شیشه فوق‌نازک نمایشگر تاشو با ترکیبی از کاهش ضخامت، تغییر ساختار شیمیایی و مهندسی مواد می‌تواند بارها خم شود و در برابر شکست مقاومت کند.
- ضخامت شیشه نقش مستقیمی در مقاومت آن در برابر خم‌شدن دارد.
- شیشه فوق‌نازک iPhone Duo کمتر از ۳۰ میکرومتر ضخامت دارد؛ در حالی که ضخامت متوسط موی انسان ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر است.
- کاهش ضخامت در کنار اصلاح ترکیب شیمیایی و ساختار شبکه‌ای شیشه، به افزایش انعطاف‌پذیری و استحکام خمشی کمک می‌کند.
اپل رسماً iPhone Duo، نخستین دستگاه تاشوی خود را معرفی کرده است؛ محصولی با نمایشگر شیشه‌ای ۷.۶ اینچی که می‌تواند به‌طور مداوم خم شود، بدون اینکه ترک بخورد. راز این انعطاف‌پذیری فقط یک اختراع نیست، بلکه حاصل مجموعه‌ای از پیشرفت‌ها در علم مواد و مهندسی میکرو است.
iPhone Duo محصولی با قیمت نسبتاً بالا در نظر گرفته می‌شود. اپل نخستین برند واردشده به بازار گوشی‌های تاشو نیست و پیش از آن شرکت‌هایی مانند Google، Samsung و Motorola وارد این حوزه شده‌اند. با این حال، اپل ادعا می‌کند این دستگاه نقطه عطفی جدید به شمار می‌رود.
در جریان معرفی محصول، John Ternus، مدیرعامل اپل، گفت که این محصول تجربه استفاده از گوشی‌های تاشو را متحول خواهد کرد.
چرا ساخت شیشه نمایشگر تاشو دشوار است؟
توانایی نمایشگر برای تحمل خم‌شدن، نتیجه ترکیبی از پیشرفت‌های متعدد در علم مواد و مهندسی میکرو است و به یک اختراع منفرد متکی نیست.
بزرگ‌ترین چالش این است که سطحی ساخته شود که از یک سو به اندازه کافی انعطاف‌پذیر باشد تا بتواند صدها هزار بار تا بخورد و از سوی دیگر آن‌قدر سخت باشد که در برابر ضربه‌ها و فشارهای مکانیکی روزمره مقاومت کند.
پارادوکس نازکی در شیشه نمایشگر تاشو
در اصل، شیشه یک «جامد آمورف» است. ساختار اتمی آن در حالتی قفل شده قرار دارد که شباهت زیادی به یک مایع منجمدشده دارد.
شیشه معمولی شکننده است و هنگام خم‌شدن به‌راحتی می‌شکند، زیرا اتم‌های آن در شبکه‌ای نسبتاً صلب قرار گرفته‌اند. هرچه ضخامت شیشه بیشتر باشد، تنش کششی در لبه بیرونی سطح خمیده نیز بیشتر می‌شود و در نهایت می‌تواند به شکست منجر شود.
اما وقتی ماده به ضخامت‌های بسیار کم می‌رسد، این ویژگی به شکل اساسی تغییر می‌کند. ضخامت متوسط موی انسان حدود ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر است، در حالی که گفته می‌شود شیشه فوق‌نازک استفاده‌شده در iPhone Duo کمتر از ۳۰ میکرومتر ضخامت دارد.
وقتی شیشه در ضخامت‌های بسیار کم تولید می‌شود، تغییر شکل خمشی ماده برای یک شعاع انحنای مشخص به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. در نتیجه، شیشه می‌تواند با شکل نمایشگر منطبق شود و هم‌زمان خطر ایجاد و گسترش ترک کاهش یابد.
چرا نازک‌تر بودن، شیشه را انعطاف‌پذیرتر می‌کند؟
Professor John Rogers از Department of Materials Science and Engineering در Northwestern University توضیح می‌دهد: «ضخامت مستقیماً مقاومت یک ماده در برابر خم‌شدن را تعیین می‌کند. وقتی ماده به نازک‌ترین حالت خود می‌رسد، انعطاف‌پذیری آن به شکل قابل توجهی افزایش می‌یابد.»
Rogers برای توضیح این موضوع از مقایسه‌ای ساده میان چوب و کاغذ استفاده می‌کند: «خم‌کردن یک قطعه چوب ضخیم تقریباً غیرممکن است. اما کاغذ که در اصل از الیاف چوب ساخته شده است، به دلیل نازکی بسیار زیاد، انعطاف‌پذیری بالایی دارد. همین قاعده درباره شیشه نیز صدق می‌کند.»
اتصال و مهندسی چندلایه
علاوه بر کاهش ضخامت، دانشمندان ساختار شیمیایی شیشه را نیز اصلاح کرده‌اند تا استحکام آن افزایش پیدا کند.
دانشمندان می‌توانند ترکیب شیمیایی شیشه را نیز تنظیم کنند. برای مثال، در برخی انواع شیشه‌های بوروسیلیکات از بورون تری‌اکسید استفاده می‌شود که باعث ایجاد ضریب انبساط حرارتی پایین در ماده می‌شود.
در شکل‌های بسیار نازک، تغییر در ترکیب و ساختار شبکه‌ای شیشه می‌تواند به بهبود استحکام خمشی آن کمک کند.
سؤالات متداول
ضخامت شیشه نمایشگر iPhone Duo چقدر است؟
گفته می‌شود شیشه فوق‌نازک نمایشگر iPhone Duo کمتر از ۳۰ میکرومتر ضخامت دارد.
چرا شیشه معمولی هنگام خم‌شدن می‌شکند؟
ساختار صلب شبکه اتمی شیشه باعث شکنندگی آن می‌شود. با افزایش ضخامت، تنش کششی در لبه بیرونی سطح خمیده افزایش پیدا می‌کند و می‌تواند باعث شکست شود.
چرا شیشه بسیار نازک انعطاف‌پذیرتر است؟
با کاهش ضخامت، تغییر شکل خمشی ماده برای یک شعاع انحنای مشخص کاهش می‌یابد و خطر ایجاد و گسترش ترک کمتر می‌شود.
آیا فقط نازک‌کردن شیشه باعث افزایش مقاومت آن می‌شود؟
خیر. علاوه بر کاهش ضخامت، اصلاح ترکیب شیمیایی و ساختار شبکه‌ای شیشه نیز می‌تواند به بهبود استحکام خمشی آن کمک کند.
بورون تری‌اکسید چه نقشی در شیشه دارد؟
بورون تری‌اکسید در برخی انواع شیشه‌های بوروسیلیکات استفاده می‌شود و باعث ایجاد ضریب انبساط حرارتی پایین در ماده می‌شود.
جمع‌بندی
شیشه نمایشگر تاشو زمانی می‌تواند بارها خم شود که میان انعطاف‌پذیری و استحکام تعادل ایجاد شود. در iPhone Duo، شیشه‌ای با ضخامت کمتر از ۳۰ میکرومتر، در کنار تغییرات ترکیب شیمیایی و ساختار ماده، امکان خم‌شدن نمایشگر را فراهم می‌کند.
اگر به فناوری نمایشگرهای تاشو و راز مهندسی مواد در محصولات جدید علاقه دارید، جزئیات ساختار و فناوری این نمایشگرها را دنبال کنید.
