Faltbares Glas: Wie, warum und die Wahrheit über Samsungs Z Flip

Am 11. Februar 2020 stellte Samsung das erste faltbare Glashandy der Welt vor: das Galaxy Z Flip. Samsung erklärte, dass es die Gesetze der Physik gebrochen habe, indem es Glas gebogen habe, und zwar durch einen „Sprung von Polymer-Bildschirmen zur ultradünnen Glastechnologie“

Samsung ließ es so klingen, als habe es eine neue, proprietäre Form von Glas erfunden, und das Unternehmen nannte es sogar Samsung Ultra Thin Glass (UTG). „Wir haben das Unmögliche geschafft und ultradünnes Glas geschaffen, das sich falten lässt“, hieß es in der Präsentation des Unternehmens, und es schütze „Ihren Bildschirm vor Kratzern“

Aber wie die Welt Tage später sehen sollte, lässt sich die Physik nicht so leicht ignorieren.

Glasexperten hätten Sie warnen können, was als Nächstes geschah, als sich herausstellte, dass Samsungs vermeintlicher „Sprung“ doch Polymer verwendet und leicht zu verkratzen ist. Samsungs staubresistenter „Faserschutz“ fiel bei einem aggressiven Staubtest sofort durch, und die Behauptungen des Unternehmens in Bezug auf Glas haben sich nun auf den lächerlichen Slogan „hart, aber zart“ zurückgezogen.

Aber Samsung hat bei der wichtigsten Innovation nicht gelogen: Das Galaxy Z Flip ist wirklich ein faltbares Glashandy. Es ist nur so, dass das Glas von dem deutschen Hersteller Schott hergestellt wird, es hat eine weiche, kratzbare Kunststoffschicht oben drauf, und – hoffentlich – werden zukünftige faltbare Glashandys diesen zusätzlichen Schutz nicht benötigen.

Um zu verstehen, warum, sollte man wahrscheinlich zuerst verstehen, wie Glas überhaupt falten kann.

Biegsames Glas gibt es wirklich

Wenn ich ehrlich bin, verstehe ich es selbst noch nicht so ganz. Glas ist zerbrechlich; selbst wenn man selbst noch nie Glas zerbrochen hat, weiß man bestimmt, wie es sich anhört, wenn es zerspringt. Es ist schwer vorstellbar, wie man aus einem so spröden Material ein biegsames Klapphandy machen kann. Deshalb wundert es mich nicht, dass Samsung sich mit dem Vorwurf konfrontiert sah, das ultradünne Glas des Galaxy Z Flip sei gar kein Glas.

Dabei ist die Physik des Glasfaltens bemerkenswert einfach, sagen zwei Materialwissenschaftler sowie Vertreter des Gorilla-Glas-Herstellers Corning und Schott selbst. Die Kurzfassung: Praktisch alles lässt sich biegen, wenn man es nur dünn genug macht.

„Alle uns bekannten Materialien, die sehr starr sind, lassen sich bis zu einem gewissen Grad biegen“, sagt Dr. Mathias Mydlak von Schott, ein Chemiker, der jetzt die Geschäftsentwicklung für das ultradünne Glas des Unternehmens leitet. „Wenn man an Holz denkt, kann man ein 2×4 nicht biegen, aber wenn man ein sehr feines Stück davon abmeißelt, gilt das auch für Glas“, sagte er mir Ende letzten Jahres. Während sich eine normale Fensterscheibe scheinbar nicht biegen lässt, bevor sie bricht, kann sich ein ausreichend dünnes Glasband tatsächlich biegen.

Wenn man ein Material, sei es Glas oder ein anderes, biegt, dehnt man natürlich das Material an der Außenseite der Biegung – und selbst Glas hat eine gewisse Flexibilität. „Man kann sich eine Metallfeder zwischen jeweils zwei Atomen vorstellen, die sich dehnt, wenn man die beiden Atome auseinanderzieht“, sagt Erkka Frankberg, die an der Universität Tampere unkonventionelle Formen von Glas erforscht.

