Джеймс Маккензі розмірковує про чудеса Gorilla Glass – винахід, який захищає мільярди смартфонів, планшетів і ноутбуків у всьому світі від небажаного пошкодження
У мене слабке ставлення до випадкових відкриттів, які ненавмисно мають глибокий вплив на наше життя. Подумайте про клей, який не прилип, який розроблено дослідниками в 3M і призвело до появи всюдисущої Post-it Note. Було відкриття Вільгельмом Рентгеном рентгенівських променів, яке зробило революцію в діагностичній медицині. І був Персі Лебарон Спенсер, фізик із Raytheon у США, який винайшов новий тип духовки після того, як помітив, що мікрохвилі від його радара розтопили плитку шоколаду в його кишені.
Випадкові відкриття, подібні до цих, показують, чому «цілеспрямоване» дослідження та розробка продукту не завжди є чудовою ідеєю. Принадність спекулятивних або невдалих експериментів полягає в тому, що вони можуть привести до результатів, які ви ніколи не передбачите. Згадайте тільки американського хіміка Стефані Кволек, яка в 1964 р., працюючи на DuPont, винайшов Кевлар коли її група шукала нове легке, але міцне волокно для шин.
Але випадкове відкриття, на якому я хочу зосередитися, сталося о Скляний завод Corning в північній частині штату Нью-Йорк. Ще на початку 1940-х років дослідники компанії були заінтриговані тим фактом, що скло, яке є нібито прозорим матеріалом, може темніти та змінювати колір, якщо досить довго піддаватися впливу тепла та світла Сонця. Бажаючи дослідити цей ефект, Роберт Далтон, хімік Corning, піддав зразки кришталево прозорого рубінового скла ультрафіолетовому світлу, а потім запікав їх у печі. Результат: скло з різними відтінками кольору.
Дональд Стукі, іншому хіміку-досліднику Corning, який приєднався до бізнесу в 1940 році, було доручено вивчити можливі фотозастосування це чудове нове фоточутливе скло. Його робота призвела до розробки прозорого скла на основі алюмосилікату, яке ставало світлочутливим, якщо воно містило сліди золота, срібла або міді. Стукі виявив, що він може навіть витравлювати 3D-моделі на склі, яке продавалося як «FotoForm» і пізніше використовувалося як матеріал для упаковки електроніки та для масок діафрагми на кольорових телевізорах.
Одного разу в 1953 році Стукі хотів провести експеримент, який передбачав нагрівання шматка скла FotoForm до температури 600 °C. Однак у печі виникла несправність, і Стукі помилково нагрів скло до 900 °C. Коли він спробував вийняти зразок із гарячої духовки, він вислизнув з його щипців і впав на підлогу. Але замість того, щоб розбитися, скло – на подив Стукі – відскочило.
Він щойно створив першу «склокераміку» — новий клас склоподібного матеріалу, який містить дрібні кристали різних форм і розмірів, розсіяні по всьому. Подальша робота привела до того, що Corning розробила цей матеріал у надзвичайно успішну серію каструль і каструль CorningWare. Стійкі до термічного удару, вони не ламаються, якщо їх перемістити, скажімо, з морозильної камери в гарячу духовку. CorningWare став лише одним із багатомільйонних винаходів Стукі.
Дональд Стукі: подякуйте йому за ваш iPhone
Скло Gorilla Glass, яке захищає мільярди смартфонів і планшетів, включно з усіма продуктами Apple, можливо, ніколи б не існувало, якби хімік Стенлі не випадково спогадів про нього. Дональд Стукі (1915–2014). Працюючи на Corning Glass Works у 1953 році, його випадкове відкриття «склокераміки» (див. основний текст) призвело до розробки кухонних каструль CorningWare, хімічно зміцненого скла та – зрештою – самого Gorilla Glass.
Протягом 47 років у Corning Стукі також розробив світлочутливе скло та окуляри з фотохромного офтальмологічного скла, отримавши понад 60 патентів на своє ім’я. У 1986 році президент Рональд Рейган нагородив його Національною медаллю США за технології. Коли Стукі пішов у відставку в 1987 році з посади директора фундаментальних хімічних досліджень Corning, його спадщина включала нагороду Стукі, яку щороку вручають вченим Corning за «видатні дослідницькі досягнення».
Унікальна суміш
Торгова марка як Піроцерам, скло, на яке наткнувся Стукі, мало унікальну комбінацію властивостей, будучи не лише термостійким, але й надзвичайно твердим, надміцним і прозорим для радіохвиль. Цей матеріал також знайшов шлях до військових застосувань, наприклад, у носових конусах надзвукових радарних куполів у керованих ракетах. Пізніше, у 1960-х роках, компанія Corning розробила новий вид матеріалу Pyroceram, який був не непрозорим, а прозорим для видимого світла.
Спочатку компанія вирішила не комерціалізувати цей новітній продукт, побоюючись, що це зменшить продажі існуючих і надзвичайно успішних продуктів Corning. Pyrex асортимент боросилікатного скляного посуду, який набирав популярності з 1915 року. Але до 1970-х років дослідники Corning France розробили версію Pyroceram бурштинового кольору, яку вони запатентували та перетворили на нову лінійку кухонного посуду під торговою маркою Visions. .
Тим часом у рамках ініціативи, яку компанія назвала Project Muscle, Corning досліджувала нові способи зробити скло міцнішим. Більшість скла зміцнюється шляхом нагрівання його до високої температури, а потім швидкого охолодження, так що зовнішня сторона охолоджується набагато швидше, ніж внутрішня — процес, відомий як загартування. Температурний градієнт створює напругу всередині скла та стискає зовнішню поверхню, роблячи скло міцнішим і менш схильним до появи мікроскопічних тріщин і дефектів.
