Man punches the air while climbing a boulder wall

超越极限,永无止境

如果不是人类自身把事物的可能性推向极致,那就是研究和材料开发在此方面做了助推。以超薄柔性玻璃这个极端材料为例,其厚度不及人的发丝,弯曲半径已小至一毫米。

Michael Mueller, Head of Innovation Communication & Storytelling at SCHOTT Michael Thiem

作者:Michael Mueller, Michael Thiem

13 分钟

2017年9月3日,Adam Ondra颠覆了攀岩界。这位捷克人在挪威弗拉斯达德附近的一个山洞里,成功攀登了一条几乎全程悬空的攀岩路线。最后,他放手悬挂在安全绳上,完全沉浸到攀登成功的喜悦中。这位“超越极限的大师”超越了自己,整个攀岩界都为之叹服。这是人类历史上第一次完成法国难度系统等级为9c的攀岩路线。在这之前,这个难度等级甚至都不存在,Ondra在攀岩成功后提出了等级申请。这项壮举突破了人类极限。他称这条线路为“静默”。取这个名字是因为通常在攀至山顶后,他会大声呐喊以表达自己的喜悦;但在完成这条超级艰难的路线后,他进入静默状态,一言不发。

在边界之外没有任何规则,也不存在现成的客观评价标准,只有对这项惊人成就的惊叹、敬佩和认可。但9c难度究竟是什么?这意味着,攀岩者需要在非常陡峭的悬空岩壁上,连续进行许多次艰难的攀登尝试。在这个过程中,Ondra似乎战胜了地心引力,让观者百思不得其解——这样的壮举是如何做到的?“我越来越努力地攀登,并非是我想挑战自己的极限、想要取悦自己,或是向他人证明谁才是最厉害的,” Ondra在接受德国媒体采访时说,“更多的是因为,攀登更难的路线在某种程度上更有乐趣。路线越难,攀登过程就越有趣,你必须想出更多不可思议的动作。”

 

可以弯折,但不折断

最重要的是,Ondra必须依靠自己的身体登顶。体能、力量和技术都是可以训练的,如果你想系统性地突破界限,就需要使用其他工具进行调节。新材料可以开启曾经关闭的大门。例如在各项田径运动中,撑杆跳运动员对其装备的依赖性比其他项目都更大。

杆子的长度和坚硬程度各有不同,但成功的关键是可以弯折、但不折断。同时,这也离不开运动员的勇气和对材料的信心。经过几十年的发展,木头变成了竹子和金属,直到今天运动员们已使用由碳纤维制成的高端撑杆。随着每一次材料的调整,世界纪录也在不断改写。从1941年到1961年,男子撑杆跳世界纪录只提高了4厘米,从4.77米提高到4.81米。1968年,随着玻璃纤维增强环氧树脂制成的撑杆问世——这种撑杆能实现更大的弯曲度——世界纪录猛地刷新到5.41米。最新的纪录是由瑞典选手Armand Duplantis于2022年3月20日创造的6.20米。

夜晚一名撑杆跳运动员在撑杆顶端

行业领先的制造商对这款高科技撑杆的成分严格保密,其中的差异在于玻璃纤维线在塑料芯周围的缠绕程度,这对方向性结构至关重要。制造商的目标是生产尽可能轻薄的撑杆材料。Duplantis说:“当你达到极限时,你就会意识到下一阶段的可能性有多大。”在创下该纪录之后,他又宣布有了新突破。

撑杆跳世界纪录保持者Armand Duplantis
当你达到极限时,你就会意识到更高的层次近在咫尺

对不断追求提升的人来说 ,纪录是用来突破的。人们已经突破了许多过往的极限,包括攀岩、撑杆跳,材料研发也是如此。技术创新几乎总是伴随着材料的改良。它们构成了下一阶段目标的基础:更薄、更轻、更柔韧——更强大。

几乎在所有的领域,对超一流的追求都是一种循环。一旦纪录被打破,比赛又会重新开始。例如在国际太阳能研究领域,目前似乎已经开启了一场竞赛。所有人都想开发最薄、最轻、最柔韧的电池。斯坦福大学的研究人员已经成功地生产出超薄超轻的太阳能电池。这些电池非常纤薄,甚至将被用于便携式设备、服装或轻型飞行器。

 

在柔性显示设备领域,一场类似的竞赛已经展开。2007年,苹果公司推出了第一款采用玻璃保护的显示屏的智能手机iPhone,此后这种材料成为许多开发者和设计师的关注焦点。现在,消费电子产品领域的焦点集中在柔性超薄玻璃(UTG)上。

“我们生产超薄玻璃已经有30多年了。基于这些经验,我们非常高兴能利用这种叹为观止的材料,塑造可折叠智能手机的未来。”肖特公司UTG盖板业务发展经理Mathias Mydlak博士说。

说完,他伸手拿起一副护目镜戴上,并展示了超薄玻璃的惊人弯曲半径。“超薄玻璃可以说是‘绕指柔’,你看,真是不可思议。但‘绕指柔’还距离超薄玻璃的极限还很远。应用在柔性屏幕内,超薄玻璃能实现小于一毫米的弯曲半径。我的手指可没那么细,” Mydlak博士笑着说。

