Gorilla Glass: l'eroe sconosciuto dello smartphone

Ho un debole per le scoperte accidentali che inavvertitamente hanno un profondo impatto sulle nostre vite. Pensa al colla che non si è attaccata, che è stato sviluppato dai ricercatori di 3M e ha portato all'onnipresente Post-it. C'è stata la scoperta dei raggi X di Wilhelm Röntgen, che ha rivoluzionato la medicina diagnostica. E c'era Percy Lebaron Spencer, un fisico della Raytheon negli Stati Uniti, che ha inventato un nuovo tipo di forno dopo aver notato che le microonde del suo set radar scioglievano una barretta di cioccolato in tasca.

Scoperte fortuite come queste mostrano solo perché la ricerca e lo sviluppo di prodotti "mirati" non è sempre una grande idea. Il bello degli esperimenti che sono speculativi o che vanno male è che possono portare a risultati che non potresti mai prevedere. Basti pensare alla chimica americana Stephanie Kwolek che, nel 1964, lavorava per DuPont, inventato Kevlar quando il suo gruppo era alla ricerca di una nuova fibra leggera ma resistente da utilizzare per gli pneumatici.

Ma la scoperta accidentale su cui voglio concentrarmi è avvenuta Opere di vetro Corning nello stato di New York. All'inizio degli anni '1940, i ricercatori dell'azienda erano incuriositi dal fatto che il vetro, che è un materiale apparentemente trasparente, può scurirsi e cambiare colore se esposto al calore e alla luce del sole per un periodo abbastanza lungo. Desideroso di indagare su questo effetto, Robert Dalton, un chimico di Corning, ha esposto campioni di vetro rubino cristallino alla luce ultravioletta e poi li ha cotti in un forno. Il risultato: vetro con diverse sfumature di colore.

Donald Stook, un altro chimico ricercatore della Corning che si era unito all'attività nel 1940, fu incaricato di esplorare possibili applicazioni fotografiche di questo meraviglioso nuovo vetro fotosensibile. Il suo lavoro ha portato allo sviluppo di un vetro trasparente a base di alluminosilicato che diventava fotosensibile se conteneva tracce di oro, argento o rame. Stookey scoprì che poteva persino incidere disegni 3D nel vetro, che è stato venduto come "FotoForm" e successivamente utilizzato come materiale negli imballaggi elettronici e per maschere di apertura sui televisori a colori.

Il grande momento di serendipità avvenne un giorno del 1953 quando Stookey volle condurre un esperimento che prevedeva il riscaldamento di un pezzo di vetro FotoForm a una temperatura di 600 °C. Il forno, però, aveva sviluppato un guasto e Stookey finì erroneamente per riscaldare il vetro a 900 °C. Quando ha cercato di rimuovere il campione dal forno caldo, è scivolato dalle sue pinze e si è schiantato a terra. Ma invece di frantumarsi, il bicchiere – con stupore di Stookey – rimbalzò.

Aveva appena creato la prima “vetro-ceramica” – una nuova classe di materiale vetroso contenente fini cristalli di diverse forme e dimensioni sparse ovunque. Il lavoro successivo ha portato Corning a sviluppare questo materiale nella gamma di pentole e pentole CorningWare di grande successo. Resistenti agli shock termici, non si rompono se spostati, diciamo, direttamente da un congelatore e in un forno caldo. CorningWare è diventata solo una delle invenzioni multimilionarie di Stookey.

Un mix unico

Marchiato come Vetroceramica, il vetro in cui Stookey si è imbattuto aveva una combinazione unica di proprietà, essendo non solo resistente al calore, ma anche estremamente duro, super forte e trasparente alle onde radio. Il materiale ha trovato la sua strada anche in applicazioni militari, essendo utilizzato, ad esempio, nei coni del naso delle cupole radar supersonici nei missili guidati. Successivamente, negli anni '1960, Corning sviluppò un nuovo tipo di materiale Pyroceram che non era opaco ma trasparente alla luce visibile.

L'azienda inizialmente ha scelto di non commercializzare questo nuovo prodotto, temendo che avrebbe cannibalizzato le vendite di Corning, già esistente e di grande successo. pyrex gamma di articoli in vetro borosilicato, che andava forte dal 1915. Ma negli anni '1970, i ricercatori di Corning France avevano sviluppato una versione color ambra di Pyroceram, che hanno brevettato e trasformato in una nuova gamma di pentole, sotto il marchio Visions .

Nel frattempo, come parte di un'iniziativa che la società ha soprannominato Project Muscle, Corning ha esplorato nuovi modi per rendere il vetro più forte. La maggior parte del vetro viene rinforzata riscaldandola a una temperatura elevata e quindi raffreddandola rapidamente in modo che l'esterno si raffreddi molto più velocemente dell'interno, un processo noto come rinvenimento. Il gradiente di temperatura mette in tensione l'interno del vetro e comprime la superficie esterna, rendendo il vetro più forte e meno soggetto a crepe e difetti microscopici.

Man mano che il vetro diventa più sottile, tuttavia, diventa sempre più difficile impostare una differenza sostanziale nella velocità di raffreddamento tra il nucleo e la superficie. Negli anni '1960 i ricercatori della Corning scoprirono un modo per vetro rinforzato chimicamente consentendo agli ioni più piccoli nel vetro di essere sostituiti con ioni più grandi da un bagno chimico. Grazie a questo processo di “scambio ionico”, la superficie del vetro diventa fortemente compressa, e quindi meno soggetta all'introduzione di danni e all'applicazione di sollecitazioni che potrebbero farla rompere.

