Sticlă pliabilă: cum, de ce și adevărul despre Z Flip de la Samsung

La 11 februarie 2020, Samsung a prezentat primul telefon din lume cu sticlă pliabilă: Galaxy Z Flip. Samsung a declarat că a încălcat legile fizicii prin plierea sticlei, mai exact prin faptul că a făcut „un salt de la ecranele din polimeri la tehnologia sticlei ultra-subțiri.”

Samsung a făcut să pară că a inventat o nouă formă brevetată de sticlă, iar compania chiar a numit-o Samsung Ultra Thin Glass (UTG). „Am făcut imposibilul și am creat sticla ultra-subțire care se pliază”, susținea prezentarea companiei, adăugând că aceasta „vă protejează ecranul de zgârieturi.”

Dar, după cum avea să vadă lumea câteva zile mai târziu, fizica nu este atât de ușor de ignorat.

Experții în materie de sticlă ar fi putut să vă avertizeze cu privire la ceea ce s-a întâmplat în continuare, când s-a dovedit că presupusul „salt” al Samsung folosește într-adevăr polimeri și că, până la urmă, este ușor de zgâriat. „Scutul din fibră” rezistent la praf al Samsung a eșuat imediat la un test agresiv de praf, iar afirmațiile companiei în jurul sticlei s-au retras acum la sloganul ridicol „dur, dar tandru.”

Dar Samsung nu a mințit cu privire la inovația principală de aici: Galaxy Z Flip este cu adevărat un telefon pliabil din sticlă. Doar că sticla este de fapt fabricată de producătorul german Schott, are un strat de plastic moale și zgâriabil deasupra și – sperăm – viitoarele telefoane pliabile din sticlă nu vor avea nevoie de această protecție suplimentară.

Pentru a înțelege de ce, ar trebui probabil să înțelegeți mai întâi cum se poate plia sticla.

Veghea flexibilă este reală

Dacă vreau să fiu sincer, eu însumi încă îmi dau seama de acest lucru. Sticla este fragilă; chiar dacă cumva nu ai spart niciodată tu însuți sticlă, cu siguranță știi cum sună când se sparge. Este greu de imaginat cum un material atât de fragil ar putea fi transformat într-un telefon cu clapetă pliabilă, motiv pentru care nu sunt surprins când Samsung s-a trezit confruntat cu acuzații conform cărora sticla ultra-subțire a Galaxy Z Flip ar putea să nu fie deloc sticlă.

Și totuși fizica pliabilității sticlei este remarcabil de simplă, potrivit a doi cercetători în domeniul materialelor, precum și reprezentanților producătorului Gorilla Glass Corning și ai Schott însuși. Versiunea scurtă: practic orice poate fi îndoit dacă îl faceți suficient de subțire.

„Toate materialele pe care le cunoaștem și care sunt foarte rigide pot fi îndoite într-o anumită măsură”, spune Dr. Mathias Mydlak de la Schott, un chimist care acum conduce dezvoltarea afacerilor pentru sticla ultra-subțire a companiei. „Dacă vă gândiți la lemn, un 2×4 nu poate fi îndoit, dar dacă cizelați o bucată foarte fină din el, același lucru este valabil și pentru sticlă”, mi-a spus el la sfârșitul anului trecut. În timp ce un geam normal ar putea părea să nu se îndoaie înainte de a se rupe, o panglică de sticlă suficient de subțire poate de fapt să o facă.

Când îndoiți un material, sticlă sau altceva, ceea ce faceți este să întindeți în mod natural materialul din exteriorul curburii dumneavoastră – și chiar și sticla are o anumită flexibilitate. „Ați putea să vă imaginați un resort metalic între fiecare doi atomi, iar resortul să se alungească atunci când întindeți cei doi atomi în afară”, spune Erkka Frankberg, cercetător la Universitatea din Tampere, care studiază formele neconvenționale de sticlă.

Principala problemă: puteți întinde legăturile chimice ale unui material doar până la un anumit punct înainte ca acesta să se rupă, un concept cunoscut sub numele de rezistență la tracțiune. Dar dacă folosiți o foaie de sticlă mai subțire, întindeți o cantitate mai mică de material în același spațiu, îndoind mai puține straturi și întindând mai puține legături chimice, spune Mydlak. Acest lucru pune mai puțină tensiune de tracțiune pe sticlă, permițându-vă să o îndoiți mai strâns înainte ca aceasta să se rupă. Subțierea sticlei este unul dintre cele „două trucuri principale” pentru a o face să se îndoaie, spune Juejun Hu, profesor asociat de știința materialelor la MIT, deoarece studenții de la fizică învață că tensiunea de tracțiune variază liniar cu grosimea.

