值得期待——未来一到两年手机工艺材料和造型设计趋势


一.天线和金属之间的矛盾。

手机的信号传输是通过无线电波,无线电波是电磁辐射的一种,电磁辐射根据频率的不同由高到低分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线,通常意义上我们把无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线归为电磁波;X射线、伽马射线归为高能射线。它们的共同的特点都是以波粒二向性进行传播——爱因斯坦的“光子”概念,完美解释了光电效应,并且重新定义了光的本质,揭示了光的波粒二象性,更是打下了量子力学这门重要学科的基石,这项成就让他荣登1921年诺贝尔物理学奖的宝座。所以在通过不同的介质是都会发生折射、反射、衍射、散射和吸收的现象。这都是由于波长和粒子能量值不一样导致的。


那为什么无线电波不能穿过金属?比如可见光可以穿过玻璃,但是遇到镜子就被反射回去了。这个现象就跟无线电波可以穿透塑料但是遇到金属就被反射回去是一样的。也就是说相对于无线电波来说塑料就相当于玻璃,而金属就相当于镜子,当无线电波遇到金属的时候一部分被反射和折射回去,一部分被衍射散射,还有一部分被吸收转化为电或者磁,所以无线电波遇到金属还没有来得及穿过去就已经被消解了。特别是把金属或者金属网做成一个盒子或者半包围的盒子,无线电波就会几乎完全被屏蔽。


这个现象出现在手机上就是我们不能做一个完完全全是金属壳的手机。一种情况是传统的独立天线,天线是作为一个独立的主件组装在手机主板上,这时候外面的壳子不能是一个完整的金属壳甚至含金属粒子都不行,我们看到的壳子往往都是上下塑胶中间是金属或者完全是塑胶喷涂的;还有一种情况就是近年才实现的金属外壳天线,就是把金属外壳通过分割变成天线或者接地然后实现天线功能,这样做出来的金属壳可以当成天线使用但是不可避免的上面填充了很多塑胶隔条,人们深恶痛绝的称之为“白带”。

二.无白带全金属壳还有没有机会?

1.加大基站发射无线电波的功率能不能解决问题?

让信号穿透金属屏蔽可以通过增强基站的发射功率来达到,当功率大到一定的程度屏蔽对它的影响就开始衰减,就跟家里的WIFI路由器一样可以加大发射功率让每个房间都有信号。这样带来的直接结果就是增加了无线基站的有害辐射,虽然到目前为止并没有科学和权威的机构发布过关于基站辐射对人类伤害的事实,但人们或多或少对电磁辐射的伤害是有点认识的,比如人们不愿意居住在高压电附近,对于特殊人群人们更愿意选择辐射更小的手机,所以事实上这种办法行不通。

2.能不能用其他形式的电磁波发射信号?

除了无线电波以外,其他的波理论上也可以传输信号,比如光纤里面传输的就是光波,家里的遥控器用的是红外线,但是无论是无线电波还是微波、红外线、可见光、紫外线都不能穿透金属,除非你把金属做的非常薄,薄到几乎透明它们才可以穿过去,可是那样薄就没法做手机外壳了。这里还有X射线和伽玛射线,这两个东西理论上是可以穿透金属的,我们去体检的时候就是用X射线照射,可以穿透人的整个身体,只有非常厚的铅金属板才能挡住X射线,但是你用X射线做发射端子,用了没几天就会因为X射线照射过度而得白血病流血而亡;伽玛射线就更牛逼了,只有核爆炸的能量级才可以产生伽玛射线,手术医生有一种刀叫伽玛刀,就是用伽玛射线瞬间摧毁病灶,你可以想象一下用这种射线做发射端子会是一种什么样的局面。


所以就目前的情况我们并不能找到一种信号转换的合理方式让波顺利的穿过金属,这不是发明不发明的问题,也不是黑科技可以搞定的,这是物理学原理决定的,至少目前人类还没有能力违反物理学原理,也许永远不能。

3.能不能研发一种金属可以不屏蔽无线电波?

