Gorilla Glass: smarttelefonens usungne helt

Jeg har et svakt punkt for utilsiktede oppdagelser som utilsiktet har en dyp innvirkning på livene våre. Tenk på lim som ikke festet seg, som ble utviklet av forskere ved 3M og førte til den allestedsnærværende Post-it Note. Det var Wilhelm Röntgens oppdagelse av røntgenstråler, som revolusjonerte diagnostisk medisin. Og det var Percy Lebaron Spencer, en fysiker ved Raytheon i USA, som oppfant en ny type ovn etter å ha lagt merke til at mikrobølger fra radarsettet hans smeltet en sjokoladeplate i lommen hans.

Serendipitate funn som disse viser hvorfor "målrettet" produktforskning og -utvikling ikke alltid er en god idé. Det fine med eksperimenter som er spekulative eller går galt, er at de kan føre til funn du aldri kunne forutse. Bare tenk på den amerikanske kjemikeren Stephanie Kwolek som i 1964 mens han jobbet for DuPont, oppfunnet Kevlar da gruppen hennes lette etter en ny lett, men sterk fiber som kunne brukes til dekk.

Men den tilfeldige oppdagelsen jeg vil fokusere på skjedde ved Corning Glassverk i delstaten New York. Tilbake på begynnelsen av 1940-tallet ble forskere ved selskapet fascinert av det faktum at glass, som er et antatt gjennomsiktig materiale, kan bli mørkere og endre farge hvis det utsettes for solens varme og lys lenge nok. Ivrig etter å undersøke denne effekten, utsatte Robert Dalton, en kjemiker fra Corning, prøver av krystallklart rubinglass for ultrafiolett lys og bakte dem deretter i en ovn. Resultatet: glass med flere forskjellige fargenyanser.

Donald Stookey, en annen forskerkjemiker fra Corning som hadde sluttet seg til virksomheten i 1940, ble bedt om å utforske mulige fotografiske anvendelser av dette fantastiske nye lysfølsomme glasset. Arbeidet hans førte til utviklingen av et gjennomsiktig, aluminiumsilikatbasert glass som ble lysfølsomt hvis det inkluderte spormengder av gull, sølv eller kobber. Stookey fant ut at han til og med kunne etse 3D-design inn i glasset, som ble solgt som "FotoForm" og senere brukt som materiale i elektronisk emballasje og for blendermasker på farge-TV-apparater.

Det store øyeblikket av serendipity skjedde en dag i 1953 da Stookey ønsket å utføre et eksperiment som innebar å varme opp et stykke FotoForm-glass til en temperatur på 600 °C. Ovnen hadde imidlertid utviklet en feil, og Stookey endte feilaktig opp med å varme opp glasset til 900 °C. Da han forsøkte å fjerne prøven fra den varme ovnen, gled den fra tangen og falt i gulvet. Men i stedet for å knuse, spratt glasset – til Stookeys forundring.

Han hadde nettopp laget den første "glass-keramikken" - en ny klasse av glassaktig materiale som inneholder fine krystaller av forskjellige former og størrelser spredt utover. Etterfølgende arbeid førte til at Corning utviklet dette materialet til den enormt vellykkede CorningWare-serien av kasseroller og kokekar. Motstandsdyktig mot termisk sjokk, de går ikke i stykker hvis de flyttes direkte fra for eksempel en fryser og inn i en varm ovn. CorningWare ble bare en av Stookeys oppfinnelser på flere millioner dollar.

En unik blanding

Varemerkebeskyttet som Pyroceram, glasset Stookey snublet over hadde en unik kombinasjon av egenskaper, og var ikke bare varmebestandig, men ekstremt hard, supersterk og gjennomsiktig for radiobølger også. Materialet fant også veien inn i militære applikasjoner, for eksempel brukt i nesekjeglene til supersoniske radarkupler i guidede missiler. Senere, på 1960-tallet, utviklet Corning en ny type Pyroceram-materiale som ikke var ugjennomsiktig, men gjennomsiktig for synlig lys.

Selskapet valgte i utgangspunktet ikke å kommersialisere dette nyere produktet, i frykt for at det ville kannibalisere salg fra Cornings eksisterende og enormt suksessrike Pyrex utvalg av borosilikatglassvarer, som hadde holdt på siden 1915. Men på 1970-tallet hadde forskere ved Corning France utviklet en ravfarget versjon av Pyroceram, som de patenterte og gjorde om til en ny serie kokekar, som gikk under merkenavnet Visions .

I mellomtiden, som en del av et initiativ som selskapet kalte Project Muscle, hadde Corning utforsket nye måter å gjøre glass sterkere på. Det meste av glass styrkes ved å varme det opp til en høy temperatur og deretter avkjøle det raskt slik at utsiden avkjøles mye raskere enn innsiden – en prosess kjent som temperering. Temperaturgradienten setter innsiden av glasset i spenning og komprimerer den ytre overflaten, noe som gjør glasset sterkere og mindre sannsynlig å ha mikroskopiske sprekker og feil.

Etter hvert som glass blir tynnere, blir det imidlertid stadig vanskeligere å sette opp en betydelig forskjell i kjølehastighet mellom kjernen og overflaten. På 1960-tallet oppdaget forskere ved Corning en måte å kjemisk styrkende glass ved å la mindre ioner i glasset erstattes med større ioner fra et kjemisk bad. Takket være denne prosessen med "ionebytting" blir overflaten av glasset svært komprimert, og derfor mindre utsatt for innføring av skade og påføring av påkjenninger som kan få det til å gå i stykker.