Când sticla ajunge la o grosime mai mică de o sută de microni – aproximativ grosimea unui fir de păr uman – atunci poate fi îndoită suficient de mult pentru gadgeturile de pliere de bază, spun experții. Dacă doriți un telefon care să se plieze spre interior fără un spațiu imens între balamale, vorbim de zeci de microni. Gândiți-vă la o folie de aluminiu.

Această subtilitate este deja posibilă cu sticla care există în prezent. Am atins o foaie de sticlă Schott de 70 de microni în urmă cu patru ani și am îndoit-o cu propriile mele mâini. Samsung spune că Z Flip-ul său folosește o sticlă cu grosimea de 30 de microni, iar Schott spune că a coborât și ea la 25 de microni în laborator. Atât Corning, cât și Schott folosesc tehnici oarecum similare, fiecare dintre ele creând o foaie de sticlă care plutește în aer prin extragerea unor panglici subțiri de sticlă topită din cuve de formă specială.

Dar subțire nu este suficient în sine. Al doilea „truc principal” pentru sticla curbabilă este de a o întări împotriva imperfecțiunilor, în special la suprafață, unde acestea pot provoca defecțiuni catastrofale atunci când sticla este solicitată. O mică bulă de aer, o pată de murdărie sau o zgârietură minusculă în timpul procesului de fabricație sau de manipulare ar putea fi suficiente pentru a distruge o bucată de sticlă curbabilă, spun experții. „Toate tensiunile pe care le produceți în sticlă tind să se concentreze pe acele mici defecte, iar acolo se va produce o fractură”, spune Frankberg.

Aici pot interveni băile chimice și tratamentele termice pentru a întări și tempera sticla, așa cum am mai scris, dar compensația este că acestea pot face sticla mai ușor de zgâriat. Și pe măsură ce sticla devine mai subțire – suficient de subțire pentru a fi îndoită – o zgârietură devine și mai îngrijorătoare.

Zgârieturile sunt mai mortale

În timp ce Mydlak spune că o bucată de sticlă de la Schott „poate continua la nesfârșit” în condiții controlate dacă supraviețuiește primului test de îndoire, el admite că o singură zgârietură ar putea schimba acest lucru. „Dacă o zgârii cu ceva… acesta va fi un defect inițial care poate cauza probleme mai târziu”, spune el. Dacă o bucată de sticlă cu o zgârietură suficient de mare este îndoită cu o tensiune suficient de concentrată pe o „pre-fisură”, spune Frankberg, „practic se va propaga cu viteza sunetului și va trece în mod catastrofal prin întregul material.”

Ceea ce trebuie reținut este că, deși sticla este mai rezistentă la zgârieturi decât plasticul, nu este rezistentă la zgârieturi – se poate zgâria la o duritate Mohs de 5 sau 6, în loc de 2 sau 3 pentru plastic, dar se zgârie oricum. Pun pariu că ai câteva zgârieturi mici pe ecranul de sticlă tradițional al telefonului tău chiar acum. Dar bănuiesc, de asemenea, că nu trebuie să îndoiți niciodată ecranul tradițional, așa cum ați face-o cu un telefon pliabil. Acum este o problemă mult mai mare.

Frankberg crede că acesta este probabil motivul pentru care Galaxy Z Flip de la Samsung are încă un protector de ecran din plastic în partea de sus. Nu pentru a preveni zgârieturile sau pentru a-l ajuta să se îndoaie mai ușor, ci ca un „strat de sacrificiu” care se zgârie în locul sticlei, astfel încât să existe mai puține potențiale crăpături catastrofale pe parcurs. „Probabil că primesc mai puține retururi de produse din cauza stratului suplimentar”, speculează el.

Mydlak de la Schott mi-a dat de fapt o sugestie în acest sens la sfârșitul anului trecut, înainte ca Z Flip să fie anunțat: „Cel mai probabil nu veți atinge deloc sticla goală, ci ceva deasupra ei”, a spus Mydlak când l-am întrebat dacă zgârieturile ar fi ceva de care să vă faceți griji cu primul lot de telefoane cu sticlă pliabilă.

Ar trebui să adaug că nu știm pe deplin ce fac Samsung și partenerii săi cu ecranul de sticlă Schott înainte de a-l adăuga la telefon. Schott a putut doar să confirme că livrează sticla sa ultra-subțire către Samsung, spunând că „nu poate comenta niciun detaliu de prelucrare a materiei prime din sticlă”. Și în timp ce Samsung a recunoscut că acesta vine cu o protecție de ecran preinstalată, compania a anunțat miercuri că, de asemenea, „injectează” sticla „cu un material special până la o adâncime nedezvăluită pentru a obține o duritate consistentă”, indiferent ce înseamnă asta. Samsung nu a dorit să spună mai multe, iar acest lucru pare destul de discret.

