Gorilla Glass: neopevani junak pametnega telefona

Slabost imam do naključnih odkritij, ki nehote močno vplivajo na naša življenja. Pomislite na lepilo, ki se ni prijelo, ki so ga razvili raziskovalci na 3M in pripeljala do vseprisotnega Post-it Note. Wilhelm Röntgen je odkril rentgenske žarke, kar je revolucioniralo diagnostično medicino. Tu je bil tudi Percy Lebaron Spencer, fizik pri Raytheonu v ZDA, ki je izumil novo vrsto pečice, potem ko je opazil, da mikrovalovi njegovega radarja stopijo čokoladico v njegovem žepu.

Naključna odkritja, kot so ta, kažejo, zakaj »ciljno usmerjene« raziskave in razvoj izdelkov niso vedno dobra ideja. Lepota poskusov, ki so špekulativni ali gredo narobe, je v tem, da lahko vodijo do ugotovitev, ki jih ne bi mogli predvideti. Samo pomislite na ameriško kemičarko Stephanie Kwolek, ki je leta 1964 med delom za DuPont, izumil Kevlar ko je njena skupina iskala novo lahko, a močno vlakno za uporabo v pnevmatikah.

Toda naključno odkritje, na katerega se želim osredotočiti, se je zgodilo ob Steklarna Corning v zvezni državi New York. Že v zgodnjih štiridesetih letih prejšnjega stoletja je raziskovalce v podjetju navdušilo dejstvo, da lahko steklo, ki je domnevno prozoren material, potemni in spremeni barvo, če je dovolj dolgo izpostavljeno toploti in svetlobi sonca. V želji, da bi raziskal ta učinek, je Robert Dalton, kemik iz Corninga, izpostavil vzorce kristalno čistega rubinastega stekla ultravijolični svetlobi in jih nato spekel v pečici. Rezultat: steklo z več različnimi barvnimi odtenki.

Donald Stookey, drugemu Corningovemu raziskovalnemu kemiku, ki se je podjetju pridružil leta 1940, je bilo naročeno, naj razišče možne fotografske uporabe to čudovito novo fotoobčutljivo steklo. Njegovo delo je vodilo do razvoja prozornega stekla na osnovi aluminosilikata, ki je postalo fotoobčutljivo, če je vsebovalo sledove zlata, srebra ali bakra. Stookey je ugotovil, da lahko celo vgrajuje 3D modele v steklo, ki se je prodajalo kot "FotoForm" in kasneje uporabljeno kot material za embalažo elektronike in za maske zaslonke na barvnih televizijskih sprejemnikih.

Veliki trenutek naključja se je zgodil nekega dne leta 1953, ko je Stookey želel izvesti poskus, ki je vključeval segrevanje kosa stekla FotoForm na temperaturo 600 °C. Vendar se je v peči pojavila napaka in Stookey je steklo po pomoti segrel na 900 °C. Ko je vzorec poskušal vzeti iz vroče pečice, mu je ta zdrsnil iz klešč in zgrmel na tla. Toda namesto da bi se steklo razbilo, je – na Stookeyjevo začudenje – odskočilo.

Pravkar je ustvaril prvo »steklokeramiko« – nov razred steklastega materiala, ki vsebuje drobne kristale različnih oblik in velikosti, razpršene po vsem. Poznejše delo je vodilo Corning, da je ta material razvil v izjemno uspešno linijo ponv in loncev CorningWare. Odporni so na toplotni šok in se ne zlomijo, če jih premaknete neposredno iz, na primer, zamrzovalnika v vročo pečico. CorningWare je postal le eden od Stookeyjevih večmilijonskih izumov.

Edinstvena mešanica

Blagovna znamka kot Pirokeram, steklo, na katerega je naletel Stookey, je imelo edinstveno kombinacijo lastnosti, saj ni bilo le odporno na vročino, ampak je bilo izjemno trdo, izjemno močno in prozorno tudi za radijske valove. Material je našel pot tudi v vojaške namene, na primer v nosnih stožcih nadzvočnih radarskih kupol v vodenih izstrelkih. Kasneje, v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, je Corning razvil novo vrsto materiala Pyroceram, ki ni bil neprozoren, temveč prozoren za vidno svetlobo.

