Vikbart glas: hur, varför och sanningen om Samsungs Z Flip

Den 11 februari 2020 presenterade Samsung världens första vikbara glastelefon: Galaxy Z Flip. Samsung förklarade att man hade brutit mot fysikens lagar genom att böja glas, närmare bestämt genom att göra ”ett språng från polymerskärmar till ultratunn glasteknik.”

Samsung fick det att låta som om man hade uppfunnit en ny egen form av glas, och företaget döpte den till och med till Samsung Ultra Thin Glass (UTG). ”Vi har gjort det omöjliga och skapat ultratunt glas som kan vikas”, hävdade företaget i sin presentation och tillade att det ”skyddar din skärm från repor”.

Men som världen skulle få se några dagar senare är fysiken inte så lätt att ignorera.

Glasexperter kunde ha varnat dig för vad som hände härnäst, när det visade sig att Samsungs påstådda ”språng” trots allt använder polymerer och är lätt att repa. Samsungs dammtåliga ”fibersköld” misslyckades omedelbart i ett aggressivt dammtest, och företagets påståenden kring glas har nu dragit sig tillbaka till den löjliga taglinen ”tuff, men ändå ömtålig.”

Men Samsung ljög inte om den primära innovationen här: Galaxy Z Flip är verkligen en vikbar glastelefon. Det är bara det att glaset faktiskt tillverkas av den tyska tillverkaren Schott, den har ett mjukt, reptåligt plastskikt ovanpå, och – förhoppningsvis – kommer framtida vikbara glastelefoner inte att behöva det extra skyddet.

För att förstå varför bör du förmodligen först förstå hur glas kan vikas överhuvudtaget.

Flexibelt glas finns på riktigt

Om jag ska vara ärlig så har jag fortfarande svårt att förstå det själv. Glas är ömtåligt; även om du på något sätt aldrig har brutit glas själv vet du definitivt hur det låter när det krossas. Det är svårt att ens föreställa sig hur ett så skört material skulle kunna förvandlas till en böjbar flip-telefon, och därför är jag inte förvånad över att Samsung anklagades för att Galaxy Z Flips ultratunna glas kanske inte alls är glas.

Men ändå är fysiken i att vika glas anmärkningsvärt enkel, enligt två materialforskare, liksom representanter för Gorilla Glass-tillverkaren Corning och Schott självt. Den korta versionen: praktiskt taget vad som helst kan böjas om man gör det tillräckligt tunt.

”Alla material som vi känner till och som är mycket styva kan böjas i viss utsträckning”, säger Mathias Mydlak från Schott, en kemist som nu leder affärsutvecklingen för företagets ultratunna glas. ”Om du tänker på trä kan en 2×4 inte böjas, men om du mejslar en mycket fin bit av det så gäller samma sak för glas”, berättade han för mig i slutet av förra året. Medan en vanlig fönsterruta kanske inte verkar kunna böjas innan den går sönder, kan ett tillräckligt tunt glasband faktiskt göra det.

När du böjer ett material, glas eller annat, sträcker du på ett naturligt sätt ut materialet på utsidan av din böjning – och till och med glas har en viss böjbarhet. ”Man kan tänka sig en metallfjäder mellan varannan atom och att fjädern förlängs när man sträcker de två atomerna isär”, säger Erkka Frankberg, forskare vid Tammerfors universitet som studerar okonventionella former av glas.

Det största problemet är att man bara kan sträcka ett materials kemiska bindningar så långt innan det går sönder, ett begrepp som kallas draghållfasthet. Men om du använder en tunnare glasskiva sträcker du mindre av materialet över samma utrymme, böjer färre lager och sträcker färre kemiska bindningar, säger Mydlak. Det ger mindre dragkraft på glaset, vilket gör att du kan böja det hårdare innan det går sönder. Att tunna ut glaset är ett av de ”två viktigaste knepen” för att få det att böja sig, säger Juejun Hu, biträdande professor i materialvetenskap vid MIT, eftersom fysikstudenter lär sig att dragspänningen är linjär i förhållande till tjockleken.

När man får ner glaset till en tjocklek på mindre än hundra mikrometer – ungefär samma tjocklek som ett mänskligt hårstrå – kan det böjas tillräckligt långt för att man ska kunna använda grundläggande vikbara prylar, säger experterna. Om du vill ha en telefon som kan vikas inåt utan ett enormt gångjärnsspalt talar vi om tiotals mikroner. Tänk aluminiumfolie.

