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灵感源于荷叶 浅析手机身上的疏油层
作者:金沙电玩城 发布时间:2020-08-17 17:03

  接触手机较多的用户肯定发现过一个现象:不同价位的手机或不同价位的钢化膜之间,总存在手感不一的问题。有些手机屏幕/钢化膜摸起来无比顺滑,不易沾惹指纹,碰到水也能像荷叶一样聚拢成水滴(图1),一吹就干净。而有些手机/钢化膜摸起来非常干涩,极易留下指纹油污痕迹。这是怎么回事呢?

  不同手机和钢化膜间之所以存在体验上的差异,大都是因有无“疏油层”而引发。疏油层又常被称为“疏水层”、“防指纹涂层”、“防油污层”......在行业内它们则有相对官方的名字:Anti Finger Print(下文简称AF)或Oleophobic coating,正是因为其具备疏水疏油的特性,才换来了光滑的手感,以及不易留下指纹和聚拢液体的特性。

  荷叶表面由粗糙的特殊微米纳米复合结构以及低表面能的蜡纸层共同组成,当有水落到其上时可保持较大的接触角,易于滚动带走表面的尘埃,具有优异的自清洁功能,同时被称为“荷叶效应”。而疏油层就是荷叶效应的仿生学代表。

  手机领域的疏油层大都以AF材料为主,它是一种含氟涂料(多为全氟聚醚),主要作用是附着在屏幕表面从而增加屏幕的疏水、排油、防污等性能。具体来说就是能使水具备超高的表面张力(表现为拒水性),将周围的液体聚拢形成较高水接触角的水珠(图2),也能让油污自行收缩成难以附着在金属表面的小油滴,哪怕有少量残留油污也能用毛巾或纸巾轻易擦除干净。

  疏油层可以通过喷涂与真空蒸镀两种方式附着于手机的屏幕玻璃表面(图3),而且成本较低:喷涂单片成本不高于0.6元,真空蒸镀的单片成本不高于2元。此外,疏油层不仅用于玻璃,通过改进的工艺也能应用在各种金属表面(比如手机后盖),弥补深色手机后盖一模就留下清晰指纹痕迹的尴尬(图4)。

  至于如何辨别手机是否涂抹了疏油层,最简单的方法就是在手机表面上洒上几滴水,如果形成了水珠且接触水滴角为钝角代表有疏油层,此时翻转手机时液体会保持水珠的形状依靠重力在屏幕上滑动,用力一吹就能吹干净;如果水没能形成水珠或接触水滴角为锐角且角度较小则代表没有疏油层,翻转手机时液体会不规则的流淌(图5)。

  当手机屏幕集成疏油层后就一劳永逸了吗?答案是否定的,疏油层是一种“易耗品”,它通常是由真空蒸镀机将AF材料蒸镀在屏幕表面玻璃上,它会随着使用频率的增加和使用习惯而不断磨损,其疏水疏油的作用也会随之逐渐减弱。根据资料,当手机进行疏油层镀膜时,需要较高浓度的AF涂层才能保持1年内不被磨损破坏,如果浓度较低寿命则会相应缩短。

  此外,酒精对疏油层也是有一定伤害的,如果你常用的屏幕清洗液,或是贴膜时赠送的擦布里含有酒精成分(图6),出于稳妥的考虑建议改成清水擦拭屏幕。

  对智能手机而言,操作手感无疑比理论跑分成绩更为敏感,当手指在屏幕上滑动时的流畅感、是否容易残留恶心的指纹油污,都是决定其是否是一部“好手机”的关键指标。因此,如今无论是数千元的旗舰还是千元价位的主流手机,大都已在屏幕上引入了疏油层。

  但是,总有例外发生,比如华为P10就因屏幕缺少疏油层而引起了轩然大波(图7)。作为一款3488元起的高端手机,缺少了趋于普及的一种特性自然有点说不过去。官方的解释是P10采用了康宁第五代玻璃和incell技术,在涂了疏油层之后会出现静电纹问题,行业内也没能找到解决方案。但是,同样采用康宁第五代玻璃的三星S8却具备疏油层,而这也是引发争议的对比点之一。

  当然,华为也提供了弥补方案,那就是所有P10出厂就已贴上了涂有疏油层的贴膜(图8)。哪怕用户不小心将贴膜揭下,也能在附近的华为授权服务店重新免费贴(疏油层)膜。从成本方面考虑,免费贴膜肯定要远高于手机出厂前的批量镀膜(疏油层),所以说华为因控制成本而取消P10屏幕疏油层的观点就站不住脚了。

  但是,疏油层毕竟是今天影响操作手感的核心指标之一,而也并非所有用户都喜欢贴膜使用手机,习惯“裸奔”的玩家大有人在。因此,在手机行业里更多的品牌都是屏幕涂有疏油层,并在表面贴有一层不含疏油层的普通贴膜来保护屏幕。

  总之,从最人性化的角度考虑,手机都应该默认就涂抹疏油层。而用户则可根据喜好,选择裸奔使用或自行贴上一层集成疏油层的贴膜(图9)。换句话说,疏油层用户可以不用(贴膜后屏幕表面的疏油层就没意义了),但手机不能没有。

  问题来了,并非所有手机厂商都会在旗下产品的屏幕上添加疏油层。如果你心仪疏油层带来的高手感和抗油污能力,又不喜欢贴(具备疏油层的)膜,如何让“裸奔”的屏幕玻璃得以升华呢?

