我國的柔性玻璃生產線還不成熟，相關技術仍在開發。如能取得大的突破，不僅能滿足市場要求，還有望形成一條能夠帶動多個領域發展的產業鏈。

近年來，曲面設計成為一種潮流，曲屏手機、曲屏電視等事物慢慢進入到我們的生活中。

對于這種新的形狀，材料的性能需適當改變才能與之匹配。

另一方面，人們對電子設備的要求越來越高，“輕薄”這一要求尤為突出，人們甚至想將各種電子設備“穿戴”在身上，這些大膽想法的實現更需材料的革新。

平面不僅要變“曲”，還要具有柔性。有機物薄膜似乎是個不錯的選擇，但其熔點低、氣密性差、硬度小等特點一直限制著它的應用。這時，傳統材料玻璃又進入到人們的視野中。

傳統玻璃是脆性材料，柔韌性很差，但其厚度一旦低于某個值，柔韌性就能展現出來。

柔性玻璃是指厚度小于等于0.1mm的玻璃，屬于超薄玻璃的范疇，通常為鈉鈣玻璃、高鋁玻璃或低堿玻璃。

左邊為圖1 二點推壓試驗圖示，右邊為圖2 溢流法圖示

用同種材質、長寬相同、不同厚度的玻璃進行實驗。將玻璃如圖推進，直至斷裂，記錄二點間的極限距離（表2）。可以看出玻璃厚度越小，其柔性越高。

玻璃厚度（mm）

0.5

0.1

0.05

二點間距（mm）

350

70

40

表2 制備方法

柔性玻璃屬于超薄玻璃范疇，它的制備方法往往是在超薄玻璃的制備方法基礎上進行改進。

但由于材料極薄，微觀或宏觀的缺陷對其性能的影響十分明顯，加大了其制備難度。

溢流法（圖2）：向一個“V”型金屬槽內傾倒純度很高的液態玻璃，槽滿后液體通過重力作用繼續流下。金屬槽保持高溫，液態玻璃會在離開金屬槽一段距離后由空氣冷凝至固態。這一方法的關鍵在于控制溢流處的流速。

優點：在氣體中形成表面，表面品質高，無需打磨拋光。缺點：難以做成大面積，產量低。

浮法（圖3）：這是工業上*常用的制作方法。將低粘度的液態玻璃傾倒在液態錫床上，玻璃在上面冷凝后，切裝即可。

優點：產量高，玻璃面積大，容易做成生產線。缺點：表面粗糙，有錫殘留，需打磨拋光。

圖3 浮法工藝圖示

化學法：用氟離子刻蝕玻璃，使其變薄。浸泡法、噴淋法，這兩種方法操作簡便，但表面質量極差。瀑流法（圖4），將玻璃板傾斜從上向下傾倒刻蝕液，嚴格控制液體流速，可均勻刻蝕玻璃表面，質量較高。

左邊為圖4 瀑流法圖示 ，右邊為圖5 再次拉引法圖示

再次拉引法（圖5）：將玻璃板端部加熱軟化，用對輥或拉邊機拉制成柔性玻璃。易批量化生產，品質高，但還在研究階段。

氣相沉積法：在氣相中反應，在石英基板或液錫上生成很薄的玻璃。品質較好，但很難大規模生產。

4

 剪裁、裝運工藝

機械裁剪：用輪刀劃破玻璃表面的機械加工方式。邊緣破損嚴重，極易形成裂紋。在剪裁柔性玻璃時很少用這種方法。

雷射裁剪：即激光切割。CO2雷射比較適合生產，成本低，品質較好。圖6為CO2雷射切割的玻璃，可以看出邊緣十分光滑，可以滿足絕大多數要求。

圖6 CO2雷射切割后的柔性玻璃

如有更高的品質要求可選用超快雷射（飛秒激光），它可以在50μm厚的玻璃上繼續進行精加工。如圖7，其加工精度可在幾十個納米的尺度。人們設想用這種技術可以以柔性玻璃為基底制造柔性芯片。

圖7 飛秒激光加工后的柔性玻璃

卷式包裝（圖10）：制成后做成卷裝。運輸難度極大，需要避免表面摩擦，加裝支撐骨架以避免堆疊對玻璃造成的破壞，成卷前需要極好的切割，后續的輸送、切割、包裝設備都需更改。

（現今的設備都是加工平板玻璃的）這一包裝方式被很多人看好，但需一段時間才能普遍化。現在一些卷對卷加工的設備已經制成。圖8為2016年生產的幾種卷對卷真空涂覆設備。