Den tunnheten är redan möjlig med glas som finns i dag. För fyra år sedan rörde jag vid en 70 mikron-skiva av Schott-glas och böjde den med mina egna händer. Samsung säger att dess Z Flip använder ett 30 mikrometer tjockt glas, och Schott säger att det har gått ner till 25 mikrometer i labbet också. Både Corning och Schott använder sig av liknande tekniker, var och en av dem skapar en flytande glasskiva i luften genom att dra tunna band av smält glas ur speciellt formade kar.

Men tunt är inte tillräckligt i sig självt. Det andra ”huvudtricket” för böjbart glas är att stärka det mot ojämnheter, särskilt på ytan där de kan orsaka katastrofala fel när glaset utsätts för påfrestningar. En liten luftbubbla, en smutsfläck eller en liten repa under tillverknings- eller hanteringsprocessen kan vara tillräckligt för att förstöra ett böjbart glas, menar experterna. ”Alla spänningar som uppstår i glaset tenderar att koncentreras till dessa små defekter, och det är där som det kommer att uppstå brott”, säger Frankberg.

Det är där kemiska bad och värmebehandlingar kan komma in för att förstärka och härda glaset, vilket vi har skrivit om tidigare, men motprestationen är att de kan göra glaset lättare att repa. Och när glaset blir tunnare – tillräckligt tunt för att kunna böjas – blir en repa ännu mer bekymmersam.

Rubbningar är dödligare

Medans Mydlak säger att en bit av Schotts glas ”kan hålla för evigt” under kontrollerade förhållanden om den överlever det första böjningstestet, medger han att en enda repa kan ändra på det. ”Om du repar det med något … kommer detta att bli en första defekt som kan orsaka problem senare”, säger han. Om en glasbit med en tillräckligt stor repa böjs med tillräcklig spänning koncentrerad till en ”förspricka”, säger Frankberg, ”kommer den i princip att fortplanta sig med ljudets hastighet och katastrofalt gå igenom hela materialet.”

Det gäller att komma ihåg att även om glas är mer reptåligt än plast är det inte reptåligt – det kan repa med en Mohs-hårdhet på 5 eller 6, i stället för 2 eller 3 för plast, men det repas ändå. Jag slår vad om att du har några små repor på din telefons traditionella glasskärm just nu. Men jag gissar också att du aldrig behöver böja din traditionella skärm på samma sätt som med en vikbar telefon. Nu är det en mycket större grej.

Frankberg tror att det förmodligen är därför Samsungs Galaxy Z Flip fortfarande har ett skärmskydd av plast på ovansidan. Inte för att förhindra repor eller hjälpa den att böja sig lättare, utan som ett ”offerlager” som blir repat i stället för glaset, så att det blir färre potentiella katastrofala sprickor på vägen. ”Förmodligen får de färre produktreturer på grund av det extra lagret”, spekulerar han.

Schotts Mydlak antydde faktiskt så mycket för mig i slutet av förra året, innan Z Flip tillkännagavs: ”Troligtvis kommer du inte att röra det nakna glaset alls, utan något ovanpå det”, sa Mydlak när jag frågade om repor skulle vara något att oroa sig för med den första omgången vikbara glastelefoner.

Jag bör tillägga att vi inte vet helt och hållet vad Samsung och dess partners gör med Schotts glasskärm innan de lägger den i telefonen. Schott kunde bara bekräfta att de levererar sitt ultratunna glas till Samsung och sa att de ”inte kan kommentera några bearbetningsdetaljer för det råa glasmaterialet”. Och även om Samsung har erkänt att den levereras med ett förinstallerat skärmskydd, meddelade företaget på onsdagen att det också ”injicerar” glaset ”med ett speciellt material upp till ett okänt djup för att uppnå en konsekvent hårdhet”, vad det nu betyder. Samsung har inte velat säga mer, och det låter ganska hemligt.

Men Samsung har en annan partner som är involverad i den processen. Företaget har arbetat med den koreanska skärmtillverkaren Dowoo Insys på det här glaset sedan 2013, rapporterar Yonhap News, och har nyligen låst fast det genom att bli den största aktieägaren i företaget. Enligt uppgift har Samsung ensamrätt på Dowoos process men inte på Schotts ultratunna glas, och Samsung har enligt uppgift beslutat att använda båda för Galaxy Z Flip-skärmen.