  在淘宝以“手机+疏油层”为关键词就能检索出无数纳米镀膜液类型的产品。这些纳米镀膜液每瓶(5ml)的价格多在20元到30元之间,百元以上则会赠送专用的便携式固化设备(图10)。

  纳米镀膜液的使用方法也很简单:先在手机屏幕上滴上几滴镀膜液(图11),然后带上一次性手套将镀膜液均匀涂抹在整面屏幕上,让其自然晾干等待固化完全。这个等待时间往往需要5小时到10小时,时间越久约耐用。而前面提到的便携式固化设备,则是一种内置紫外线灯管的手机盒子,将涂匀镀膜液的手机放置其中,能在5分钟之内就完成快速固化,所以还被冠以“地摊神器”之称(图12)。

  涂抹这种纳米镀膜液后,手机屏幕玻璃也就具备了和疏油层类似的效果:提升手感、聚拢水滴、抗指纹油污。但是,这种纳米镀膜液所能改善也仅限于此,它只是一种渗透类涂层,并不具备防摔和防划的能力,它无法取代贴膜,更不能修复玻璃表面的划痕。所以,凡是打着提升抗摔、不怕划伤旗号的纳米镀膜液,咱们就选择性地忽略吧。

  此外,这种涂抹镀膜液的方式,效果肯定无法和由精密机械蒸镀上去的相比,如果在等待固化的期间里周围环境尘埃多,还可能导致屏幕表面出现沙沙的触感。所以,除非你就喜欢屏幕“裸奔”,否则购买纳米镀膜液远不如直接购买集成疏油层的贴膜来得实在。

  虽然在淘宝上销售的纳米镀膜液含有“纳米”这种高大上的名词,但它们其实并非真正意义的“纳米”,也远远没有达到镀膜的标准。此外,这些纳米镀膜液也只支持手机屏幕玻璃和钢化膜,并不支持手机边框后盖常用的塑料和金属材质,有效的使用寿命也多在半年以内,使用酒精反复擦拭也能将其去除。

  真正的纳米镀膜,是不限材质、稳定性和使用寿命也更有保障的。以P2i公司的纳米镀膜技术为例,它就能在产品整个表面镀上一层厚度仅以纳米计的聚合物,让材料外观保持不变。这层薄膜能以分子形式附着在产品表面,密不可分。一旦有液体与涂层接触,液体就会凝结成水珠滚落,因而具有极佳的防油防水性能。

  P2i是一家于2004年成立的公司,起初是英国国防部国防科学技术实验室的下属机构,主要为军方进行各种防水技术的开发。在转向民用市场后,P2i借助MWC2012年大会将覆盖涂层的iPhone和iPod泡在水里运行而名声大噪。除了P2i,HzO和Liquipel也是知名度较高的方案公司(图13)。

  请注意,该纳米镀膜技术可以应用在手机的各个层面及元件上,除了玻璃材质的屏幕和后盖,无论是金属/塑料材质的边框和后盖,手机耳机孔、USB孔、喇叭孔,还是手机内部的主板和上面的各种芯片和元器件,都能实现在其表面的镀膜(图14)。如此一来,即使有液体流入到设备中(比如手机不慎掉入水池),镀膜可以阻止液体与电路芯片直接接触造成短路,让我们有充足的时间将液体排出手机体内,从而实现较强的防水性能。

  有一些人会认为手机涂有P2i涂层,如果经常擦拭机身的线i涂层就会很快的消失,其实这是错误的概念。由于产品表面的物理粘结达到分子层面,纳米涂层的寿命会与所保护的材料相同,不会在日常使用中逐渐磨损。此外,P2i涂层还可以应对高温环境,对腐蚀性液体也有很好的防护作用。

  问题来了,既然P2i纳米镀膜技术如此简单就可实现防水,那还要三防手机作甚?

  答案很简单,类似P2i的这种纳米镀膜技术最多只能实现IPX5的防水能力,也就是无视任意角度的低压喷水。但是,如果手机长时间浸泡在水中(图15),或是当手机内进水却没有排干,时间长了内部液体依旧会对内部电路造成持续性的锈化和腐蚀,有一定几率导致短路而彻底报废。

  因此,纳米镀膜技术只能算是一道防水的“保险”,并不能让手机实现真正意义的“防水”。一款手机要想获得IPX6以上的更高等级防水能力,需要多种工艺的配合,因为不同部位防水的手段具有多样性。

  比如,在麦克风和听筒部分由于需要传导声音就必须使用只能允许空气分子通过,而不能让水分子通过的特殊工艺。接口和缝隙部位,则需要以硅橡胶(圈、垫)密封和防水粘胶(图16 )。至于内部电路还需进行电路板防水(纳米材料覆膜)等多种方式,工艺复杂度和成本极高。所以,现阶段真正防水的手机,只有iPhone 7、三星S7/S8和索尼Z系列等顶配手机。

  P2i纳米镀膜技术主要应用在手机生产线的最后一步,属于厂商层面的一种增值服务。好消息是,如今很多城市都出现了给手机做纳米镀膜服务的手机店,通过专用的设备在真空环境下给手机进行全范围的纳米镀膜(图17),从而让任意手机获得IPX4左右级别的防泼溅能力。这种服务的价格多在50元到100元之间,感兴趣的朋友可以了解一下。

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