Vetro pieghevole: come, perché e la verità dello Z Flip di Samsung

L’11 febbraio 2020, Samsung ha presentato il primo telefono di vetro pieghevole al mondo: il Galaxy Z Flip. Samsung ha dichiarato di aver infranto le leggi della fisica piegando il vetro, in particolare facendo “un salto dagli schermi polimerici alla tecnologia del vetro ultrasottile”

Samsung ha fatto sembrare di aver inventato una nuova forma proprietaria di vetro, e l’azienda l’ha persino soprannominata Samsung Ultra Thin Glass (UTG). “Abbiamo fatto l’impossibile e creato un vetro ultra sottile che si piega”, sosteneva la presentazione dell’azienda, aggiungendo che “protegge lo schermo dai graffi”

Ma come il mondo avrebbe visto giorni dopo, la fisica non è così facile da ignorare.

Gli esperti del vetro avrebbero potuto avvertirvi di ciò che è successo dopo, quando si è scoperto che il presunto “salto” di Samsung usa il polimero ed è facile da graffiare, dopo tutto. Lo “scudo in fibra” resistente alla polvere di Samsung ha immediatamente fallito un test aggressivo sulla polvere, e le affermazioni dell’azienda sul vetro si sono ridotte al ridicolo slogan “duro, ma tenero”.

Ma Samsung non ha mentito sull’innovazione principale: il Galaxy Z Flip è veramente un telefono pieghevole in vetro. È solo che il vetro è in realtà realizzato dal produttore tedesco Schott, ha uno strato di plastica morbida e antigraffio in cima, e – si spera – i futuri telefoni pieghevoli in vetro non avranno bisogno di quella protezione extra.

Per capire perché, si dovrebbe probabilmente prima capire come il vetro possa piegarsi.

Il vetro flessibile è reale

Se devo essere onesto, anch’io sto ancora cercando di capire. Il vetro è fragile; anche se in qualche modo non avete mai rotto il vetro, sapete sicuramente come suona quando va in frantumi. È difficile anche solo immaginare come un materiale così fragile possa essere trasformato in un telefono pieghevole, ed è per questo che non sono sorpreso quando Samsung si è trovata ad affrontare le accuse che il vetro ultrasottile del Galaxy Z Flip potrebbe non essere affatto vetro.

Eppure la fisica del vetro pieghevole è notevolmente semplice, secondo due scienziati dei materiali, così come i rappresentanti del produttore di vetro Gorilla Glass Corning e Schott stessa. La versione breve: praticamente tutto può essere piegato se lo si rende abbastanza sottile.

“Tutti i materiali che conosciamo che sono molto rigidi possono essere piegati in qualche misura”, dice il Dr. Mathias Mydlak di Schott, un chimico che ora guida lo sviluppo del business per il vetro ultrasottile della società. “Se pensate al legno, un 2×4 non può essere piegato, ma se ne scalpellate un pezzo molto sottile, lo stesso vale per il vetro”, mi ha detto alla fine dello scorso anno. Mentre una normale lastra di vetro potrebbe sembrare non piegarsi prima di rompersi, un nastro di vetro abbastanza sottile in realtà può farlo.

Quando si piega un materiale, vetro o altro, quello che si sta facendo è naturalmente allungare il materiale all’esterno della curva – e anche il vetro ha una certa flessibilità. “Si potrebbe immaginare una molla metallica tra ogni due atomi e la molla che si allunga quando si allungano i due atomi”, dice Erkka Frankberg, un ricercatore dell’Università di Tampere che studia forme non convenzionali di vetro.

La difficoltà principale: si possono allungare i legami chimici di un materiale solo fino a un certo punto prima che si rompa, un concetto noto come resistenza alla trazione. Ma se si usa una lastra di vetro più sottile, si allunga meno materiale nello stesso spazio, piegando meno strati e allungando meno legami chimici, dice Mydlak. Questo mette meno sforzo di trazione sul vetro, permettendo di piegarlo più strettamente prima che si rompa. Assottigliare il vetro è uno dei “due trucchi principali” per farlo piegare, dice il professore associato del MIT di scienza dei materiali Juejun Hu, perché gli studenti di fisica imparano che lo sforzo di trazione scala linearmente con lo spessore.

Quando si ottiene il vetro al di sotto di un centinaio di micron di spessore – circa lo spessore di un capello umano – che è quando si può piegare abbastanza lontano per gadget pieghevoli di base, dicono gli esperti. Se vuoi un telefono che si piega verso l’interno senza un enorme spazio per la cerniera, stiamo parlando di decine di micron. Pensate a un foglio di alluminio.