Hur bra är glas?

Allt detta svarar dock fortfarande inte på frågan: Vad är det för nytta med vikbart glas om det ändå repas som plast? Ett svar är att det kan hålla längre; Schott säger att glas inte kommer att brytas ner som plast naturligt gör med tiden. Det finns också en optisk klarhet att ta hänsyn till. Dessutom, som Dieter Bohn påpekade, känns Galaxy Z Flip-glaset – med eller utan polymerhölje – helt enkelt snyggare än den ursprungliga Galaxy Fold med rent plasthölje. Veckan vid vikningen är mindre framträdande och även om den kan tryckas in med en nagel känns den fastare än det som finns på Galaxy Fold.

Men Gorilla Glass-tillverkaren Corning vill att du ska veta att Galaxy Z Flips skärmskydd kanske inte är nödvändigt om ett år eller två. Företaget berättar att prover av dess nya böjbara glas redan finns i händerna på enhetstillverkare. Det förväntar sig enheter på marknaden inom de närmaste 12 till 18 månaderna, och det skjuter för att leverera ”hållbarhet, reptålighet och optisk klarhet” allt i ett enda paket för vikbara enheter.

En representant kunde ännu inte säga hur Corning gör det eller uttryckligen bekräfta att det inte finns någon plast inblandad, men plast verkar inte vara målet: ”I dag, när du köper en telefon med Gorilla Glass, rör du vid glas … det är det vi jobbar mot.”

Massatillverkning av glas som är tillräckligt tunt för att kunna böjas på ett tillförlitligt sätt är en tuff utmaning, det är Corning och Schott överens om. Mydlak berättade för mig förra året att Schott fortfarande höll på att lösa några produktionsproblem, till exempel hur man på rätt sätt skulle kunna skära, packa och skicka rullar av de allra tunnaste glasen som man hade utvecklat utan att skada dem på vägen. Det låter som om existensen av Galaxy Z Flip innebär att man har löst en del av detta – men den låga avkastningen kan också vara en av orsakerna till att vikbara telefoner är så otroligt dyra, och varför Corning ännu inte helt och hållet har kommit på det.

Det är svårt att klandra Samsung för att det satsar så hårt, även om båda dess vikbara telefoner har snubblat på vägen – för det första vill Samsung sälja vikbara skärmar även till andra företag, vilket företaget nästan avslöjade i sitt senaste pressmeddelande. Men det gör det inte mindre frustrerande att se att en telefon som utlovades vara reptålig lätt kan bli repad, och det betyder inte att du behöver köpa in dig. Fast om du gör det säger Samsung till The Verge att du kan få ett gratis skärmskydd och/eller ett engångsbyte av skärmen för 119 dollar om din enhet skulle drabbas av repor.

Frankberg är ännu inte övertygad. ”Min ärliga åsikt som materialforskare: Jag skulle inte köpa den här typen av telefoner i det här skedet eftersom storleken på den repa som krävs för att den ska gå sönder är mycket liten”, säger han och pekar på hur ett enda sandkorn kan förstöra en vikbar glasskärm. ”Om jag köpte en mycket dyr telefon skulle jag ta ett steg tillbaka och se hur tekniken förbättras.”

Men Frankberg har en idé om hur sådana skärmar kan utvecklas så småningom: han befinner sig i ett mycket tidigt skede av utvecklingen av en form av glas som använder aluminiumoxid i stället för det traditionella kiseldioxiden, ett glas som kan böjas i stället för att gå sönder, och han utforskar även andra alternativa material. (Det skulle inte vara första gången världen tittar på glas av ”aluminiumoxid”, och du kanske också känner till aluminiumoxidens kondenserade kristallina form, safir.)

Jag undrar bara om vi faktiskt skulle kalla ett sådant material för ”glas” om eller när det någonsin kommer fram. Som Zack Nelson från JerryRigEverything brukar säga när han skraptestar en ny glasskärm är det svårt att skaka av sig stereotypen. ”Glas går sönder. Om någon någonsin kommer med något som är starkare än glas kommer de definitivt att kalla det något annat.”

.