В конце сентября ученые Университета Макгилла представили прототип особо прочного стекла для смартфонов. Исследователи создали композит, который в несколько раз крепче обычных стекол и также реже собирает царапины. Новый материал имеет шахматную текстуру, в которой мельчайшие детали стеклянного покрытия переплетаются друг с другом — подобную конструкцию изобретатели подглядели у обитателей морского мира. «Лента.ру» рассказывает, почему в сегменте стекол для смартфонов назрела революция и какие проблемы имеют современные девайсы.
В десятую годовщину смерти основателя Apple Стива Джобса автор издания CNet Роджер Ченг рассказал, что на встрече с прессой предприниматель швырнул первый iPhone на пол, чем шокировал собравшихся. Великий маркетолог хотел удивить журналистов, что ему однозначно удалось. Джобс знал, что телефон не расколется пополам, а его экран не треснет. При разработке устройства предприниматель заметил, что находящиеся в кармане ключи царапают экран прототипа смартфона. В результате Apple заключила контракт с американской компанией Corning, которая разработала для девайса алюмосиликатное стекло. Такой экран хоть и мог разбиться при падении смартфона, но реже собирал царапины, чем пластиковый аналог. С этого момента девайсы Apple и других производителей телефонов оснащались только стеклами Gorilla Glass.
Сейчас от пластиковых экранов отказались все игроки на рынке смартфонов — как минимум аппаратов среднего и премиального ценового сегмента. Однако классическое стекло имеет три недостатка. Во-первых, оно разбивается вдребезги при падении с большой высоты. Во-вторых, сильно царапается при контакте с острыми предметами и абразивным материалом. В-третьих, собирает жир и отпечатки с пальцев. Во влажной среде последний недостаток является еще более актуальным.
Стекло однозначно смотрится лучше, чем пластик, однако имеет большие шансы разбиться при физическом контакте, например при падении. В современных реалиях стоимость ремонта одного экрана может превысить стоимость замены всех деталей устройства. Очередной виток в развитии индустрии производства стекол для смартфонов был зафиксирован пару лет назад. В начале 2020-х на рынке стали популярными складные устройства, имеющие гибкие экраны, которые могут сгибаться и растягиваться в разных направлениях. Защитить такие гаджеты классическим стеклянным покрытием невозможно. У производителей не нашлось альтернатив классическим стеклам, что доказывают многочисленные проблемы с дисплеями смартфонов Samsung и Motorola. Специалистам кажется, что полагаться на гибкие защитные покрытия в смартфонах будущего не очень целесообразно.
Учитывая, что актуальные девайсы Apple, Samsung, Huawei и других брендов покрыты стеклом с двух сторон, ремонт гаджета может обойтись в половину или четверть стоимости устройства. Например, замена передней панели оцененного в 1799 долларов Samsung Galaxy Z Fold3 обойдется в 479 долларов. Чтобы поменять складной экран в Huawei Mate X за 2400 долларов, нужно заплатить тысячу долларов. Обслуживание самого дорогого флагмана Apple — iPhone 13 Pro Max — обойдется в 329 долларов или около четверти от его цены.
Еще одной проблемой современных дисплеев для смартфонов является опасность для пользователя. Стоить помнить, что экранное стекло — прежде всего стекло, то есть при утрате конструктивного состояния оно может рассыпаться на сотни мелких осколков. Острыми фрагментами можно порезаться и занести инфекцию, но это не самая большая беда. Специалисты Международного агентства по изучению рака (IARC) отнесли радиочастотное излучение от телефонов к категории потенциально опасных. В отчете отдельно говорится, что при нарушении целостности опасность излучения возрастает. А это значит, что пользоваться устройствами с разбитым экраном не рекомендуется.
Есть и другой эффект разбитого дисплея. Находящиеся на экране трещины могут ухудшить качество восприятия информации, из-за чего пользователю придется напрягать зрение и перегружать глаза. В инструкциях к смартфонам Samsung, например, советуют сразу же отказаться от использования устройств с поврежденным экраном.
По словам специалистов Университета Макгилла, с точки зрения восприятия информации стекло является идеальным материалом для экранов смартфонов — пластик не идет ни в какое сравнение. Однако низкая прочность материала и особенность собирать царапины мотивировало ученых найти альтернативу. Также закаливание и ламинирование, которые позволяют сделать стекла крепче, способствуют удорожанию компонента. «До сих пор существовал компромисс между высокой прочностью, ударной вязкостью и прозрачностью», — заметил доцент кафедры биоинженерии Аллен Эрлихер, отмечая, что ученым удалось создать практически идеальное стекло для экрана смартфона.
Перламутр имеет покрытие из белка, благодаря чему он в три тысячи раз прочнее, чем материалы, из которых он состоит. Скопированная архитектура перламутра была воспроизведена с помощью стеклянных хлопьев и акрила. Самым сложным оказалось настроить преломления синтетического материала таким образом, чтобы композит казался прозрачным. Специалистам предстоит тестирование нового материала, сертификация и, возможно, массовое производство.
Еще более футуристичным и амбициозным решением кажутся идеи о создании стекла, которое могло бы самовосстанавливаться. Подобная наработка тоже есть, ее авторы — специалисты из Индийского института научного образования и исследований (IISER) в Калькутте — использовали пьезоэлектрический органический материал. Он преобразует механическую энергию в электрическую и наоборот. Благодаря особому молекулярному расположению кристаллов между двумя поверхностями возникает сильная сила притяжения. В случае, когда по стеклу наносится сильный удар и возникает трещина, крошечные элементы композита притягиваются друг к другу. В результате чего царапины и сколы затягиваются самостоятельно.
Известно, что в системных платах и проводах гаджетов могут встречаться драгоценные материалы, например золото. Так, американская компания Akhan Semiconductor предлагает покрывать экраны смартфонов пленкой на алмазной основе. По оценке специалистов, изготовленная из одного из самых прочных материалов на планете пленка практически исключает появление повреждений на стекле. Тесты показали, что прототипный экран оказался в шесть раз более устойчивым к царапинам, чем стекло Gorilla Glass 5 от Corning. Также алмаз имеет особенность рассеивать тепло, что может стать дополнительным бонусом при производстве телефонов.
***
В конце концов внедрение сверхпрочных стекол в смартфоны выгодно и производителям гаджетов. Это даст право маркетологам объяснить, почему их новый телефон стоит дороже. «Доказательство долговечности устройства имеет большое значение для убеждения людей платить больше», — считает старший директор по исследованиям агентства IDC Франсиско Джеронимо. И добавляет, что потребитель платит тысячу долларов за устройство, не ожидая, что экран на нем треснет при первом падении.