左邊為圖8 卷對卷加工的真空涂覆設備，右邊為圖9 willow-glass柔性玻璃

貼合包裝：把超薄玻璃貼合在普通玻璃上，使用時揭下。后續生產設備可直接使用平板玻璃加工設備。十分簡單，不需做出什么改變，但運輸、加工效率低。

邊緣包裝（圖9）：雷射切割的邊緣有很多缺陷、裂紋，易在邊緣發生斷裂。在柔性玻璃邊緣進行臨時或長久的包裝，這種包裝可以提高表面強度，使其在運輸中得到保護。

5

 鋼化方式

常用的鋼化方式有提高純度、提高表面品質、離子交換等。

雜質往往會引起缺陷、應力分布不均從而降低玻璃強度。在冷卻前，液態玻璃純度應盡可能高。

表面缺陷多、不光滑會使玻璃容易斷裂，所以柔性玻璃表面必須要打磨光滑。

離子交換是指用其他離子與玻璃表面的離子進行交換，通過膨脹系數差異、離子半徑差異來改變玻璃表面的應力分布情況，使玻璃鋼化。可用此方式提高柔性玻璃表面強度。

二

發展情況

1

 國外情況

2012年康寧公司發布willow-glass（垂柳），厚度為0.1mm。可以在表面或邊緣加裝一層塑料來提高他的柔性。大多數文獻中，實驗者們所使用的都是這款柔性玻璃。（圖9）

左邊為圖10 SPOOL柔性玻璃，右邊為圖11 G-leaf柔性玻璃

2013年德國肖特公司已經開始批量供應25-100μm厚的柔性玻璃，寬約50cm，長數百米。

2014年日本旭硝子公司用浮法制成厚度0.05mm的柔性玻璃SPOOL。（圖10）

同年日本電氣硝子公司用溢流法制出30μm厚的柔性玻璃“G-leaf”，并用其制成了90μm厚度的柔性有機顯示器。（圖11）

2

 國內情況

在工廠中：2014年生產線上只能制出0.7mm厚的玻璃；2015年可生產0.3mm厚的鈉鈣和無堿玻璃。

在實驗室中：智廣林等通過二次熔融拉薄法制出30-200μm的玻璃；萬青等通過碎玻璃融凝法制備出厚度1-50μm的玻璃。兩項工作都是2015年前后完成，他們給出了玻璃的厚度區間，此外并未給出更多數據。

三

研究方向

在大量文獻中，研究者們主要對兩個方面比較感興趣：一是組裝復合材料，在柔性玻璃上再加一（幾）種材料使其功能化。

二是作為生長材料的基板，利用其耐高溫，表面平整等優勢來合成一些二維材料，合成后可直接作為復合材料使用，也可除去玻璃，留下生成物薄膜。

1

 合成導電玻璃

在willow-glass上涂一層氧化石墨烯墨水，烘干后，貼在曲面表面，可作為除霜裝置。下圖（圖12）中左圖為普通玻璃，右圖是貼了這一除霜裝置的普通玻璃。

圖12

在柔性玻璃上加熱壓制一層銀納米網或石墨烯制成導電柔性玻璃。圖13為各波長光的透過率，其有望代替平板氧化銦錫導電玻璃（ITO）。

左邊為圖13 各材料中波長與透過率的關系，右邊為圖14 各材料的表面厚度極值

人們考慮用這種柔性導電玻璃封裝柔性太陽能電池。

參考文獻[13]中指出，普通的氧化銦錫玻璃的透光性有待提高，而且很脆，很低的機械壓力就可以使其斷裂，希望將其制成柔性。

研究者們提出兩個方法，一是直接刻蝕玻璃，減少厚度使其表現出柔性，二是將導電層壓制到柔性玻璃表面。

以聚合物太陽能電池為例（也有研究者用其封裝多晶硅太陽能電池），研究者們發現前一種辦法得到的品質很差，所以使用**種方法制作。

做好之后發現氧化銦錫層本身容易斷裂，使得其柔性仍然很差。所以提出了TiO2、Ag、摻鋁氧化鋅三元導電體系。這一體系制成的導電玻璃柔性很好，而且價格低于氧化銦錫。選取二種*佳比例后，制成太陽能電池，性能如下。

