James McKenzie mõtiskleb imede üle Gorilla Klaas – leiutis, mis kaitseb miljardeid nutitelefone, tahvel- ja sülearvuteid üle maailma soovimatute kahjustuste eest
Mul on pehme koht juhuslike avastuste jaoks, millel on tahtmatult meie elule sügav mõju. Mõelge sellele liim, mis ei kleepunud, mille töötasid välja teadlased aadressil 3M ja viis üldlevinud Post-it Note'i juurde. Wilhelm Röntgen avastas röntgenikiirte, mis muutis diagnostilise meditsiini revolutsiooni. Ja seal oli USA Raytheoni füüsik Percy Lebaron Spencer, kes leiutas uut tüüpi ahju pärast seda, kui märkas, et tema radarikomplekti mikrolained sulatasid tema taskus šokolaaditahvli.
Sellised vapustavad avastused näitavad, miks "sihipärane" tooteuuring ja -arendus ei ole alati hea idee. Spekulatiivsete või valesti läinud katsete ilu seisneb selles, et need võivad viia järeldusteni, mida te ei osanud kunagi ennustada. Mõelge vaid Ameerika keemikule Stephanie Kwolekile, kes 1964. aastal töötas DuPont, leiutas Kevlar kui tema rühm otsis uut kerget, kuid tugevat kiudu, mida rehvide jaoks kasutada.
Kuid juhuslik avastus, millele tahan keskenduda, leidis aset Corningi klaasitehas New Yorgi osariigis. Veel 1940. aastate alguses huvitas ettevõtte teadlasi tõsiasi, et klaas, mis on väidetavalt läbipaistev materjal, võib tumeneda ja muuta värvi, kui see on piisavalt kaua kokku puutunud päikese kuumuse ja valgusega. Corningi keemik Robert Dalton, kes soovis seda mõju uurida, eksponeeris kristallselge rubiinklaasi proovid ultraviolettvalgusele ja küpsetas need seejärel ahjus. Tulemus: mitme erineva värvitooniga klaas.
Donald Stookey, teine Corningi uurimiskeemik, kes liitus ettevõttega 1940. aastal, sai ülesandeks uurida võimalikke fotorakendusi see imeline uus valgustundlik klaas. Tema töö viis läbipaistva, alumiiniumsilikaadil põhineva klaasi väljatöötamiseni, mis muutus valgustundlikuks, kui see sisaldas vähesel määral kulda, hõbedat või vaske. Stookey leidis, et suudab isegi 3D-kujundusi söövitada klaasi, mida müüdi nime all "FotoForm" ja mida hiljem kasutati elektroonikapakendites ja värvitelerite avamaskides.
Serendipity suur hetk leidis aset ühel päeval 1953. aastal, kui Stookey tahtis läbi viia eksperimendi, mis hõlmas FotoFormi klaasitüki kuumutamist temperatuurini 600 °C. Ahjus oli aga tekkinud rike ja Stookey kuumutas ekslikult klaasi 900 °C-ni. Kui ta proovis proovi kuumast ahjust välja võtta, libises see tangide vahelt ja kukkus põrandale. Kuid klaas purunemise asemel – Stookey hämmastuseks – põrkas.
Ta oli just loonud esimese “klaaskeraamika” – uue klassi klaasmaterjali, mis sisaldab laiali hajutatud erineva kuju ja suurusega peeneid kristalle. Hilisem töö viis Corningi selle materjali väljatöötamiseni ülimenukaks CorningWare'i kastruliteks ja keedupotideks. Need on termilise šoki suhtes vastupidavad ja ei purune, kui need viiakse näiteks sügavkülmast otse kuuma ahju. CorningWare’ist sai vaid üks Stookey mitme miljoni dollari suurustest leiutistest.
Donald Stookey: tänan teda oma iPhone'i eest
Gorilla Glass, mis kaitseb miljardeid nutitelefone ja tahvelarvuteid – sealhulgas kõiki Apple’i tooteid –, poleks ilmselt kunagi eksisteerinud, kui keemik Stanley poleks seda hetkekski rahustanud. Donald Stookey (1915–2014). Töötades 1953. aastal Corning Glass Worksis, viis tema juhuslik „klaaskeraamika“ avastamine (vt põhiteksti) CorningWare'i keedupottide, keemiliselt tugevdatud klaasi ja lõpuks ka Gorilla Glassi enda väljatöötamiseni.