Podjetje se je sprva odločilo, da tega novejšega izdelka ne bo komercializiralo, saj se je balo, da bi s tem zmanjšal prodajo obstoječega in izjemno uspešnega Corningovega izdelka. Pyrex borosilikatne steklene posode, ki je bila močna od leta 1915. Toda do leta 1970 so raziskovalci pri Corning France razvili jantarno različico Pyrocerama, ki so jo patentirali in spremenili v novo serijo kuhinjske posode pod blagovno znamko Visions. .

Medtem je Corning v okviru pobude, ki jo je podjetje poimenovalo Project Muscle, raziskoval nove načine za močnejše steklo. Večino stekla utrdimo tako, da ga segrejemo na visoko temperaturo in nato hitro ohladimo, tako da se zunanjost ohladi veliko hitreje kot notranjost – postopek, znan kot kaljenje. Temperaturni gradient napne notranjost stekla in stisne zunanjo površino, zaradi česar je steklo močnejše in manj verjetno, da bo imelo mikroskopske razpoke in napake.

Ko se steklo tanjša, pa postane vse težje vzpostaviti bistveno razliko v hitrosti hlajenja med jedrom in površino. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so raziskovalci pri Corningu odkrili način kemično utrjeno steklo tako, da se manjši ioni v steklu nadomestijo z večjimi ioni iz kemične kopeli. Zahvaljujoč temu procesu »ionske izmenjave« postane površina stekla močno stisnjena in zato manj nagnjena k poškodbam in obremenitvam, ki bi lahko povzročile zlom.

Corning je to steklo prodajal pod blagovno znamko Chemcor in uporabljalo se je do zgodnjih 1990-ih v različnih komercialnih in industrijskih aplikacijah, vključno s vetrobranskimi stekli avtomobilov, letal, vialami z drogami, zaporniškimi okni, varnostnimi očali in telefonskimi govorilnicami. Chemcor je dosegel različne stopnje komercialnega uspeha, a vse se je spremenilo januarja 2007, ko je Steve Jobs, takrat izvršni direktor družbe Apple, nastopil na odru na konvenciji MacWorld tistega leta v San Franciscu.

Vstopi Steve Jobs

Pred oslovsko občinstvo v Moscone Centru, je Jobs predstavil revolucionarno novo napravo – prvi Apple iPhone. Do te točke so bili pametni telefoni okorni, grdi predmeti s težavnimi tipkovnicami. Novi 3.5-palčni iPhone je obljubil, da bo preoblikoval trg, saj bo strankam prvič ponudil gladko napravo z zaslonom na dotik z vgrajeno kamero in možnostjo brskanja po spletu.

Toda dan po tem, ko je napravo razkril navdušenemu svetu, se je Jobs pritožil, da je bil zaslon njegovega iPhona, ki ga je nosil v žepu, prekrit z drobnimi zarezami. To je zato, ker je bil prototip iPhona, ki ga je pokazal Jobs, izdelan s plastičnim zaslonom, ki je bil mehansko močan, a ga je bilo zelo enostavno opraskati. Nekaj ​​let prej je Corning Jobsu pokazal stekleno tehnologijo podjetja in zdaj je vztrajal, da mora imeti iPhone, ko je le pet mesecev pozneje na trg junija 2007, steklen zaslon.

