智能设备外壳用材料的开发与发展


2016-10-22

    2007年问世的 iPhone 引领通信行业进入了“触控屏幕”时代,从此之后智能手机产品不断挑战屏幕尺寸的极限、从3.5 寸、3.7 寸、4.3 寸到 4.7 寸,2011 年 SAMSUNG 推出的 GALAXY Note 更将主流智能手机的屏幕尺寸推进至 5 寸的门槛,许多消费者也以手机尺寸作为产品定位的衡量关键(尺寸越大、产品越高端)。在前述的大趋势之下,大尺寸智能手机若采用全金属外壳、其重量将让使用者感到不便。其他先进复合材料因此纳入了手机品牌公司的考虑范围内,而纳米碳纤维就是其中之一。

     多数人对纳米(nm)长度单位并不陌生,一纳米指的是十亿分之一米。在达到纳米级别的状况下,由于物质中电子和原子的相互作用将受到尺寸大小的影响非常大,因此材料将呈现与过去不同的特性,其基本性质如熔点、磁性、甚至颜色都能够改变、而且还不需要改变物质的化学成份。例如用超微粒子烧制成的陶瓷硬度可以提高,透过纳米技术制造出来的碳纤维材料其强度比以前的碳纤维提高十倍以上,还将大大减小磨损率并增长使用寿命。

      碳纤维具有一般碳素材料的特性如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,碳纤维其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。与树脂、金属、陶瓷等基体复合而成的复合材料其强度在现有结构材料无人能出其右。也就是因为其材料特性,碳纤维从上个世纪一九五零年代初开始应用在航空太空领域。火箭工程师发现太空梭重量每减少1 公斤,就可使运载火箭减轻500公斤燃料。飞机重量的减轻也可以节省油耗并提高航速。美国 JSF 先进战斗机上的碳纤维复合材料已占全机重量的 25%,占机翼重量的 33%。随著科技的发展,碳纤维复合材料的生产技术上不断进步、成本也越来越低。除了前述的航太应用之外,也广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。

      从手机品牌公司的角度来看,碳纤维材质是很有潜力的外壳材料:它既拥有铝镁合金高雅坚固的特性,又同时拥有 ABS 工程塑胶的高可塑性,其外观类似塑胶但是强度和导热能力又优于普通的 ABS 塑胶。IBM公司很早就采用了碳纤维材料作为笔记本电脑的外壳材料,最具代表性的IBM 600系列已在全球销售突破200万台。IBM 工程师的研究数据显示碳纤维的强韧性是铝镁合金的两倍而且散热效果最好。由于碳纤维是一种导电材质,因此可起到类似金属材料的遮罩作用(ABS 塑胶外壳则需要另外镀上一层金属膜作为遮罩),采用碳纤维材料还有一个好处:如果它的表面被油性较重圆珠笔、油性水笔等留下的痕跡可被轻松抹掉。

      以 Apple 为首的消费性电子品牌公司仍积极探索大量使用碳纤维材料的可能性,市场上也一直有称未来的 Apple MacBook Pro 和 iPhone 很有可能采用碳纤维材料或是液态金属材料。