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科技新热点:柔性玻璃

2019-08-26 16:49:46来源:塑料机械网整理发布 阅读量:31578

  【塑料机械网 科技创新】 2019年,折叠屏手机战场角逐迎来了新一番的交锋。继柔宇、中兴的折叠屏手机后,华为三星也加入了折叠屏手机的市场争夺赛中。在这场手机革命浪潮中,引人注目的不可不提它屏幕的材料——柔性玻璃。
 
  随着曲面设计成为一种新的潮流趋势,对传统材料性能上的要求升级成为常态。玻璃作为我们生活中常见的材料已经司空见惯,但是由于玻璃属于脆性材料,柔韧性差,因而不能承受较大幅度的弯折。而柔性玻璃突出重围,打破了传统手机屏幕材料的桎梏。可以说,柔性玻璃的诞生为玻璃材料的应用领域进一步进行了扩展。
 
  柔性玻璃特点
 
  耐高温:可以在其表面进行热处理、电镀等操作,能耐受高达700℃的高温。
 
  硬度高:具有耐磨的特点,可应用于电子设备表面制作。
 
  气密性好:气体分子极难透过,可以很好地隔绝水蒸气和氧气同时还有很好的透光性。
 
  平整度佳:在局部可达到原子尺度的平整,远远高于有机聚合物。
 
  化学性质稳定:避免因汗水等因素对设备造成腐蚀损坏。
 
  柔性玻璃的制备
 
  柔性玻璃属于超薄玻璃的范畴,因而其制备方法与超薄玻璃十分类似。制备柔性玻璃目前有浮法工艺、狭缝下拉法、溢流下拉法、化学法、气相沉积法、再拉法等。
 
  浮法工艺:目前该工艺下有两种常见拉薄成型技术——徐冷拉薄法和低温拉薄法。这种工艺可以生产大面积的柔性玻璃,产量较大,适合做成生产线。缺陷在于随着玻璃厚度的减薄,拉引量会逐渐降低,大吨位生产不占优势,且需要根据玻璃厚度的减薄而增加拉边机数量,结果造成拉薄区长度增加,而且在浮法成型时玻璃下表面可能形成渗锡层,增加后续处理难度。
 
  狭缝下拉法:将熔融玻璃液倒入模具槽,利用自身重力和项下的垃圾制成柔性玻璃。缺点在于成品易受狭缝的形状、材质影响,对玻璃的平整度和表面品质造成瑕疵,需要二次抛光处理。
 
  溢流下拉法:使用该工艺制作的成品厚度可达到0.05mm,并且易于实现温度控制,可以同时进行双面加热或冷却,适合卷绕,表面品质好,是最常见的柔性玻璃制备工艺。其缺点是产量低,且难做大面积的成品,还需要调整下拉熔融玻璃的张力和保持熔融玻璃的横向张力以及溢流口处整个板宽方向玻璃液溢出量要绝对一致。
 
  化学法:用氟离子刻蚀玻璃,使其变薄。浸泡法、喷淋法,这两种方法操作简便,但表面质量极差。使用瀑流法制备要将玻璃板倾斜从上向下倾倒刻蚀液,严格控制液体流速,可均匀刻蚀玻璃表面,质量较高。
 
  气相沉积法:在气相中反应,在石英基板或液锡上生成很薄的玻璃。品质较好,但很难大规模生产。
 
  再次拉引法:将玻璃板端部加热软化,用对辊或拉边机拉制成柔性玻璃。易批量化生产,品质高,但还在研究阶段。
 
  柔性玻璃的发展
 
  国外:2012年康宁公司发布了其生产的最薄柔性玻璃,厚度为0.1mm;2013年德国肖特已经开始供应厚度在25~100μm的柔性玻璃;2014年日本旭硝子公司使用浮法制成厚度为0.05mm的柔性玻璃,以及日本电器硝子公司使用流溢法制成厚度为30μm的柔性玻璃。
 
  国内:2014年5年洛玻集团制成0.25mm超薄玻璃,同年蚌埠玻璃工业设计院成功制成0.2mm的超薄玻璃。我国对于这一领域研究起步较晚,与国外柔性玻璃技术相比,还有很远的路要走。
 
  柔性玻璃的应用
 
  目前看来,科研人员在柔性玻璃的研究方向上对组装复合材料和生长材料基板等方面颇为关注。在合成导电玻璃、基板镀膜生产材料、高温电介质、集成多色激光器基板等方面已取得了不少应用成果。
 
  合成导电玻璃:在柔性玻璃表面涂覆一层氧化石墨烯墨水,后贴于曲面上,可以作为除霜装置,或是在其表面加热压制一层纳米银网/石墨烯可以制成导电玻璃用以封装柔性太阳能电池。
 
  基板镀膜生产材料:柔性玻璃可作为基底来生长二维材料,因为其平整度高、耐高温,可在其表面镀上一层催化剂网或催化剂膜直接生长材料。目前已经成功的案例有:柔性玻璃上磁控溅射50nm镍膜,置于700-1000℃环境下,在上面生长石墨烯。
 
  高温电介质:柔性玻璃可制作高温电容器,低碱铝玻璃在400℃的情况下仍有稳定的绝缘性能,其制成的电容器在200℃时,充放电性能超过所有的有机电介质电容器。
 
  集成多色激光器的基板:随着人们对多色激光器的进一步研制和应用,柔性玻璃在有机半导体多色激光器的研制上得到应用。这种激光器的集成需要把各种有机半导体装在一个基板上,要求基板机械强度高、透光性好,柔性玻璃很好地满足了这些条件。
 
  结语
 
  目前柔性玻璃还是一个新的科研领域,制备技术仍然处在一个探索的过程,至今居高不下的成本和价格限制了柔性玻璃的进一步应用推广。在未来,智能化的生产生活将是常态,随着科学技术的发展,我们将有望迎来柔性玻璃相关技术的突破。
 
  参考资料:玻璃杂志、光链、华强微电子

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