Jeff Williams, Applov glavni operativni direktor, se spominja, da je Jobsu rekel, da je njegova zahteva nemogoča, in vztrajal, da bo za razvoj stekla, ki je bilo, potrebno tri ali štiri leta. dovolj trpežni, da izpolnjujejo Jobsove zahteve. »Rekel sem: 'Preizkusili smo vse trenutno steklo in ko vam pade na tla, se razbije v 100 % primerov.' In rekel je: 'Ne vem, kako bomo to naredili, toda ko bo poslano junija, bo steklo'.«

Dva dni kasneje je Williams prejel telefonski klic Wendell Weeks, glavni izvršni direktor Corninga. Weeks je predlagal, da Corningovo steklo Chemcor, ki ga je podjetje pravkar začelo znova preučevati za uporabo v pametnih telefonih pod imenom “Gorilla Glass”, bi lahko bila rešitev Applove težave. Sledilo je nekaj mesecev, kar Williams imenuje "čisti teror", ko sta ekipi v obeh podjetjih vztrajno delali, da bi Chemcor spremenili v nekaj, kar bo pripravljeno pravočasno za lansiranje iPhona.

Delo se je obrestovalo. »Ko smo lansirali junija [2007], so imeli kupci iPhone, ki je imel čudovit občutek stekla – steklo Corning – in je bil odporen na praske,« se spominja Williams. "Pomagal je nastaviti ton za iPhone." Steklo, odporno na praske, ki je bilo dobavljeno v prvi generaciji iPhona, je bilo ključni del uspeha iPhona.

Tržna prevlada

V zgodnjih pametnih telefonih je bilo Corningovo steklo Gorilla Glass debelo približno 1 mm – če bi bilo debelejše, kapacitivni zasloni s tekočimi kristali, ki so se takrat uporabljali, ne bi dobro delovali. A kljub svoji debelini je bilo steklo trdo, presenetljivo prožno in neverjetno odporno na praske, tako kot je zahteval Jobs. Te dni ima Corning svojo sedmo generacijo stekla Gorilla Glass, ki je debelo le 0.3–0.5 mm. Seveda je zdaj veliko konkurentov, ki proizvajajo tudi steklo za pametne telefone, vključno z Dragontrail iz Japonske AGC Inc in Xenzacija iz nemškega podjetja Schott.

Toda Gorilla Glass prevladuje na trgu. Do leta 2017 ga je sprejelo 40 večjih proizvajalcev po vsem svetu, uporablja pa se ne samo na vseh Applovih iPhonih in iPadih, temveč v več kot 1800 izdelkih številnih različnih podjetij. Po podatkih Expert Market Research je bil svetovni trg stekla za pokrove pametnih telefonov leta 1.63 vreden približno 2020 milijarde dolarjev, pri čemer je bilo Gorilla Glass vključeno v skoraj šest milijard naprav. Corning pa dobavlja vsa stekla za pametne telefone Apple, pri čemer jih podjetje z vsako generacijo naprav vedno bolj uporablja.

Seveda telefoni padejo na tla in čeprav je steklo Gorilla Glass izjemno trdno, se lahko zasloni pametnih telefonov poškodujejo. Zato obstaja tudi zdrav trg za folije za zaščito zaslona, ​​ki so pogosto izdelane iz podobnih steklenih materialov. Po letošnjem poročilu MarketWatch naj bi trg zaščitnih zaslonov zrasel z 2.3 milijarde dolarjev leta 2020 na 5.4 milijarde dolarjev do leta 2026. Navsezadnje si nihče ne želi opraskati vrhunskega izdelka, ki ga skoraj ni mogoče opraskati. pametni telefon, za katerega bi morda plačali več kot 1000 funtov!

Si vseeno predstavljate, kako bi se trg odzval na Apple iPhone, ki bi bil opraskan vsakič, ko bi ga dali v žep? Če bi Jobs lansiral iPhone s plastičnim zaslonom, kot je bil prvotni načrt, mislim, da bi to lahko uničilo napravo – ne glede na to, kako kul je bila ideja. Jobs je imel prav: moralo je biti steklo. In če pomislimo, da je vse skupaj mogoče izslediti nazaj do spodletelega eksperimenta in pokvarjene pečice v steklarni Corning leta 1953. Brez te naključja morda nikoli ne bi bili tukaj, kjer smo danes.