Das Hauptproblem ist, dass man die chemischen Bindungen eines Materials nur so weit dehnen kann, bis es bricht – ein Konzept, das als Zugfestigkeit bekannt ist. Wenn man jedoch eine dünnere Glasscheibe verwendet, dehnt man weniger Material auf der gleichen Fläche, verbiegt weniger Schichten und dehnt weniger chemische Bindungen, sagt Mydlak. Dadurch wird das Glas weniger stark beansprucht, und man kann es fester biegen, bevor es reißt. Die Ausdünnung des Glases ist einer der „zwei Haupttricks“, um es zu biegen, sagt Juejun Hu, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften am MIT, denn Physikstudenten lernen, dass die Zugspannung linear mit der Dicke skaliert.

Wenn Glas weniger als hundert Mikrometer dick ist – etwa so dick wie ein menschliches Haar -, kann es sich laut Experten weit genug biegen, um einfache Faltvorrichtungen zu ermöglichen. Wenn Sie ein Telefon wollen, das sich nach innen falten lässt, ohne dass ein riesiger Scharnierspalt entsteht, sprechen wir von einigen zehn Mikrometern. Denken Sie an Aluminiumfolie.

Diese Dünnheit ist mit dem heutigen Glas bereits möglich. Ich habe vor vier Jahren eine 70-Mikron-Scheibe von Schott-Glas angefasst und sie mit meinen eigenen Händen gebogen. Samsung sagt, dass sein Z Flip ein 30 Mikrometer dickes Glas verwendet, und Schott sagt, dass es im Labor auch auf 25 Mikrometer heruntergegangen ist. Sowohl Corning als auch Schott verwenden ähnliche Techniken, indem sie jeweils eine schwebende Glasscheibe in der Luft erzeugen, indem sie dünne Bänder aus geschmolzenem Glas aus speziell geformten Wannen ziehen.

Aber dünn allein ist nicht genug. Der zweite „Haupttrick“ für biegsames Glas besteht darin, es gegen Unvollkommenheiten zu verstärken, insbesondere an der Oberfläche, wo sie katastrophale Ausfälle verursachen können, wenn das Glas belastet wird. Eine winzige Luftblase, ein Schmutzfleck oder ein winziger Kratzer während des Herstellungs- oder Handhabungsprozesses können ausreichen, um ein Stück biegsames Glas zu zerstören, sagen Experten. „Alle Spannungen, die im Glas entstehen, konzentrieren sich auf diese kleinen Defekte und führen zu einem Bruch“, sagt Frankberg.

Da können chemische Bäder und Wärmebehandlungen helfen, das Glas zu stärken und zu härten, wie wir schon früher geschrieben haben, aber der Nachteil ist, dass sie das Glas leichter zerkratzen lassen. Und je dünner das Glas wird – dünn genug, um es zu biegen – desto besorgniserregender wird ein Kratzer.

Kratzer sind tödlicher

Mydlak sagt zwar, dass ein Stück Schott-Glas unter kontrollierten Bedingungen „ewig halten kann“, wenn es den ersten Biegetest übersteht, aber er gibt zu, dass ein Kratzer das ändern könnte. „Wenn man es mit etwas zerkratzt … ist das ein anfänglicher Defekt, der später Probleme verursachen kann“, sagt er. Wenn ein Stück Glas mit einem ausreichend großen Kratzer gebogen wird und sich die Spannung auf einen „Vorriss“ konzentriert, so Frankberg, „wird sich dieser im Grunde mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten und sich katastrophal durch das gesamte Material ziehen.“

Das Wichtigste ist, dass Glas zwar kratzfester ist als Kunststoff, aber nicht kratzfest – es kann bei einer Mohshärte von 5 oder 6 kratzen, statt bei 2 oder 3 bei Kunststoff, aber es kratzt trotzdem. Ich wette, du hast jetzt ein paar winzige Kratzer auf dem herkömmlichen Glasbildschirm deines Handys. Aber ich vermute auch, dass Sie Ihr herkömmliches Display nie so verbiegen müssen wie bei einem Klapphandy. Jetzt ist das ein viel größeres Problem.