Oma 47 aasta jooksul Corningis töötas Stookey välja ka valgustundliku klaasi ja fotokroomse oftalmilise klaasi prille, mille tulemusel sai tema nimele üle 60 patendi. 1986. aastal autasustas teda president Ronald Reagan USA riikliku tehnoloogiamedaliga. Kui Stookey 1987. aastal Corningi keemiliste fundamentaalsete uuringute direktorina pensionile läks, kuulus tema pärand Stookey auhind, mis antakse igal aastal Corningi teadlasele "silmapaistvate uurimuslike saavutuste eest".
Unikaalne segu
Kaubamärgiga kui Pürokeraam, oli klaasil Stookey, mille otsa komistas, ainulaadne omaduste kombinatsioon, mis ei ole mitte ainult kuumakindel, vaid ka äärmiselt kõva, ülitugev ja läbipaistev ka raadiolainetele. Materjal leidis tee ka sõjalistesse rakendustesse, mida kasutati näiteks juhitavate rakettide ülehelikiirusega radarikuplite ninakoonustes. Hiljem, 1960. aastatel töötas Corning välja uut tüüpi Pyroceram materjali, mis ei olnud läbipaistmatu, vaid läbipaistev nähtavale valgusele.
Ettevõte otsustas algselt seda uuemat toodet mitte turustada, kartes, et see kahjustab Corningi olemasoleva ja ülieduka müüki. Pyrex boorsilikaatklaasist nõude valik, mis oli olnud tugev alates 1915. aastast. Kuid 1970. aastateks töötasid Corning France'i teadlased välja Pyrocerami merevaiguvärvi versiooni, mille nad patenteerisid ja muutsid uueks köögitarvete sarjaks, mis kandis kaubamärgi Visions alla .
Samal ajal oli Corning osana algatusest, mille ettevõte nimetas Project Muscleks, uurinud uusi viise klaasi tugevamaks muutmiseks. Enamikku klaasi tugevdatakse kuumutades seda kõrgel temperatuuril ja seejärel kiiresti jahutades, nii et väljastpoolt jahtub palju kiiremini kui seest – seda protsessi nimetatakse karastamiseks. Temperatuurigradient paneb klaasi sisemuse pingesse ja surub välispinda kokku, muutes klaasi tugevamaks ning mikroskoopiliste pragude ja defektide tekke tõenäosust on väiksem.
Kuna klaas aga õheneb, muutub südamiku ja pinna jahutuskiiruse olulise erinevuse loomine üha raskemaks. 1960. aastatel avastasid Corningi teadlased viisi, kuidas keemiliselt tugevdav klaas võimaldades väiksemad ioonid klaasis asendada suuremate ioonidega keemiavannist. Tänu sellele "ioonivahetuse" protsessile muutub klaasi pind tugevalt kokkusurutud ja seetõttu vähem altid kahjustustele ja pingetele, mis võivad selle puruneda.
Corning müüs seda klaasi kaubamärgi Chemcor all ja seda kasutati kuni 1990. aastate alguseni erinevates kaubanduslikes ja tööstuslikes rakendustes, sealhulgas autode tuuleklaasidel, lennukites, ravimiviaalides, vanglaakendes, kaitseprillides ja telefonikabiinides. Chemcoril oli erinev äriedu, kuid kõik see pidi muutuma 2007. aasta jaanuaris, kui toonane Apple'i tegevjuht Steve Jobs astus lavale tolle aasta MacWorldi konverentsil San Franciscos.
Sisestage Steve Jobs
Ees vinguv publik Moscone keskuses, Jobs tutvustas revolutsioonilist uut seadet – kõige esimest Apple iPhone'i. Kuni selle hetkeni olid nutitelefonid olnud kohmakad, koledad esemed, mille klaviatuurid olid kohmakad. Uus 3.5-tolline iPhone lubas turgu muuta, pakkudes klientidele esmakordselt sisseehitatud kaamera ja veebisirvimisvõimalustega sujuvat puuteekraaniga seadet.
Kuid päev pärast seadme entusiastlikule maailmale tutvustamist kurtis Jobs, et tema enda iPhone'i ekraan, mida ta taskus kaasas kandis, oli lõpuks kaetud väikeste täketega. Selle põhjuseks on asjaolu, et Jobsi demonstreeritud iPhone'i prototüüp oli ehitatud plastikekraaniga, mis oli mehaaniliselt tugev, kuid väga kergesti kriimustav. Mõni aasta varem oli Corning näidanud Jobsile ettevõtte klaasitehnoloogiat ja nüüd nõudis ta, et kui iPhone vaid viis kuud hiljem 2007. aasta juunis turule tuli, pidi sellel olema klaasekraan.
