华为三折叠手机的背后的“黑科技”
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
2024年9月10日，华为正式推出全球首款量产的三折叠屏手机 Mate XT。那么这款售价上万元、硬刚iPhone16的三折叠屏手机，有哪些材料值得关注呢。
01
非牛顿流体
对于折叠屏来说，如何实现屏幕的“刚柔并济”是一大难题。为此，华为采用的是非牛顿流体+UTG玻璃的方案。
根据粘度特性的不同，流体可以分为两种基本类型：牛顿流体和非牛顿流体。牛顿流体的特点是剪应力与剪切应变率之间是线性关系，不会因为外力的变化而改变。水就是典型的牛顿流体，无论你多快地搅动它们，它的粘度都保持不变。
而非牛顿流体的粘度则会随外部作用力的改变而变化，也就是它的剪切应力和变形速率之间不满足线性关系，这意味着它们在不同作用力下的流动性会有很大不同，如泥浆、淀粉水等。
但一般的非牛顿流体材料存在透光性不足、粘性差和易变形等问题，为了将这种材料用于手机屏幕，华为进行了大量的实验，找到了透光率达 92%的高透聚硅氧烷，使用硅烷偶联剂将其与底层PET 材料牢固贴合，再通过等离子体喷射处理生成纳米亲水层，使其与表面的保护层进行粘接，*终打造了抗冲击、耐挤压及耐弯折的复合叠层结构。
02
聚二甲基硅氧烷 （PDMS）
聚二甲基硅氧烷 （PDMS） 因其良好的柔韧性、高透明度、低成本和易于大规模制造而被广泛应用于许多领域。与 C-C 键相比，Si-O 键具有更大的键长和键角，因此更容易实现内部旋转和相应的分段运动。
*近，基于 PDMS 的柔性透明电子器件被报道，它们显示出高拉伸性和自愈能力。在这些研究中，PDMS 的末端被吡啶或三唑修饰，它们随后与Co2+、Fe3+和 Zn2+等金属离子形成动态配位络合物。这些获得的 PDMS 弹性体通常具有极高的断裂伸长率，并且在室温下**效率可达 90% 以上，但是刚度和机械强度相对较低。因此，开发具有高可见光透明度、优异机械强度和韧性的新型自修复薄膜作为柔性透明电子的可折叠基板仍然是一个**挑战性的问题。
现在有一个新策略：从低分子量的氨基封端 PDMS 开始，设计并合成了一种新的含尿素的链延伸聚二甲基硅氧烷 （LPx）。在尿素的帮助下，通过氢键构建了动态物理交联，制备了刚度更高的 PDMS。随后，具有多个氨基的超支化聚硅氧烷 （HPSi） 通过含有受控可交换脂肪族二硫化物 （SS-NCO） 的异氰酸酯与 LPx 连接，以开发具有分层交联网络和双动态键的透明和自修复 LP x-SS-HP 薄膜。在不影响断裂伸长率的情况下，这些系列薄膜实现了高强度和模量，这负责实现柔性透明电子产品的弯曲、折叠和滚动。[1]
03
UTG（Ultra thin galss）
UTG 从普通玻璃板开始，首先经过化学强化：玻璃通过离子交换过程，玻璃结构中的大离子被小离子取代。这个过程通常涉及钾盐，在玻璃中形成压缩层，使其更坚固，更耐裂缝和抗冲击。
**步再减薄：强化后，玻璃板经过精密研磨和抛光过程，以达到所需的厚度。
UTG 非常薄，厚度通常只有几微米 （μm），使其适用于可折叠显示器和其他超薄设备。
对制得UTG进行测试如上图（其尺寸为 6 毫米长，30微米厚，刚性滚轮的半径为 0.5 毫米）。首先，玻璃沿着滚筒滚动，并保持不同的时间段，然后展开和松弛。上图显示了玻璃杯在一次滚动 10 分钟和 20 分钟后以及滚动 10 次后的*终轮廓，每次滚动的保持时间为 1 分钟。通过比较三种滚动情况（d图），不难发现：20 分钟和 1 分钟的循环情况具有更显著的偏转，并且它们的曲率分布不同。这是 UTG 板材可以在室温下弯曲的一个例子，类似于金属板成型。[2]
此外，成型工艺参数对裂纹面积和表面质量也有很大影响：（a）成型温度对表面质量的影响;（b）成型温度对裂纹面积百分比的影响;（c）成型压力对表面质量的影响;（d）成型压力对裂纹面积百分比的影响。[3]
04
LCP（液晶聚酯）
液晶是介于各向同性液体和完全有序晶体之间的一种中间态物质。它表观上具有液体的流动性质，但结构仍保持一维和二维有序排列。兼具晶体的光学性质和液体流动性。
其分子结构特征是：通常有刚性的分子结构，呈棒状或近似棒状的构象；有桥键结构，即在液体下维持分子有序排列的凝聚力（强极性基团，氢键等）；*后是末端具有柔性基团，如酯基，酰基。
根据液晶形成方式可分为溶致性LCP和热致性 LCP（TLCP）。溶致液晶聚合物的液晶态是在溶液中形成的，而 TLCP 的液晶态是在熔融或高于玻璃化转变温度下形成的。TLCP 被广泛使用，工业生产中的大多数 TLCP 都是基于芳香族聚酯的 LCP。[4]
LCP是一种耐高温的有机热塑性塑料，具有超低的水分吸附性、良好的机械性能和柔韧性。更重要的是，LCP 在从整个射频的宽频率范围内表现出相当稳定的介电常数约为 3.0 （下图a）和 0.004 的低损耗角正切（下图b）。由于这些优点，LCP 被认为是制造在微波/毫米波频率范围内工作的天线的理想基板材料。
一种商用LCP结构如图所示。在这个 3,4-二羟基二苯甲酮和对羟基苯甲酸 （HBA）/6-羟基-2-萘甲酸(HNA) 结构的 LCP 中，芳香环是刚性链段，酰基是柔性链段。同时，由于 HNA 的曲柄结构，链段的规则性降低，链段的灵活性提高。因其综合性能好，包括优异的耐化学腐蚀性能、水解稳定性、电性能和阻燃性、强抗渗性等，它是目前市场占有率*高的产品类型，*适合用于天线材料，发展潜力巨大。[5]
参考文献
[1] Zhang Y, Yuan L, Liang G, et al. Simultaneously achieving superior foldability, mechanical strength and toughness for transparent healable polysiloxane films through building hierarchical crosslinked networks and dual dynamic bonds[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(46): 23425-23434.
[2] Xue L, Wang J, Wang J, et al. Plastic deformation and recovery in ultrathin aluminosilicate glass[J]. Extreme Mechanics Letters, 2024, 71: 102219.
[3] Yang W, Zhang Z, Ming W, et al. Study on shape deviation and crack of ultra-thin glass molding process for curved surface[J]. Ceramics International, 2022, 48(5): 6767-6779.
[4] Chung T S, Calundann G W, East A J. Liquid crystal polymers and their applications[M]//Handbook of Polymer Science and Technology. CRC Press, 1989: 625-676.
[5] Ji Y, Bai Y, Liu X, et al. Progress of liquid crystal polyester (LCP) for 5G application[J]. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, 2020, 3(4): 160-174.
（来源：高分子物理学）
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