Corning ha venduto questo vetro con il marchio Chemcor ed è stato utilizzato fino all'inizio degli anni '1990 in varie applicazioni commerciali e industriali, inclusi parabrezza di automobili, aerei, fiale di farmaci, finestre di prigioni, occhiali di sicurezza e cabine telefoniche. Chemcor ha avuto vari gradi di successo commerciale, ma tutto è cambiato nel gennaio 2007 quando Steve Jobs, l'allora amministratore delegato di Apple, è salito sul palco alla convention MacWorld di quell'anno a San Francisco.

Entra Steve Jobs

Di fronte a un pubblico urlante al Moscone Center, Jobs ha introdotto un nuovo dispositivo rivoluzionario: il primo Apple iPhone. Fino a quel momento, gli smartphone erano oggetti goffi e brutti con tastiere complicate. Il nuovo iPhone da 3.5 pollici ha promesso di trasformare il mercato, offrendo per la prima volta ai clienti un dispositivo touchscreen con fotocamera integrata e funzionalità di navigazione sul Web.

Ma il giorno dopo aver rivelato il dispositivo a un mondo entusiasta, Jobs si è lamentato del fatto che lo schermo del suo iPhone, che portava in tasca, era finito coperto di minuscole scheggiature. Questo perché il prototipo di iPhone che Jobs aveva mostrato era costruito con uno schermo di plastica, meccanicamente robusto ma molto facile da graffiare. Alcuni anni prima Corning aveva mostrato a Jobs la tecnologia del vetro dell'azienda e ora insisteva sul fatto che, quando l'iPhone è stato lanciato sul mercato solo cinque mesi dopo, nel giugno 2007, doveva avere uno schermo di vetro.

Jeff Williams, direttore operativo di Apple, ricorda di aver detto a Jobs che la sua richiesta era impossibile, insistendo che ci sarebbero voluti tre o quattro anni per sviluppare un vetro che fosse abbastanza durevole per soddisfare i requisiti di Jobs. "Ho detto: 'Abbiamo testato tutto il vetro attuale e quando lo fai cadere, si rompe il 100% delle volte.' E lui ha detto 'Non so come lo faremo, ma quando sarà spedito a giugno, sarà di vetro'".

Due giorni dopo, Williams ha ricevuto una telefonata da Settimane Wendell, amministratore delegato di Corning. Weeks ha suggerito che il vetro Chemcor di Corning, che l'azienda aveva appena iniziato a studiare di nuovo per l'uso da smartphone sotto il nome "Gorilla Glass”, potrebbe essere la soluzione al problema di Apple. Sono seguiti diversi mesi di ciò che Williams chiama "terrore puro" quando i team delle due società hanno lavorato a fondo per trasformare Chemcor in qualcosa che sarebbe stato pronto in tempo per il lancio dell'iPhone.

Il lavoro ha dato i suoi frutti. "Quando abbiamo lanciato nel giugno [2007], i clienti avevano un iPhone che aveva la bella sensazione del vetro, il vetro Corning, ed era resistente ai graffi", ricorda Williams. "Ha contribuito a dare il tono a iPhone." Il vetro antigraffio fornito con l'iPhone di prima generazione è stato una parte fondamentale del successo dell'iPhone.

Dominio del mercato

Nei primi smartphone, il Gorilla Glass di Corning aveva uno spessore di circa 1 mm, un po' più spesso e i display capacitivi a cristalli liquidi utilizzati all'epoca non avrebbero funzionato bene. Ma nonostante il suo spessore, il vetro era duro, sorprendentemente flessibile e incredibilmente resistente ai graffi, proprio come richiedeva Jobs. In questi giorni, Corning è alla sua settima generazione di Gorilla Glass, che ha uno spessore di soli 0.3–0.5 mm. Certo, ora ci sono molti concorrenti che producono anche smartphone-vetro, tra cui Dragontrail dal Giappone AGC Inc ed Xensazione dalla ditta tedesca Paratia.

Ma Gorilla Glass domina il mercato. Entro il 2017 era stato adottato da 40 importanti produttori in tutto il mondo, essendo utilizzato non solo su tutti gli iPhone e iPad Apple, ma in oltre 1800 prodotti di molte aziende diverse. Secondo Expert Market Research, il mercato globale delle coperture in vetro per smartphone valeva circa 1.63 miliardi di dollari nel 2020, con Gorilla Glass incorporato in quasi sei miliardi di dispositivi. Corning, invece, fornisce tutto il vetro per gli smartphone Apple, con l'azienda che lo ha utilizzato sempre di più con ogni generazione di dispositivi.

Ovviamente, i telefoni cadono e anche se Gorilla Glass è incredibilmente resistente, gli schermi degli smartphone possono danneggiarsi. Ecco perché esiste anche un mercato sano per le pellicole per la protezione dello schermo, che sono spesso realizzate con materiali vetrosi simili. Secondo un rapporto di MarketWatch quest'anno, il mercato delle protezioni per lo schermo dovrebbe crescere da $ 2.3 miliardi nel 2020 a $ 5.4 miliardi entro il 2026. Dopotutto, nessuno vuole graffiare un top di gamma quasi irraggiungibile smartphone per il quale avrebbero potuto pagare più di £ 1000!

Tuttavia, puoi immaginare come avrebbe reagito il mercato a un iPhone di Apple che si graffiava ogni volta che lo mettevi in ​​tasca? Se Jobs avesse lanciato l'iPhone con uno schermo di plastica come originariamente previsto, penso che avrebbe potuto uccidere il dispositivo, per quanto interessante fosse l'idea. Jobs aveva ragione: doveva essere di vetro. E pensare che tutto può essere ricondotto a un esperimento fallito e un forno difettoso alla Corning Glass Works nel 1953. Senza quella fortuna, potremmo non essere mai dove siamo oggi.