Jeff Williams, Apple'i tegevjuht, meenutab, et ütles Jobsile, et tema nõudmine on võimatu, ning väitis, et klaasi väljatöötamiseks kulub kolm või neli aastat. piisavalt vastupidav, et vastata Jobsi nõuetele. "Ma ütlesin: "Oleme kogu praegust klaasi katsetanud ja kui selle maha kukutate, puruneb see 100% ajast." Ja ta ütles: "Ma ei tea, kuidas me seda teeme, aga millal see tarnitakse juunis on see klaas."
Kaks päeva hiljem sai Williams telefonikõne Wendelli nädalad, Corningi tegevjuht. Weeks soovitas, et Corningi Chemcori klaas, mida ettevõte oli just alustanud uuesti nutitelefoni kasutamiseks nime all "Gorilla Klaas”, võib olla lahendus Apple'i probleemile. Järgnes mitu kuud seda, mida Williams nimetab "puhtaks terroriks", kui kahe ettevõtte meeskonnad töötasid kindlalt selle nimel, et muuta Chemcor millekski, mis oleks õigeks ajaks valmis iPhone'i turuletoomiseks.
Töö tasus end ära. „Kui me juunis [2007] turule toodi, oli klientidel iPhone, millel oli ilus klaasitunne – Corningi klaas – ja mis oli kriimustuskindel,“ meenutab Williams. "See aitas iPhone'i jaoks tooni määrata." Esimese põlvkonna iPhone'iga tarnitud kriimustuskindel klaas on olnud iPhone'i edu võtmeks.
Turu domineerimine
Varasemates nutitelefonides oli Corningi Gorilla Glass umbes 1 mm paksune – mis tahes paksem ja sel ajal kasutatud mahtuvuslikud vedelkristallkuvarid poleks hästi toiminud. Kuid vaatamata paksusele oli klaas kõva, üllatavalt painduv ja uskumatult kriimustuskindel, nagu Jobs nõudis. Tänapäeval on Corningil oma seitsmenda põlvkonna Gorilla Glass, mille paksus on vaid 0.3–0.5 mm. Muidugi on nüüd palju konkurente, kes toodavad ka nutitelefoni-klaase, sh Dragontrail Jaapanist AGC Inc ja Xensatsioon Saksa firmast Vahesein.
Corningi suurejoonelise muuseumi klaasiimedest õhku paisatud
Kuid Gorilla Glass domineerib turul. 2017. aastaks olid selle kasutusele võtnud 40 suuremat tootjat üle maailma ning seda ei kasutata mitte ainult kõigis Apple iPhone'ides ja iPadides, vaid ka enam kui 1800 tootes paljudelt erinevatelt ettevõtetelt. Expert Market Researchi andmetel oli ülemaailmne nutitelefonide katteklaasi turg 1.63. aastal umbes 2020 miljardit dollarit, kusjuures Gorilla Glass liideti peaaegu kuue miljardi seadmega. Corning tarnib aga kogu klaasi Apple'i nutitelefonidele, kusjuures ettevõte on seda iga põlvkonna seadmega üha enam kasutanud.
Muidugi kukuvad telefonid maha ja kuigi Gorilla Glass on uskumatult vastupidav, võivad nutitelefonide ekraanid kahjustuda. Seetõttu on terve turg ka ekraanikaitsekiledele, mis on sageli valmistatud sarnastest klaasjatest materjalidest. MarketWatchi tänavuse raporti kohaselt peaks ekraanikaitsete turg kasvama 2.3 miljardilt dollarilt 2020. aastal 5.4 miljardi dollarini 2026. aastaks. Lõppude lõpuks ei taha keegi kriimustada tipptasemel, peaaegu kriimumatut nutitelefoni, mille eest nad oleks võinud maksta rohkem kui 1000 naela!
Siiski, kas te kujutate ette, kuidas turg oleks reageerinud Apple iPhone'ile, mis sai kriimustatud iga kord, kui selle tasku pistsite? Kui Jobs oleks plastekraaniga iPhone'i turule toonud, nagu algselt plaaniti, siis arvan, et see oleks võinud seadme hävitada – kui lahe see idee ka oli. Jobsil oli õigus: see pidi olema klaas. Ja arvata, et seda kõike saab 1953. aastal Corning Glass Worksis läbiviidud katsest ja rikkis ahjust taandada. Ilma selle jumalikkuseta ei pruugi me kunagi olla seal, kus praegu oleme.
