太空科技手機!探索iPhone 15 Pro的航太級鈦金屬機殼

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iPhone 15 Pro推出,搭載航太級鈦金屬外殼,為智慧型手機注入太空科技的魅力。每年九月,「果粉」期待著蘋果公司的最新發布會,而2023年iPhone 15 Pro的亮點之一,在於其採用了太空科技常見的鈦合金外殼。這款智慧手機旗艦版將挑戰「最耐摔又最輕盈」的頂尖地位。鈦金屬的獨特之處在於其優異的強度重量比,輕量且強度高,成為航太工程的首選材料,同時也能有效降低太空科技的能源消耗。透過鈦金屬,iPhone 15 Pro不僅突破了外觀與手持體驗的極限,更是夢幻般的太空科技體驗,令科技迷為之著迷。

撰文|黃鼎鈞

 

圖1:太空科技結合手機示意圖|來源:Leonardo AI和Microsoft Bing AI生成圖
鈦金屬的起源與特性

鈦金屬於1791年首次被發現,它通常以化合物形式存在,如二氧化鈦 (TiO2)、鈦鐵礦 (FeTiO3) 和鈣鈦礦 (CaTiO3),是地球上第九豐富的元素之一。然而,天然純鈦非常稀有,大部分純鈦金屬需要透過高成本的人工提煉製得。鈦金屬最為特色的特性之一,是其具有「優異的強度重量比」,即「輕量且具高強度」。所謂強度指的是材料能夠忍受破壞力的能力,具有高的強度則能承受更大的力量。與不鏽鋼相比,鈦的密度只有一半,但所擁有的強度卻高出兩倍甚至更多,因此成為航太工程中的首選材料之一,能夠有效地降低太空科技中重量造成的能源消耗,而且同時兼具高強度,使得設備能夠承受太空中的極端環境。此外,當純鈦金屬暴露於空氣中時,其表面會立即氧化,形成一層1~2奈米的保護層來防止金屬進一步氧化,使鈦金屬具有卓越的抗腐蝕性,能夠抵抗多種化學介質,包括海水及各種酸性物質。因此,鈦金屬也被廣泛應用於海洋工程等領域。可以說,鈦金屬是能帶著人們翱翔天際,又能翻江倒海的絕佳材料。只要想到鈦,就讓我們聯想到探索自然邊緣的高科技設備。如今,它成為了人們手中的行動設備,能將這種「高科技金屬」握在手中,絕對令科技迷感到格外興奮!

圖2:示意以鈦為外殼的潛水艇能夠抵禦海水的侵蝕|來源:Leonardo AI和Microsoft Bing AI生成圖

 

最新iPhone採用太空軍事級的材料:αβ鈦合金

iPhone 15 Pro採用的是一種稱為αβ鈦合金的材料,又可以寫為Ti-6Al-4V,含有6%的鋁 (Al) 和4%的釩 (V)。透過微調不同金屬成分,我們能夠調整原有金屬的特性。自從1950年,αβ鈦合金就被美國陸軍實驗室用於研究,並應用於武器盔甲上。至今,這種合金已經是所有形式的鈦合金中最廣為商業化使用的材料。它的特性基本上與純鈦金屬雷同,但具有更高的強度,不過抗腐蝕性略遜於純鈦。與深海洋或外太空不同,對於在一大氣壓力下使用的電子設備而言,耐摔和耐敲比抗腐蝕更為重要,因此與純鈦相比,αβ鈦合金是製作生活行動設備更好的選擇。

過去的iPhone外殼採用醫療級不鏽鋼,與皮膚接觸長時間也不會對人體造成傷害。同樣,鈦金屬具有極高的生物相容性,不會引起生物體的不良反應。其材料表面的特性與生物組織相契合,能促進組織與材料穩定結合。由於鈦金屬具有相當的韌性,能夠適應生物體內不同的環境,因此許多置入性的醫療器材常以鈦金屬製成。這領域已有多年的研究和應用,並不會造成與皮膚接觸時的金屬汙染。或許你會好奇,αβ鈦合金中含有其他金屬元素,是否會有影響?有研究針對純鈦金屬及αβ鈦合金在生物體內的差異進行比較,發現兩者的生物相容性和反應幾乎無差別,也都可以安全應用於醫療領域。

這一代iPhone的價格也創下歷史新高,讓很多果粉需要勒緊褲帶才能夠購買。價格提升其中一個主要原因,就是鈦金屬加工成本提高。因為鈦金屬具有低導熱的特性,在進行加工時,需要以更高功率的工具才能切割,也因此需要花費更多的能源。或許這也體現了蘋果公司追求極致品質的文化,想要挑戰當今最輕盈的高效能智慧型手機。

圖3:對於高價手機下不了手的消費者|來源:Leonardo AI和Microsoft Bing AI生成圖

 

鈦金屬的低導熱會影響手機效能嗎?

不同於一般金屬,鈦具有較低的導熱和導電特性,因此作為手機的外殼,比起不鏽鋼更能夠抵禦外在的變化,像是環境溫度變化造成的影響,但是與此同時,這樣的特性也可能影響裝置的散熱。在防止外部影響與降低散熱之間,蘋果公司是不是做出了最佳的權衡來使手機呈現最佳化的運行狀態,還有待果粉及用戶們來觀察!

無論如何,在手機外殼上採用與以往不同的材料,都是值得讓人期待的事情,相信藉此也將帶動科學家及工程師對於更多材料應用的探索,為電子設備找到更輕盈、更高強度、且能間接幫助效能的機殼。說不定,還能打造更厲害的太空船!

 


參考文獻

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