Gorilla Glass: smartphonens usungne helt

Jeg har et blødt punkt for utilsigtede opdagelser, der utilsigtet har en dyb indvirkning på vores liv. Tænk på lim der ikke klistrede, som er udviklet af forskere på 3M og førte til den allestedsnærværende Post-it Note. Der var Wilhelm Röntgens opdagelse af røntgenstråler, som revolutionerede diagnostisk medicin. Og der var Percy Lebaron Spencer, en fysiker hos Raytheon i USA, som opfandt en ny type ovn efter at have bemærket, at mikrobølger fra hans radarsæt smeltede en chokoladebar i hans lomme.

Serendipitale opdagelser som disse viser, hvorfor "målrettet" produktforskning og -udvikling ikke altid er en god idé. Det smukke ved eksperimenter, der er spekulative eller går galt, er, at de kan føre til resultater, du aldrig kunne forudsige. Tænk bare på den amerikanske kemiker Stephanie Kwolek, som i 1964, mens han arbejdede for DuPont, opfundet Kevlar da hendes gruppe ledte efter en ny let, men alligevel stærk fiber til at bruge til dæk.

Men den tilfældige opdagelse, jeg vil fokusere på, skete ved Corning Glasværk i upstate New York. Tilbage i begyndelsen af ​​1940'erne var forskere ved virksomheden fascineret af, at glas, som er et angiveligt gennemsigtigt materiale, kan blive mørkere og ændre farve, hvis det udsættes for solens varme og lys i lang tid nok. Opsat på at undersøge denne effekt, udsatte Robert Dalton, en Corning-kemiker, prøver af krystalklart rubinglas for ultraviolet lys og bagte dem derefter i en ovn. Resultatet: glas med flere forskellige farvenuancer.

Donald Stookey, en anden forskerkemiker fra Corning, der havde sluttet sig til virksomheden i 1940, blev instrueret i at udforske mulige fotografiske anvendelser af dette vidunderlige nye lysfølsomme glas. Hans arbejde førte til udviklingen af ​​et gennemsigtigt, aluminosilikatbaseret glas, der blev lysfølsomt, hvis det indeholdt spormængder af guld, sølv eller kobber. Stookey fandt ud af, at han endda kunne ætse 3D-design ind i glasset, som blev solgt som "FotoForm" og senere brugt som materiale i elektronikemballage og til blændemasker på farve-tv-apparater.

Det store øjeblik af serendipity indtraf en dag i 1953, da Stookey ønskede at udføre et eksperiment, der involverede opvarmning af et stykke FotoForm-glas til en temperatur på 600 °C. Ovnen havde imidlertid udviklet en fejl, og Stookey endte ved en fejl med at opvarme glasset til 900 °C. Da han forsøgte at fjerne prøven fra den varme ovn, gled den fra hans tang og styrtede ned på gulvet. Men i stedet for at knuse, sprang glasset – til Sookeys forbløffelse –.

Han havde netop skabt den første "glaskeramik" - en ny klasse af glasagtigt materiale, der indeholder fine krystaller af forskellige former og størrelser spredt ud over det. Efterfølgende arbejde førte til, at Corning udviklede dette materiale til den meget succesrige CorningWare-serie af gryder og gryder. Modstandsdygtige over for termisk stød går de ikke i stykker, hvis de flyttes direkte fra f.eks. en fryser og ind i en varm ovn. CorningWare blev blot en af ​​Sookeys opfindelser til mange millioner dollars.

En unik blanding

Varemærkebeskyttet som Pyroceram, glasset Stookey snuble over havde en unik kombination af egenskaber, idet det ikke kun var varmebestandigt, men også ekstremt hårdt, superstærkt og også gennemsigtigt for radiobølger. Materialet fandt også vej til militære applikationer, idet det for eksempel blev brugt i næsekeglerne på supersoniske radarkupler i styrede missiler. Senere, i 1960'erne, udviklede Corning en ny slags Pyroceram-materiale, der ikke var uigennemsigtigt, men gennemsigtigt for synligt lys.

Virksomheden valgte oprindeligt ikke at kommercialisere dette nyere produkt, da det frygtede, at det ville kannibalisere salget fra Cornings eksisterende og meget succesrige Pyrex udvalg af borosilikatglas, som havde stået stærkt siden 1915. Men i 1970'erne havde forskere ved Corning France udviklet en ravfarvet version af Pyroceram, som de patenterede og forvandlede til en ny serie af køkkengrej, der gik under Visions-mærket .

I mellemtiden havde Corning, som en del af et initiativ, som virksomheden kaldte Project Muscle, udforsket nye måder at gøre glas stærkere på. Det meste glas forstærkes ved at opvarme det til en høj temperatur og derefter afkøle det hurtigt, så ydersiden afkøles meget hurtigere end indersiden - en proces kendt som temperering. Temperaturgradienten sætter indersiden af ​​glasset i spænding og komprimerer den ydre overflade, hvilket gør glasset stærkere og mindre tilbøjelige til at have mikroskopiske revner og fejl.

Efterhånden som glas bliver tyndere, bliver det dog stadig sværere at opstille en væsentlig forskel i kølehastigheden mellem kernen og overfladen. I 1960'erne opdagede forskere ved Corning en måde at kemisk forstærkende glas ved at lade mindre ioner i glasset erstattes med større ioner fra et kemisk bad. Takket være denne proces med "ionbytning" bliver glassets overflade meget komprimeret og derfor mindre tilbøjelig til indførelse af skader og påføring af spændinger, der kan få det til at gå i stykker.