Corning solgte dette glasset under merkenavnet Chemcor, og det ble brukt frem til begynnelsen av 1990-tallet i ulike kommersielle og industrielle bruksområder, inkludert bilfrontruter, fly, medikamentglass, fengselsvinduer, vernebriller og telefonkiosker. Chemcor hadde varierende grad av kommersiell suksess, men alt dette skulle endre seg i januar 2007 da Steve Jobs, den gang administrerende direktøren for Apple, inntok scenen på det årets MacWorld-stevne i San Francisco.

Skriv inn Steve Jobs

Foran et susende publikum på Moscone-senteret, introduserte Jobs en revolusjonerende ny enhet – den aller første Apple iPhone. Inntil det tidspunktet hadde smarttelefoner vært klumpete, stygge gjenstander med tøffe tastaturer. Den nye 3.5-tommers iPhone lovet å transformere markedet, og tilby kundene en glatt berøringsskjermenhet med innebygd kamera og nettsurfing for første gang.

Men dagen etter å ha avslørt enheten for en entusiastisk verden, klaget Jobs over at skjermen på hans egen iPhone, som han hadde båret rundt i lommen, hadde endt opp med bittesmå hakk. Det er fordi prototypen iPhone som Jobs hadde demonstrert var bygget med en plastskjerm, som var mekanisk sterk, men veldig lett å ripe. Noen år tidligere hadde Corning vist Jobs selskapets glassteknologi, og han insisterte nå på at når iPhone kom på markedet bare fem måneder senere i juni 2007, måtte den ha en glassskjerm.

Jeff Williams, Apples administrerende direktør, husker at han fortalte Jobs at kravet hans var umulig, og insisterte på at det ville ta tre eller fire år å utvikle glass som var holdbar nok til å møte Jobs sine krav. «Jeg sa: 'Vi har testet alt det nåværende glasset, og når du mister det, går det i stykker 100 % av tiden.' Og han sa "Jeg vet ikke hvordan vi skal gjøre det, men når det sendes i juni, blir det glass."

To dager senere fikk Williams en telefon fra Wendell Weeks, Cornings administrerende direktør. Weeks foreslo at Cornings Chemcor-glass, som selskapet nettopp hadde begynt å studere igjen for smarttelefonbruk under navnet "Gorilla glass”, kan være løsningen på Apples problem. Det fulgte flere måneder med det Williams kaller "ren terror" da teamene i de to selskapene jobbet hardt for å gjøre Chemcor til noe som ville være klart i tide for lanseringen av iPhone.

Arbeidet ga resultater. "Da vi lanserte i juni [2007], hadde kundene en iPhone som hadde den vakre følelsen av glass - Corning-glass - og som var motstandsdyktig mot riper," minnes Williams. "Det bidro til å sette tonen for iPhone." Det ripebestandige glasset som ble levert på førstegenerasjons iPhone har vært en sentral del av iPhone-suksessen.

Markedsdominans

I de tidlige smarttelefonene var Cornings Gorilla Glass omtrent 1 mm tykt – noe tykkere og de kapasitive flytende krystallskjermene som ble brukt på den tiden ville ikke ha fungert bra. Men til tross for tykkelsen var glasset hardt, overraskende fleksibelt og utrolig ripebestandig, akkurat som Jobs krevde. I disse dager er Corning på sin syvende generasjon Gorilla Glass, som bare er 0.3–0.5 mm tykk. Selvfølgelig er det nå mange konkurrenter som også produserer smarttelefon-glass, bl.a Dragontrail fra Japan AGC Inc og Xensation fra det tyske firmaet Schott.

Men Gorilla Glass dominerer markedet. I 2017 hadde den blitt tatt i bruk av 40 store produsenter rundt om i verden, og ble brukt ikke bare på alle Apple iPhones og iPads, men i mer enn 1800 produkter fra mange forskjellige firmaer. I følge Expert Market Research var det globale glassmarkedet for smarttelefondeksel verdt rundt 1.63 milliarder dollar i 2020, og Gorilla Glass ble integrert i nesten seks milliarder enheter. Corning, derimot, leverer alt glasset til Apple-smarttelefoner, og selskapet har brukt det mer og mer for hver generasjon enhet.

Selvfølgelig faller telefoner, og selv om Gorilla Glass er utrolig tøft, kan smarttelefonskjermer bli skadet. Derfor er det også et sunt marked for skjermbeskyttelsesfilmer, som ofte er laget av lignende glassaktige materialer. I følge en rapport fra MarketWatch i år forventes skjermbeskyttermarkedet å vokse fra 2.3 milliarder dollar i 2020 til 5.4 milliarder dollar innen 2026. Tross alt er det ingen som ønsker å skrape en toppklasse som nesten ikke kan skrapes smarttelefon som de kanskje har betalt mer enn £1000 for!

Likevel, kan du forestille deg hvordan markedet ville ha reagert på en Apple iPhone som ble riper hver gang du puttet den i lommen? Hvis Jobs hadde lansert iPhone med en plastskjerm som opprinnelig var planen, tror jeg det godt kunne ha drept enheten – uansett hvor kul ideen var. Jobs hadde rett: det måtte være glass. Og å tro at det hele kan spores tilbake til et feilaktig eksperiment og en defekt ovn på Corning Glass Works i 1953. Uten den serendipiteten ville vi kanskje aldri vært der vi er i dag.