Dar Samsung are un alt partener implicat în acest proces. Lucrează cu producătorul coreean de ecrane Dowoo Insys la această sticlă încă din 2013, relatează Yonhap News, iar recent a blocat-o devenind cel mai mare acționar al companiei. Se presupune că Samsung are exclusivitate asupra procesului Dowoo, dar nu și asupra sticlei ultra-subțiri Schott, iar Samsung ar fi decis să le folosească pe amândouă pentru ecranul lui Galaxy Z Flip.

La ce bun sticla?

Toate acestea nu răspund totuși la întrebarea: la ce bun sticla pliabilă dacă oricum se zgârie ca plasticul? Un răspuns este că ar putea dura mai mult; Schott spune că sticla nu se va descompune așa cum o face în mod natural plasticul în timp. Există, de asemenea, claritatea optică de luat în considerare. În plus, după cum a remarcat Dieter Bohn, sticla lui Galaxy Z Flip – cu sau fără acoperire din polimer – pur și simplu se simte mai bine decât Galaxy Fold original acoperit cu plastic pur. Crenguța de la pliu este mai puțin proeminentă și, deși poate fi crestată cu o unghie, se simte mai fermă decât cea de pe Galaxy Fold.

Dar producătorul de sticlă Gorilla Glass, Corning, vrea să știți că protectorul de ecran al lui Galaxy Z Flip ar putea să nu mai fie necesar peste un an sau doi. Compania îmi spune că eșantioane din noua sa sticlă pliabilă se află deja în mâinile producătorilor de dispozitive. Se așteaptă ca dispozitivele să ajungă pe piață în următoarele 12 până la 18 luni și trage pentru a oferi „durabilitate, rezistență la zgârieturi și claritate optică”, toate într-un singur pachet pentru dispozitivele pliabile.

În timp ce un reprezentant nu a putut încă să spună cum face Corning acest lucru sau să confirme în mod explicit că nu va fi implicat plasticul, plasticul nu pare să fie obiectivul: „Astăzi, când cumpărați un telefon cu Gorilla Glass, atingeți sticlă… spre asta lucrăm.”

Producția în masă de sticlă suficient de subțire pentru a se îndoi în mod fiabil este o provocare dificilă, Corning și Schott sunt de acord. Mydlak mi-a spus anul trecut că Schott încă își dădea seama de câteva probleme de producție, cum ar fi cum să taie, să împacheteze și să expedieze în mod corespunzător bobine din cele mai subțiri ochelari foarte subțiri pe care le-a dezvoltat fără să le deterioreze pe parcurs. Se pare că existența Galaxy Z Flip înseamnă că a rezolvat o parte din aceste probleme – dar randamentele scăzute pot fi, de asemenea, unul dintre motivele pentru care telefoanele pliabile sunt atât de incredibil de scumpe și pentru care Corning încă nu și-a dat seama pe deplin de acest lucru.

Este greu de învinovățit Samsung pentru că a insistat atât de mult, chiar dacă ambele sale telefoane pliabile s-au poticnit de la poartă – în primul rând, vrea să vândă ecrane pliabile și altor companii, după cum a aproape dezvăluit în ultimul său comunicat de presă. Dar asta nu face mai puțin frustrant să vezi că un telefon care a fost promis ca fiind rezistent la zgârieturi poate fi ușor zgâriat, iar asta nu înseamnă că trebuie să vă cumpărați. Deși, dacă o faceți, Samsung declară pentru The Verge că puteți obține o protecție gratuită pentru ecran și/sau o înlocuire unică a ecranului de 119 dolari dacă dispozitivul dvs. cedează la zgârieturi.

Frankberg nu este încă convins. „Opinia mea sinceră ca om de știință în domeniul materialelor: Nu aș cumpăra acest tip de telefoane în acest stadiu, deoarece dimensiunea zgârieturii de care ai nevoie pentru a-l sparge este foarte, foarte mică”, spune el, arătând cum un singur grăunte de nisip ar putea distruge un ecran din sticlă pliabilă. „Cumpărând un telefon foarte scump, aș face un pas înapoi și aș vedea cum se îmbunătățește tehnologia.”

Mai mult, Frankberg are o idee despre cum ar putea evolua în cele din urmă astfel de ecrane: el se află în stadiile incipiente de dezvoltare a unei forme de sticlă care folosește oxid de aluminiu în locul siliciului tradițional, una care se poate îndoi în loc să se spargă, și explorează și alte materiale alternative. (Nu ar fi prima dată când lumea se uită la sticla de „alumină” și este posibil să fiți, de asemenea, familiarizați cu forma cristalină condensată a oxidului de aluminiu, safirul.)

Întreb doar dacă vom numi cu adevărat un astfel de material „sticlă” dacă sau când va ajunge vreodată. Așa cum îi place lui Zack Nelson de la JerryRigEverything să spună atunci când testează la zgârieturi un nou ecran de sticlă, este greu să scapi de stereotip. „Sticla se sparge. Dacă cineva vine vreodată cu ceva mai rezistent decât sticla, cu siguranță îl va numi altfel.”

Vezi toate știrile din Știință