Questa sottigliezza è già possibile con il vetro che esiste oggi. Ho toccato un foglio di vetro Schott da 70 micron quattro anni fa, e l’ho piegato con le mie mani. Samsung dice che il suo Z Flip usa un vetro spesso 30 micron, e Schott dice che è sceso a 25 micron anche in laboratorio. Sia Corning che Schott usano tecniche piuttosto simili, ognuna delle quali crea una lastra di vetro galleggiante a mezz’aria tracciando sottili nastri di vetro fuso da vasche appositamente sagomate. Il secondo “trucco principale” per il vetro piegabile è quello di rafforzarlo contro le imperfezioni, in particolare in superficie, dove possono causare cedimenti catastrofici quando il vetro viene sollecitato. Una minuscola bolla d’aria, un granello di sporco o un minuscolo graffio durante il processo di produzione o di manipolazione potrebbero essere sufficienti a distruggere un pezzo di vetro piegabile, dicono gli esperti. “Tutte le sollecitazioni che si producono nel vetro tendono a concentrarsi su quei piccoli difetti, ed è lì che si produrrà una frattura”, dice Frankberg.

E’ qui che i bagni chimici e i trattamenti termici possono entrare in gioco per rafforzare e temperare il vetro, come abbiamo scritto prima, ma il compromesso è che possono rendere il vetro più facile da graffiare. E quando il vetro diventa più sottile – abbastanza sottile da piegarsi – un graffio diventa ancora più preoccupante.

I graffi sono più letali

Mentre Mydlak dice che un pezzo di vetro Schott “può andare avanti per sempre” in condizioni controllate se sopravvive al primo test di piegatura, ammette che un graffio potrebbe cambiare tutto. “Se lo si graffia con qualcosa … questo sarà un difetto iniziale che può causare problemi in seguito”, dice. Se un pezzo di vetro con un graffio abbastanza grande viene piegato con abbastanza stress concentrato su una “pre-cricca”, dice Frankberg, “fondamentalmente si propagherà con la velocità del suono e passerà catastroficamente attraverso l’intero materiale.”

La cosa da ricordare è che mentre il vetro è più resistente ai graffi della plastica, non è antigraffio – può graffiare ad una durezza Mohs di 5 o 6, invece di 2 o 3 per la plastica, ma si graffia comunque. Scommetto che in questo momento hai qualche piccolo graffio sullo schermo di vetro tradizionale del tuo telefono. Ma immagino anche che non abbiate mai bisogno di piegare il vostro schermo tradizionale come fareste con un telefono pieghevole. Ora è un problema molto più grande.

Frankberg pensa che questo è probabilmente il motivo per cui il Galaxy Z Flip di Samsung ha ancora una protezione di plastica per lo schermo in alto. Non per prevenire i graffi o aiutarlo a piegarsi più facilmente, ma come “strato sacrificale” che viene graffiato al posto del vetro, così ci sono meno potenziali crepe catastrofiche lungo la strada. “Probabilmente ricevono meno restituzioni di prodotti a causa dello strato extra”, ipotizza.

Mydlak di Schott mi ha effettivamente accennato tanto alla fine dello scorso anno, prima che lo Z Flip fosse annunciato: “Molto probabilmente non toccherai affatto il vetro nudo, ma qualcosa sopra di esso”, ha detto Mydlak quando ho chiesto se i graffi sarebbero qualcosa di cui preoccuparsi con il primo lotto di telefoni pieghevoli in vetro.

Devo aggiungere che non sappiamo completamente cosa Samsung e i suoi partner stiano facendo con lo schermo di vetro di Schott prima di aggiungerlo al telefono. Schott ha potuto solo confermare che sta consegnando il suo vetro ultrasottile a Samsung, dicendo che “non può commentare alcun dettaglio di lavorazione del materiale di vetro grezzo”. E mentre Samsung ha ammesso che viene fornito con una protezione per lo schermo pre-installata, la società ha annunciato mercoledì che sta anche “iniettando” il vetro “con un materiale speciale fino ad una profondità non rivelata per ottenere una durezza costante”, qualunque cosa significhi. Samsung non è stata disposta a dire di più, e sembra abbastanza segreto.

