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玻璃明明一掰就碎,为什么折叠屏里的玻璃能弯几十万次?

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我们对玻璃的印象,大概都是这样的:硬邦邦的,摸起来光滑,却经不起折腾。玻璃杯摔一下会碎,窗户受到撞击可能裂开。



超薄柔性玻璃(UTG)

图片来源:南方日报

可如今,折叠屏手机打破了这个印象。用于折叠显示的超薄柔性玻璃(UTG),厚度已经做到几十微米。公开报道显示,国内已有30微米级超薄柔性玻璃通过百万次级别的弯折测试。

30微米大约只有普通A4纸厚度的几分之一。一块如此薄的玻璃,为什么不仅能够弯,还能反复弯折?

玻璃为什么一掰就碎?

要理解折叠屏里的玻璃为什么能弯,得先从普通玻璃为什么容易碎说起。

玻璃有一个很特别的性格:它很硬,却很脆。硬,意味着它不容易被刮出痕迹,也不容易发生明显的形变;脆,则意味着受到足够大的力时,它不像金属那样可以先发生较大的塑性变形,而是可能直接断裂。

但真正决定玻璃“命运”的,往往不是玻璃内部有多坚硬,而是它的表面有没有缺陷。



普通玻璃易碎,

表面的微小裂纹可能让断裂迅速发生

图片来源:维基百科

看起来光滑完整的玻璃,表面实际上很难做到绝对完美。生产、切割、抛光和搬运过程中,都可能留下非常微小的划痕、凹坑或其他缺陷。这些缺陷就像玻璃身上的“小伤口”。

当玻璃受到外力时,应力并不会在整个表面上平均分布,而可能集中在这些缺陷附近。尤其是在裂纹尖端,应力集中会让原本很小的裂纹进一步扩展。一旦裂纹开始向前生长,玻璃的断裂往往会非常迅速。这也是为什么一块看起来坚硬无比的玻璃,可能只是受到一次不太大的撞击,就突然“啪”地碎掉。

30微米的玻璃,为什么既能弯,

又没有脆到一碰就碎?

折叠屏首先要解决的,是一个非常直接的问题:怎样让玻璃能够弯起来?答案之一,就是把它做薄。

就像是一张厚纸板和一张打印纸。厚纸板很难弯曲,而普通打印纸却可以轻松弯起来。它们都是纸,为什么表现差这么多?



从纸板到薄纸,

厚度的变化也会改变材料的弯曲能力

图片来源:编辑自维基百科

因为弯曲时,材料内部不同位置承受的变形程度并不一样。对于一块正在弯曲的材料来说,越靠近外侧的部分,需要承受的拉伸或压缩变形越明显。在弯曲半径相同的情况下,材料越厚,表面需要承受的应变就越大。所以,把玻璃做薄,就能显著降低弯曲时需要承受的应变。这也是折叠屏盖板玻璃需要做到几十微米厚度的重要原因。

以我国目前公开的超薄柔性玻璃产品为例,30微米已经成为一个重要的厚度尺度。2023年,中关村论坛曾展示过厚度仅30微米的柔性可折叠玻璃,约为普通A4纸厚度的几分之一;到2026年,国内30微米级超薄柔性玻璃已经进入折叠手机等应用领域。

但问题又来了,玻璃越薄,不就越容易受到损伤吗?

没错。“做薄”解决的是玻璃能不能弯的问题,却没有彻底解决玻璃会不会裂的问题。于是,还需要第二个办法:强化玻璃表面。



超薄柔性玻璃要薄且不易碎

图片来源:维基百科

其中一种重要方法叫作离子交换强化。它的思路并不复杂:把玻璃表面的小离子换成更大的离子,让玻璃表面产生一层“向内压”的力量。

以常见的钠钙硅酸盐等玻璃体系为例,玻璃表面含有钠离子。把玻璃放进含有钾离子的熔盐中后,一部分钠离子会被更大的钾离子替换。钾离子占据的位置更大,但周围的玻璃结构又不可能一下子跟着“膨胀”,于是表面就像被硬生生挤紧了,形成一层压应力。

这层压应力有什么用?还是回到刚才那道“小伤口”。

如果裂纹受到拉伸,裂口更容易张开;而玻璃表面处于压缩状态时,就相当于给裂纹的张开和扩展增加了一道阻力。因此,离子交换并不是把玻璃变成了柔软材料,而是改变了玻璃表面的应力状态,让它更不容易因为微小缺陷而发生断裂。

这也就形成了折叠屏超薄玻璃非常关键的组合:做薄,让玻璃能够弯;强化,让它弯了以后不容易裂。

能弯,还得经得住反复折

如果只是把玻璃弯一下,其实还不是最难的。真正困难的是:弯一次没事,弯几十万次呢?