Corning solgte dette glas under varemærket Chemcor, og det blev brugt indtil begyndelsen af ​​1990'erne i forskellige kommercielle og industrielle applikationer, herunder bilruder, fly, medicinhætteglas, fængselsvinduer, sikkerhedsbriller og telefonbokse. Chemcor havde forskellige grader af kommerciel succes, men alt det skulle ændre sig i januar 2007, da Steve Jobs, dengang administrerende direktør for Apple, indtog scenen ved det års MacWorld-konvent i San Francisco.

Indtast Steve Jobs

Foran et kigrende publikum i Moscone Center, introducerede Jobs en revolutionerende ny enhed – den allerførste Apple iPhone. Indtil det tidspunkt havde smartphones været klodsede, grimme genstande med besværlige tastaturer. Den nye 3.5-tommer iPhone lovede at transformere markedet og tilbyde kunderne en smart touchscreen-enhed med indbygget kamera og web-browsing-funktioner for første gang.

Men dagen efter at have afsløret enheden for en entusiastisk verden, klagede Jobs over, at skærmen på hans egen iPhone, som han havde båret rundt i lommen, var endt med at være dækket af små hakker. Det skyldes, at prototypen af ​​iPhone, som Jobs havde demonstreret, var bygget med en plastikskærm, som var mekanisk stærk, men meget let at ridse. Et par år tidligere havde Corning vist Jobs virksomhedens glasteknologi, og han insisterede nu på, at da iPhonen kom på markedet blot fem måneder senere i juni 2007, skulle den have en glasskærm.

Jeff Williams, Apples driftsdirektør, husker at have fortalt Jobs, at hans krav var umuligt, og insisterede på, at det ville tage tre eller fire år at udvikle glas, der var holdbar nok til at opfylde Jobs krav. "Jeg sagde: 'Vi har testet alt det nuværende glas, og når du taber det, går det i stykker 100 % af tiden.' Og han sagde 'jeg ved ikke, hvordan vi skal gøre det, men når det afsendes i juni, bliver det glas'.

To dage senere fik Williams et telefonopkald fra Wendell uger, Cornings administrerende direktør. Weeks foreslog, at Cornings Chemcor-glas, som virksomheden netop var begyndt at studere igen til smartphonebrug under navnet "Gorilla Glass”, kunne være løsningen på Apples problem. Der fulgte adskillige måneder af, hvad Williams kalder "ren terror", da teams hos de to virksomheder arbejdede fladt ud for at gøre Chemcor til noget, der ville være klar i tide til iPhones lancering.

Arbejdet gav pote. "Da vi lancerede i juni [2007], havde kunderne en iPhone, der havde den smukke fornemmelse af glas - Corning-glas - og var ridsefast," husker Williams. "Det hjalp med at sætte tonen for iPhone." Det ridsefaste glas, der blev leveret på den første generation af iPhone, har været en vigtig del af iPhone-succesen.

Markedsdominans

I de tidlige smartphones var Cornings Gorilla Glass omkring 1 mm tykt – enhver tykkere, og de kapacitive flydende krystalskærme, der blev brugt på det tidspunkt, ville ikke have fungeret godt. Men trods sin tykkelse var glasset hårdt, overraskende fleksibelt og utroligt ridsefast, præcis som Jobs forlangte. I disse dage er Corning på sin syvende generation af Gorilla Glass, som kun er 0.3-0.5 mm tyk. Selvfølgelig er der efterhånden mange konkurrenter, som også producerer smartphone-glas, bl.a Dragontrail fra Japan AGC Inc , Xensation fra det tyske firma Bulkhead.

Men Gorilla Glass dominerer markedet. I 2017 var det blevet vedtaget af 40 store producenter rundt om i verden, og blev brugt ikke kun på alle Apple iPhones og iPads, men i mere end 1800 produkter fra mange forskellige firmaer. Ifølge Expert Market Research var det globale marked for smartphone-coverglas værd omkring 1.63 milliarder dollars i 2020, hvor Gorilla Glass blev indarbejdet i næsten seks milliarder enheder. Corning leverer dog alt glasset til Apple-smartphones, og virksomheden har brugt det mere og mere for hver generation af enheder.

Selvfølgelig bliver telefoner tabt, og selvom Gorilla Glass er utroligt hårdfør, kan smartphone-skærme blive beskadiget. Derfor er der også et sundt marked for skærmbeskyttelsesfilm, som ofte er lavet af lignende glasagtige materialer. Ifølge en rapport fra MarketWatch i år forventes markedet for skærmbeskyttere at vokse fra 2.3 mia. USD i 2020 til 5.4 mia. USD i 2026. Når alt kommer til alt, er der ingen, der ønsker at ridse en top-of-the-range, der næsten ikke kan ridses smartphone, som de måske har betalt mere end £1000 for!

Alligevel, kan du forestille dig, hvordan markedet ville have reageret på en Apple iPhone, der blev ridset, hver gang du puttede den i lommen? Hvis Jobs havde lanceret iPhonen med en plastikskærm, som det oprindeligt var planen, tror jeg godt, at det kunne have slået enheden ihjel – hvor cool ideen end var. Jobs havde ret: det skulle være glas. Og at tro, at det hele kan spores tilbage til et fejlagtigt eksperiment og en defekt ovn på Corning Glass Works i 1953. Uden den serendipitet ville vi måske aldrig være, hvor vi er i dag.