居然电磁波没有办法穿透金属,那能不能找到或者研发一种金属让电磁波穿过去?还真有这么一家液态金属公司具备了相关技术专利,液态金属也叫非晶金属材料,据资料描述非晶金属与传统金属的结晶结构完全不同,它不但熔点很低,最大的优势在于熔融后有着极强的可塑能力。由于其凝固过程的物理特性与普通金属完全不同,铸造过程更类似塑料而非金属,所以可以更方便地打造不同的产品形态。最关键的一点,由于液态金属的“塑料性”,物理特性有很多非金属的优势,可以使内部信号不受干扰得和外部连接,如果这种金属可以用于生产手机外壳那金属壳白带问题就彻底解决了。虽然苹果公司在2010年就通过收购这家液态金属公司并且获得了相关专利,但是六年过去了iphone并没有推出任何一款液态金属手机,也就是说目前这个技术还不成熟。

综上所述,无论是材料上还是物理学基本原理上都没有办法突破让无线电波穿透金属这个问题,所以在全金属手机上继续探索恐怕显得有点不撞南墙不回头了。

三.非金属材料的探索

在金属材料无法突破的情况下,人们并没有停止对其他材料用于手机的可能性。随着玻璃不断被用于手机屏幕,玻璃的强度越来越高,玻璃也可以做的越来越薄,现在玻璃不仅仅是被作为手机的屏幕材料,更多的被用作装饰件底壳;随着热弯玻璃的技术发展,玻璃慢慢的从一个平面薄片状弯曲延伸到侧面,现在已经量产的机器就有很多3D单曲面玻璃,根据我们对供应链的消息,随着玻璃石墨模具的水平不断提高,现在3D双曲面玻璃慢慢已经成熟了,也就是说做出一个类似盘子一样比较浅的四个方向弯曲的玻璃已经没有问题了,但是深度还有一些限制。加上玻璃由于组织结构不是很致密,冷却以后还有很多微气泡,对玻璃进行后期CNC精加工做成结构件还有一定的难度,所以玻璃作为一个手机的装饰体基本没有问题,但是作为主体结构件暂时还不成熟。


除了玻璃以外我们对陶瓷的探索也没有停止,高科技陶瓷的强度和致密度非常高,并不是我们通常意义上认为的家里的盘子和碗一摔就破,用二氧化锆陶瓷做成的陶瓷片刚性和韧性都非常好。陶瓷的物理特性介于玻璃和金属之间,既有玻璃的质感和刚性又有金属的晶体结构,所以可以对陶瓷进行后期CNC深度加工,现在我们不但可以把陶瓷作为结构主件,还可以把除了屏幕以外的整个手机外壳都做成陶瓷,但是由于陶瓷需要在1200~2000度的高温下煅烧才可以成型,烧制前后会出现类似衣服缩水的现象,加上陶瓷的硬度特别高,所以CNC的时间比较长,所以陶瓷的良品率非常低,大概只有10%左右,目前还只能作为超高端机的外壳材料。


四.几种可能的工艺材料组合和造型设计

根据以上我们对整个手机壳主件主流材料的分析,未来一到两年时间里我们大概可以给出以下几种材料组合和造型的手机:

1.全金属带白条手机在短期内还是主流,因为整个供应链基本上都把赌注压在全金属上,产能和机台的饱和度超乎想象,短期内也不可能全部转型去做其他材料。主流的机型到目前为止就下面三种比较成熟的基本型:直线切割天线、曲线切割天线、微缝隙天线。


2. 金属中框加双面2.5D玻璃,典型案例是锤子T2。


3.金属中框加双面3D单曲面玻璃,典型案例是三星Note7。


4.金属中框加2.5D玻璃面板加陶瓷底壳。典型案例是小米5。


5.金属中框加双面3D双曲面玻璃,还没有厂家尝试。


6. 陶瓷中框加2.5D玻璃面板加陶瓷底壳,典型案例小米MIX。


7.全陶瓷机身加2.5D玻璃,还没有厂家尝试。


当然以上几种不是完全绝对的,还有一些其他的可能,大家可以根据想象自由组合,我相信大家可以组合出比我这些更好的设计方案。


袁炫华

2016年11月20日于华侨城燕晗山脚下