超薄玻璃可以弯曲,但真正的挑战,

是如何让它经得起一次又一次的弯折。

图片来源:南方日报

折叠屏每天都可能经历多次打开和合上。一次弯折,玻璃会经历一次应力变化;再次展开,又经历一次相反方向的变化。这样不断循环,材料表面那些原本不起眼的微小缺陷,就有可能在反复应力作用下逐渐发展。因此,折叠屏玻璃面对的并不是简单的“能不能弯”,而是一个更加苛刻的问题:能不能在反复弯折中一直阻止裂纹扩展?

如果只追求更薄,理论上确实可以让它越来越容易弯。但与此同时,玻璃的制造、切割、抛光和表面处理都会变得更加困难,任何细小缺陷都可能影响最终的可靠性。因此,真正优秀的超薄柔性玻璃,并不是单纯追求一个最低厚度。还要尽可能控制玻璃表面的缺陷,并通过强化手段提高抗损伤能力。

而材料科学家还在尝试从另一个方向解决问题:能不能让玻璃本身就更适合弯曲?这里就涉及一个材料学概念——杨氏模量。



杨氏模量曲线图

图片来源:维基百科

简单来说,杨氏模量可以理解为材料抵抗弹性变形的能力。一般来说,杨氏模量越低,材料在受到相同作用时越容易发生弹性变形。

但玻璃的柔韧性,也不只是靠“做薄”。2026年的一项研究发现,通过调整玻璃的化学组成,用氧化硼和五氧化二磷部分替代二氧化硅,可以把玻璃的杨氏模量从约72吉帕斯卡(GPa)降到53吉帕斯卡(GPa),让它更容易弯曲,同时也表现出更好的抗裂性能。

这意味着,未来想让玻璃更适合折叠,并不一定只能继续“减肥”。改变玻璃本身的组成,也可能成为提高柔韧性的路径。

玻璃没有变软,

材料科学改变了它的边界

说到底,折叠屏里的超薄柔性玻璃仍然是一块玻璃。它没有从玻璃变成塑料,也没有获得什么神奇的“柔性”。改变的是人类对这种材料的控制方式。

我们可以把它做得足够薄,让它能够承受折叠所需要的弯曲;可以通过化学强化,在表面建立压应力层,抑制微裂纹扩展;还可以进一步调整玻璃的化学组成,让它拥有更加适合弯曲的力学性能。于是,一种过去被认为“硬而脆、不能弯”的材料,开始能够承担新的任务。



工人正在查看超薄柔性玻璃

图片来源:科技日报

这也是材料科学有意思的地方。材料的性能并不是一成不变的。同样是玻璃,厚度不同、组成不同、表面状态不同,它的表现就可能完全不同。

从建筑玻璃到汽车玻璃,从手机屏幕到航天器件,很多新材料并不是凭空诞生的,而是人们不断重新认识已有材料,再通过改变它们的结构、组成和制造方式,打开新的性能空间。

折叠屏只是其中一个很直观的例子。我们看到的是手机屏幕从中间折了起来。但在那层只有几十微米厚的玻璃背后,真正发生的,是材料科学对一个老问题的重新回答:不是“玻璃能不能弯”,而是我们能不能把玻璃设计成一种可以承受弯曲的玻璃。这大概也是一块“老”材料面对新技术时,最有意思的一次转身。

1.https://www.nfnews.com/content/K3BDDjrkoY.html

2.https://www.stdaily.com/web/gdxw/2026-04/27/content_508979.html

3.https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&ar_id=711021

作者:蝌蚪君审核:刘颖 李培元 张超 杨柳审核专家:薛斌 上海海洋大学副教授,中国化学会《化学通讯》编委、《无机盐工业》青年编委



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