一双手正在弯折一片肖特超薄柔性玻璃

一名男性工作人员展示篇弯折中的肖特柔性超薄玻璃

最先进的超薄柔性玻璃可以实现不到两毫米的弯曲半径。这非常了不起,但仍不是其物理极限。

智能手机的发展史

在1994年,使用智能手机的人都需要有不小的手劲。IBM的西蒙作为世界上公认的第一步智能手机,可谓开创了一个新时代。然而,它的重量超过半公斤或一磅,显示分辨率为160 x 293像素,内存为1 MB。这个设备的诞生让安装应用程序以及发送电子邮件首次成为可能。作为对比,2020年发布的三星Galaxy S20智能手机重163克,分辨率为1440 x 3,200像素。2019年,三星推出Galaxy Fold,这是第一款采用可折叠显示屏的智能手机;两年后,三星Galaxy Z Flip紧随其后,在全球范围内共售出约1360万台。
Women using a foldable smartphone

一毫米,真是令人惊叹!一根火柴通常有一个边长两毫米的方形截面。生产弯曲半径小于一毫米、比人的发丝还细的超薄玻璃,激发出智能手机制造商的想象力,将玻璃应用于研发可折叠设备的显示屏。为了让玻璃能够弯曲,无论其厚度如何,都需要进行化学强化处理。肖特的超薄玻璃就能做到这一点,助力未来设备走入现实生活

这家特种玻璃制造商拥有盖板玻璃领域的专有技术。早在2010年,肖特就将其盖板玻璃打入了智能手机市场,并且是第一家开发铝锂硅玻璃的特种玻璃制造商,这种玻璃是当今手机盖板玻璃的标准型号。Mydlak博士说:“可折叠显示屏是智能手机市场的一场软革命。

作为提供特殊解决方案的技术供应商,肖特与客户进行了非常深入的合作,并针对每个案例开发了定制化的解决方案,其中一个决定性优势是公司内部多层次的技术实力。自20世纪90年代以来,公司一直在使用下拉法工艺生产各种超薄玻璃。随着技术的持续进步,在实验室里,肖特已成功制造出厚度仅16微米的超薄玻璃。16微米是多薄?一个红细胞的厚度为8微米!意味着它只有2个红细胞的厚度。

30万次弯折

玻璃如何实现超薄且兼具韧性?解决方案很简单,但却极具挑战性。Mydlak博士说:“对于一种坚硬的固体材料,你基本上只需要把它做得非常薄,就可以使它变得柔韧。”这听起来很简单,但在实践中,它往往无比困难。

以铝的制造为例:制成的铝箔可以薄薄地卷起——这种金属可塑性极高。特种玻璃的情况相类似。其最重要的成分是氧化硅、铝和金属离子。此外的添加内容属于机密。Mydlak博士笑着说:“我们有特别的‘神奇粉末’。其余的部分交给UTG生产工艺。

但如今,玻璃的厚度并不是唯一的重要目标,更薄的UTG可能会应用于其他领域。此外,韧性和坚固性等特性正在受到日益关注。在材料厚度有限的情况下为使其尽可能得柔韧坚固,材料成分和化学强化工艺非常关键。

智能手机的可折叠显示屏早已能够量产。中国智能手机制造商vivo就是鲜活的案例:vivo X Fold的可折叠主显示屏依靠的是一种柔性玻璃,在精加工后可以弯折数十万次不破裂。在2022年,vivo手机创造了新的吉尼斯纪录,实现了30万次弯折,超薄柔性玻璃起了至关重要的作用。

定义极致

肖特®UTG是消费电子领域可折叠革命的核心:智能手机和未来其他基于屏幕的设备,都可以折叠。 这项创新需要具有多种特性的新型盖板玻璃,将材料推向可能的技术极限。 为实现这一目标,玻璃必须超薄、超柔韧,并且必须具有高度的稳定性。

定义极致

未来的可折叠设备

依据统计门户网站Statista的预测数据,可折叠设备的市场潜力巨大。到2024年,全球将售出5010万部可折叠智能手机,可谓前景广阔。平板电脑和笔记本电脑也将变成“可折叠”设备,第一批机型早在2020年就以原型机的形式被推向市场。如今高品质的特种玻璃材料早已准备就绪,然而设备软件系统的研发尚未让设备达到最佳使用效果。“我们可以制造出超薄玻璃,知道可以使用哪些类型的玻璃,” Mydlak博士说,“我们可以结合肖特在这两个领域的经验,在两种情况下,分别为客户找到最佳解决方案。”比赛早已开始,下一阶段的目标是再一次超越极限。

需要定期重新定义边界的,不仅仅是技术创新。人类的体能也一次又一次地刷新成绩。“我已经证明,只要想做,就能突破极限,” Eliud Kipchoge在完成非官方马拉松跑之后说。这位肯尼亚运动员于2017年10月12日在维也纳的“实验室条件”下创造了以1:59:40跑完42.195公里的成绩,这是人类首次闯入神奇的两小时大关。这真是一个难以置信的成就!而下一个记录的诞生只是时间问题——无论体育运动,还是材料创新。

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