表3

可以看出使用這種新型玻璃后，電池的開路電壓、短路電流、效率都有所下降，但填充因子有所提高。

Sung-Jei Hong等研究者將氧化銦錫制成納米顆粒，做成膠體溶液，用這一溶液處理柔性玻璃，在600℃下進行熱處理，形成的導電柔性玻璃透光性好、熱穩定性高、重量輕、導電性好、柔性也很不錯。

但實驗者們僅檢測了玻璃的各項數據，并未將其裝在電池上進行實驗。

圖15 涂覆木纖維素的柔性玻璃

此外柔性玻璃封裝太陽能電池還有一個問題，就是它的反射現象嚴重，太陽光的能量大部分都以光反射的形式耗散掉。

文獻[17]中提到，將木纖維素涂覆到柔性玻璃的背光面可以減少光的反射，可將反射光減少到1%以下。圖19中左圖中磨砂狀玻璃即為試驗中所用玻璃。

2

 在其表面生長薄膜

柔性玻璃可作為基底來生長二維材料，因為其平整度高、耐高溫，可在其表面鍍上一層催化劑網或催化劑膜直接生長材料。

目前已經成功的案例有：柔性玻璃上磁控濺射50nm鎳膜（圖16），700-1000℃環境下，在上面生長石墨烯。

*后刻蝕掉鎳即可得到高品質石墨烯，但在納米尺度仍出現一些缺陷，研究人員認為這些缺陷是刻蝕鎳時形成的，刻蝕方法有待改進。

用這一方法可以通過調整鎳膜的形狀制作各種形狀的高品質石墨烯。并且可以通過調整溫度和鎳膜厚度進一步改進石墨烯的品質。

圖16 在柔性玻璃表面生長石墨烯

Youngchan Kim等人用氣相沉積法制作出幾個原子厚度的ReS2。這種加工方式可以進行大面積合成，而且可以調控生長的薄膜厚度。

圖16為合成方法，合成溫度為450℃。圖17為合成出的硫化錸薄膜，其中L為層數。圖18為各玻璃板上硫化錸的厚度。

左邊為圖17 合成方法，右邊為圖18 合成結果

圖19 表面厚度分布

3

 高溫電介質

柔性玻璃可制作高溫電容器。玻璃在溫度很高的情況下為導體，但200℃左右時，其還是絕緣體，在這一溫度下有機電介質已不再穩定。

低堿鋁玻璃在400℃的情況下仍有穩定的絕緣性能，其制成的電容器在200℃時，充放電性能超過所有的有機電介質電容器。

我們常使用的電容器是卷裝電容器，傳統玻璃并不符合這一加工要求，人們開始嘗試用柔性玻璃進行加工。

目前，玻璃的柔性還達不到制作微型卷裝電容器的要求，但相關研究正在進行。

4

 作為集成多色激光器的基板

多色激光器是一種可以發射多個波長激光的激光器，*早使用的是氣體多色激光器，但它價格高而且十分笨重，人們希望把它做得精巧、便宜一些。

然后人們設計出無機半導體多色激光器，但它的光選擇性很差，波長十分不穩定。

*后人們設計出了有機半導體多色激光器。

這種激光器的集成需要把各種有機半導體裝在一個基板上，要求基板機械強度高、透光性好，C Foucher的團隊制造出以下兩種激光器并進行了實驗。實驗后，他們認為結果比較理想，光的選擇性很好，波長穩定。

圖20

除此之外C Foucher團隊后續發表的文章中提出一種集成度更高、更小巧的多色激光器。它通過從不同方向擠壓有機半導體來改變輸出的波長。（見圖21）

圖21

四

總 結

柔性玻璃的合成工藝已經成熟，可以量產。

市面上的柔性玻璃價格很高，是普通玻璃的幾十到幾百倍。其制作要求很高，成本很難降低，現在人們很少研究它的制備工藝，而將更多的精力投入在復合材料的制備和后續加工方法的開發中。

一旦相關工藝成熟，它就可以制成輕薄可卷曲，甚至可以折疊的顯示器。我們身邊的電子產品也會變得更加靈活，變成我們服裝的一部分。

OLED照明甚至可以做成墻紙，城市的亮化也會有所改變。太陽能電池和柔性電視可以隨意貼在街道兩側。

我國的柔性玻璃生產線還不成熟，相關技術仍在開發。如能取得大的突破，不僅能滿足市場要求，還有望形成一條能夠帶動多個領域發展的產業鏈。

上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件?的高科技企業，公司成立２００５年，專業的光電鍍膜公司，公司產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框等。