Frankberg glaubt, dass das Galaxy Z Flip von Samsung deshalb immer noch eine Plastikschutzfolie oben drauf hat. Nicht, um Kratzer zu verhindern oder das Gerät leichter zu biegen, sondern als „Opferschicht“, die anstelle des Glases zerkratzt wird, damit es weniger potenzielle katastrophale Risse gibt. „Wahrscheinlich erhalten sie aufgrund der zusätzlichen Schicht weniger Rücksendungen“, spekuliert er.

Schotts Mydlak hat mir gegenüber Ende letzten Jahres, noch vor der Ankündigung des Z Flip, tatsächlich so etwas angedeutet: „Höchstwahrscheinlich würden Sie das nackte Glas gar nicht berühren, sondern etwas darüber“, sagte Mydlak, als ich ihn fragte, ob Kratzer bei der ersten Charge von faltbaren Glastelefonen etwas wären, worüber man sich Sorgen machen müsste.

Ich sollte hinzufügen, dass wir nicht genau wissen, was Samsung und seine Partner mit dem Glasbildschirm von Schott machen, bevor sie ihn dem Telefon hinzufügen. Schott konnte nur bestätigen, dass es sein ultradünnes Glas an Samsung liefert, und sagte, dass es „keine Details über die Verarbeitung des Glasrohstoffs kommentieren kann.“ Und während Samsung zugegeben hat, dass es mit einem vorinstallierten Bildschirmschutz geliefert wird, gab das Unternehmen am Mittwoch bekannt, dass es das Glas auch mit einem speziellen Material bis zu einer ungenannten Tiefe „injiziert“, um eine gleichbleibende Härte zu erreichen, was auch immer das bedeutet. Samsung war nicht bereit, mehr zu sagen, und es klingt ziemlich geheimnisvoll.

Aber Samsung hat einen anderen Partner, der an diesem Prozess beteiligt ist. Wie Yonhap News berichtet, arbeitet Samsung seit 2013 mit dem koreanischen Bildschirmhersteller Dowoo Insys an diesem Glas und hat sich vor kurzem als größter Anteilseigner an dem Unternehmen beteiligt. Angeblich hat Samsung ein Exklusivrecht auf das Verfahren von Dowoo, nicht aber auf das ultradünne Glas von Schott, und Samsung soll sich entschieden haben, für den Bildschirm des Galaxy Z Flip beides zu verwenden.

Was taugt Glas?

Das alles beantwortet aber immer noch nicht die Frage: Was taugt faltbares Glas, wenn es ohnehin wie Plastik kratzt? Eine Antwort ist, dass es vielleicht länger hält; Schott sagt, dass sich Glas nicht zersetzt, wie es Kunststoffe mit der Zeit tun. Außerdem ist die optische Klarheit zu berücksichtigen. Außerdem, so Dieter Bohn, fühlt sich das Glas des Galaxy Z Flip – Polymerabdeckung hin oder her – einfach schöner an als das mit reinem Kunststoff überzogene Original Galaxy Fold. Der Knick an der Falte ist weniger ausgeprägt und obwohl man ihn mit dem Fingernagel eindrücken kann, fühlt er sich fester an als beim Galaxy Fold.

Aber der Gorilla-Glas-Hersteller Corning möchte, dass Sie wissen, dass der Bildschirmschutz des Galaxy Z Flip in ein oder zwei Jahren vielleicht nicht mehr notwendig ist. Das Unternehmen sagt mir, dass Muster seines neuen biegsamen Glases bereits in den Händen von Geräteherstellern sind. Es erwartet, dass die Geräte in den nächsten 12 bis 18 Monaten auf den Markt kommen, und es soll „Haltbarkeit, Kratzfestigkeit und optische Klarheit“ in einem einzigen Paket für faltbare Geräte bieten.