Ma Samsung ha un altro partner coinvolto in questo processo. Sta lavorando con il produttore coreano di schermi Dowoo Insys su questo vetro dal 2013, riferisce Yonhap News, e recentemente lo ha bloccato diventando il più grande azionista della società. Presumibilmente, Samsung ha un’esclusiva sul processo di Dowoo ma non sul vetro ultrasottile di Schott, e Samsung ha deciso di usarli entrambi per lo schermo del Galaxy Z Flip.

Che bene fa il vetro?

Tutto questo ancora non risponde alla domanda, però: a cosa serve il vetro pieghevole se comunque si graffia come la plastica? Una risposta è che può durare più a lungo; Schott dice che il vetro non si romperà come fa naturalmente la plastica nel tempo. C’è anche da considerare la chiarezza ottica. Inoltre, come ha notato Dieter Bohn, il vetro del Galaxy Z Flip – copertura polimerica o no – è semplicemente più bello del Galaxy Fold originale rivestito di pura plastica. La piega sulla piega è meno prominente e anche se può essere intaccata con un’unghia, sembra più solida di quella del Galaxy Fold.

Ma il produttore di vetro Gorilla Corning vuole farvi sapere che la protezione dello schermo del Galaxy Z Flip potrebbe non essere necessaria in un anno o due. L’azienda mi dice che campioni del suo nuovo vetro piegabile sono già nelle mani dei produttori di dispositivi. Si aspetta i dispositivi sul mercato nei prossimi 12-18 mesi, e sta sparando per fornire “durata, resistenza ai graffi e chiarezza ottica” tutto in un unico pacchetto per i dispositivi pieghevoli.

Mentre un rappresentante non può ancora dire come Corning stia facendo questo o confermare esplicitamente che non ci sarà plastica coinvolta, la plastica non sembra essere l’obiettivo: “Oggi, quando si acquista un telefono con Gorilla Glass, si sta toccando il vetro … questo è ciò verso cui stiamo lavorando.”

La produzione di massa di vetro abbastanza sottile da piegarsi in modo affidabile è una sfida difficile, Corning e Schott concordano. Mydlak mi ha detto l’anno scorso che Schott stava ancora cercando di risolvere alcuni problemi di produzione, come il modo di tagliare, imballare e spedire correttamente le bobine dei vetri più sottili che aveva sviluppato senza danneggiarli lungo la strada. Sembra che l’esistenza del Galaxy Z Flip significhi che ha risolto alcuni di questi problemi – ma i bassi rendimenti potrebbero anche essere uno dei motivi per cui i telefoni pieghevoli sono così incredibilmente costosi, e perché Corning deve ancora capirlo completamente.

È difficile biasimare Samsung per aver spinto così tanto, anche se entrambi i suoi pieghevoli sono inciampati fuori dal cancello – per prima cosa, vuole vendere schermi pieghevoli anche ad altre aziende, come ha quasi rivelato nel suo ultimo comunicato stampa. Ma questo non rende meno frustrante vedere che un telefono che è stato promesso come resistente ai graffi può essere facilmente graffiato, e non significa che è necessario acquistare. Anche se se lo fai, Samsung dice a The Verge che è possibile ottenere un protettore dello schermo gratuito e / o una sostituzione dello schermo una tantum $ 119 se il dispositivo non soccombere ai graffi.

Frankberg non è ancora convinto. “La mia onesta opinione di scienziato dei materiali: Non comprerei questo tipo di telefoni in questa fase perché la dimensione del graffio necessario per romperlo è molto molto piccola”, dice, sottolineando come un singolo granello di sabbia potrebbe distruggere uno schermo in vetro pieghevole. “Comprando un telefono molto costoso, farei un passo indietro e vedrei come la tecnologia migliora.”

Tuttavia, Frankberg ha un’idea di come questi schermi potrebbero evolvere: è nelle primissime fasi di sviluppo di una forma di vetro che utilizza ossido di alluminio al posto della tradizionale silice, che può piegarsi invece di rompersi, e sta esplorando anche altri materiali alternativi. (Non sarebbe la prima volta che il mondo si occupa di vetro “allumina”, e potreste anche avere familiarità con la forma cristallina condensata dell’ossido di alluminio, lo zaffiro.)

Mi chiedo solo se chiameremmo davvero un tale materiale “vetro” se o quando mai arriverà. Come Zack Nelson di JerryRigEverything ama dire quando prova un nuovo schermo di vetro, è difficile scuotere lo stereotipo. “Il vetro si rompe. Se qualcuno dovesse mai inventare qualcosa di più resistente del vetro, lo chiamerà sicuramente in un altro modo.”