu ohýbání, ale jako „obětní vrstva“, která se poškrábe místo skla, takže je méně potenciálních katastrofických prasklin po cestě. „Pravděpodobně se jim kvůli dodatečné vrstvě vrací méně výrobků,“ spekuluje.“

Schottův Mydlák mi to vlastně naznačil už koncem loňského roku, ještě před oznámením Z Flipu:

Měl bych dodat, že nevíme úplně přesně, co Samsung a jeho partneři dělají se skleněnou obrazovkou Schott před jejím přidáním do telefonu. Společnost Schott mohla pouze potvrdit, že dodává své ultratenké sklo společnosti Samsung s tím, že „nemůže komentovat žádné podrobnosti o zpracování skleněné suroviny“. A i když Samsung připustil, že se dodává s předinstalovaným ochranným krytem obrazovky, společnost ve středu oznámila, že sklo také „vstřikuje“ speciálním materiálem „do nezveřejněné hloubky, aby bylo dosaženo konzistentní tvrdosti“, ať už to znamená cokoli. Společnost Samsung nebyla ochotna říci více a zní to poměrně utajeně.

Na tomto procesu se však podílí další partner. Podle agentury Yonhap News na tomto skle spolupracuje s korejským výrobcem obrazovek Dowoo Insys již od roku 2013 a nedávno si ho pojistil tím, že se stal největším akcionářem společnosti. Údajně má Samsung exkluzivitu na proces společnosti Dowoo, ale ne na ultratenké sklo společnosti Schott, a Samsung se údajně rozhodl použít pro obrazovku Galaxy Z Flip obojí.

K čemu je sklo dobré?“

Všechno to však stále neodpovídá na otázku: k čemu je skládací sklo dobré, když se stejně poškrábe jako plast? Jednou z odpovědí je, že může vydržet déle; Schott tvrdí, že sklo se časem nerozpadne tak, jako se přirozeně rozpadají plasty. V úvahu je třeba vzít také optickou čistotu. Navíc, jak poznamenal Dieter Bohn, sklo Galaxy Z Flip – s polymerovým krytem nebo bez něj – je prostě příjemnější než původní Galaxy Fold s čistě plastovým krytem. Záhyb v místě ohybu je méně výrazný, a přestože jej lze nehtem otisknout, působí pevněji než to, co je na Galaxy Fold.

Ale výrobce skla Gorilla Glass Corning chce, abyste věděli, že ochranný kryt displeje Galaxy Z Flip možná nebude za rok nebo dva potřeba. Společnost tvrdí, že vzorky jejího nového ohýbatelného skla jsou již v rukou výrobců zařízení. Očekává, že zařízení budou na trhu v příštích 12 až 18 měsících, a střílí na to, aby skládacím zařízením poskytla „trvanlivost, odolnost proti poškrábání a optickou čistotu“ v jediném balení.

Ačkoli zástupce společnosti zatím nedokázal říci, jak to Corning dělá, ani výslovně potvrdit, že nepůjde o žádný plast, nezdá se, že by plast byl cílem: „Dnes, když si koupíte telefon se sklem Gorilla Glass, dotýkáte se skla … o to se snažíme.“

Vyrobit sklo dostatečně tenké, aby se dalo spolehlivě ohýbat, je náročný úkol, shodují se Corning a Schott. Mydlak mi loni řekl, že Schott stále řeší několik výrobních problémů, například jak správně řezat, balit a expedovat kotouče těch nejtenčích skel, která vyvinul, aniž by je cestou poškodil. Zdá se, že existence Galaxy Z Flip znamená, že se jí podařilo něco z toho vyřešit – ale nízká výtěžnost může být také jedním z důvodů, proč jsou skládací telefony tak neuvěřitelně drahé a proč na to Corning ještě úplně nepřišel.