Ein Vertreter des Unternehmens konnte zwar noch nicht sagen, wie Corning dies erreichen will, und auch nicht ausdrücklich bestätigen, dass kein Plastik im Spiel ist, aber Plastik scheint nicht das Ziel zu sein: „Wenn Sie heute ein Telefon mit Gorilla Glass kaufen, berühren Sie Glas … darauf arbeiten wir hin.“

Glas in Massenproduktion herzustellen, das dünn genug ist, um sich zuverlässig zu biegen, ist eine große Herausforderung, da sind sich Corning und Schott einig. Mydlak erzählte mir letztes Jahr, dass Schott immer noch mit einigen Produktionsproblemen zu kämpfen hat, z. B. wie man die Rollen der dünnsten Gläser, die es entwickelt hat, richtig schneiden, verpacken und versenden kann, ohne sie dabei zu beschädigen. Mit dem Galaxy Z Flip scheint es nun gelungen zu sein, einige dieser Probleme zu lösen. Die geringe Ausbeute könnte aber auch einer der Gründe sein, warum faltbare Telefone so unglaublich teuer sind und warum Corning das Problem noch nicht vollständig gelöst hat.

Man kann es Samsung kaum verübeln, dass es sich so ins Zeug gelegt hat, auch wenn seine beiden faltbaren Geräte nicht so recht in die Gänge gekommen sind – zum einen will es faltbare Bildschirme auch an andere Unternehmen verkaufen, wie es in seiner jüngsten Pressemitteilung fast schon verraten hat. Aber das macht es nicht weniger frustrierend zu sehen, dass ein Telefon, das als kratzfest versprochen wurde, leicht zerkratzt werden kann, und es bedeutet nicht, dass Sie es kaufen müssen. Wenn Sie es dennoch tun, sagt Samsung gegenüber The Verge, dass Sie eine kostenlose Schutzfolie und/oder einen einmaligen Austausch des Bildschirms für 119 US-Dollar erhalten können, wenn Ihr Gerät Kratzern zum Opfer fällt.

Frankberg ist noch nicht überzeugt. „Meine ehrliche Meinung als Materialwissenschaftler: Ich würde diese Art von Telefonen zum jetzigen Zeitpunkt nicht kaufen, weil die Größe des Kratzers, den man braucht, um es kaputt zu machen, sehr klein ist“, sagt er und verweist darauf, wie ein einziges Sandkorn einen faltbaren Glasbildschirm zerstören könnte. „Beim Kauf eines sehr teuren Telefons würde ich mich zurückhalten und abwarten, wie sich die Technologie weiterentwickelt.“

In der Tat hat Frankberg eine Vorstellung davon, wie sich solche Bildschirme letztendlich entwickeln könnten: Er befindet sich in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung eines Glases, das Aluminiumoxid anstelle des traditionellen Siliziumdioxids verwendet, das sich biegen kann, anstatt zu brechen, und erforscht auch andere alternative Materialien. (Es wäre nicht das erste Mal, dass sich die Welt mit „Aluminiumoxid“-Glas beschäftigt, und vielleicht kennen Sie auch die kondensierte kristalline Form von Aluminiumoxid, den Saphir.)

Ich frage mich nur, ob wir ein solches Material tatsächlich „Glas“ nennen würden, falls oder wenn es jemals auf den Markt kommt. Wie Zack Nelson von JerryRigEverything zu sagen pflegt, wenn er einen neuen Glasbildschirm einem Kratztest unterzieht, ist es schwer, das Klischee abzuschütteln. „Glas bricht. Wenn jemals jemand etwas erfindet, das stärker ist als Glas, wird er es definitiv anders nennen.“

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