Проте, оскільки скло стає тоншим, стає все важче встановити суттєву різницю у швидкості охолодження між ядром і поверхнею. У 1960-х роках дослідники з Corning відкрили спосіб хімічне зміцнення скла шляхом заміни менших іонів у склі більшими іонами з хімічної ванни. Завдяки цьому процесу «іонного обміну» поверхня скла стає сильно стиснутою, а отже, менш схильною до пошкоджень і навантажень, які можуть спричинити її розбивання.
Корнінг продавав це скло під торговою маркою Chemcor, і воно використовувалося до початку 1990-х років у різних комерційних і промислових цілях, включаючи вітрове скло автомобілів, літаків, флакони з наркотиками, тюремні вікна, захисні окуляри та телефонні будки. Chemcor мав різний ступінь комерційного успіху, але все змінилося в січні 2007 року, коли Стів Джобс, тодішній виконавчий директор Apple, вийшов на сцену тогорічної конвенції MacWorld у Сан-Франциско.
Входить Стів Джобс
Перед кричуща публіка в Moscone CenterДжобс представив новий революційний пристрій – найперший Apple iPhone. До цього моменту смартфони були незграбними, потворними об’єктами з незручною клавіатурою. Новий 3.5-дюймовий iPhone пообіцяв змінити ринок, вперше запропонувавши клієнтам гладкий пристрій із сенсорним екраном із вбудованою камерою та можливістю перегляду веб-сторінок.
Але наступного дня після того, як він представив пристрій захопленому світові, Джобс поскаржився, що екран його власного iPhone, який він носив у кишені, врешті-решт був укритий крихітними порізами. Це тому, що прототип iPhone, який продемонстрував Джобс, мав пластиковий екран, який був механічно міцним, але його легко подряпати. Кілька років тому Corning продемонстрував Джобсу технологію виробництва скла компанії, і тепер він наполягав на тому, що, коли iPhone вийшов на ринок лише через п’ять місяців у червні 2007 року, він мав мати скляний екран.
Джефф Вільямс, головний операційний директор Apple, пригадує, як сказав Джобсу, що його вимога нездійсненна, наполягаючи, що розробка скла займе три-чотири роки. достатньо міцний, щоб відповідати вимогам Джобса. «Я сказав: «Ми перевірили все поточне скло, і коли ви його впускаєте, воно розбивається у 100% випадків». І він сказав: «Я не знаю, як ми збираємося це зробити, але коли він буде відправлений у червні, він буде скляним».
Через два дні Вільямсу зателефонували Wendell Weeks, виконавчий директор Corning. Вікс припустив, що скло Chemcor від Corning, яке компанія щойно знову почала вивчати для використання в смартфонах під назвою «Gorilla Glass», може стати вирішенням проблеми Apple. Далі було кілька місяців того, що Вільямс називає «чистим терором», коли команди двох компаній працювали над тим, щоб перетворити Chemcor на щось, що буде готове вчасно до запуску iPhone.
Робота окупилася. «Коли ми запустили в червні [2007], клієнти мали iPhone, який мав гарний вигляд скла – скла Corning – і був стійким до подряпин», – згадує Вільямс. «Це допомогло задати тон для iPhone». Стійке до подряпин скло, яке постачалося на iPhone першого покоління, стало ключовою частиною успіху iPhone.
Домінування на ринку
У перших смартфонах скло Gorilla Glass від Corning було товщиною близько 1 мм – будь-яке товще, і ємнісні рідкокристалічні дисплеї, які використовувалися в той час, не працювали б добре. Але незважаючи на свою товщину, скло було твердим, напрочуд гнучким і неймовірно стійким до подряпин, як і вимагав Джобс. Зараз Corning працює над сьомим поколінням скла Gorilla Glass, яке має товщину лише 0.3–0.5 мм. Звичайно, зараз є багато конкурентів, які теж виробляють скло для смартфонів, в т.ч Dragontrail з Японії AGC Inc та Ксенсація від німецької фірми Шотт.
Вражений чудесами скла в вражаючому музеї Корнінга
Але Gorilla Glass домінує на ринку. До 2017 року його прийняли 40 великих виробників у всьому світі, і він використовується не лише на всіх Apple iPhone та iPad, але й у понад 1800 продуктах багатьох різних фірм. За даними Expert Market Research, у 1.63 році світовий ринок скляних чохлів для смартфонів становив близько 2020 мільярда доларів США, а Gorilla Glass було використано майже в шести мільярдах пристроїв. Однак Corning постачає все скло для смартфонів Apple, і компанія використовує його все частіше з кожним поколінням пристроїв.
Звичайно, телефони трапляються з падінь, і, незважаючи на те, що Gorilla Glass неймовірно міцне, екрани смартфонів можуть пошкодитися. Ось чому існує здоровий ринок захисних плівок для екрана, які часто виготовляються з подібних склоподібних матеріалів. Згідно зі звітом MarketWatch цього року, очікується, що ринок захисних екранів зросте з 2.3 мільярда доларів у 2020 році до 5.4 мільярда доларів до 2026 року. Зрештою, ніхто не хоче подряпати найкращу продукцію, яку майже неможливо подряпати. смартфон, за який вони могли б заплатити більше 1000 фунтів стерлінгів!
І все ж, можете собі уявити, як ринок відреагував би на Apple iPhone, який дряпався щоразу, коли ви клали його в кишеню? Якби Джобс випустив iPhone із пластиковим екраном, як передбачалося спочатку, я вважаю, що це цілком могло б знищити пристрій – якою б класною не була ідея. Джобс мав рацію: це мало бути скло. І подумати, що все це можна віднести до невдалого експерименту та несправної печі на заводі Corning Glass Works у 1953 році. Без цієї випадковості ми ніколи б не були там, де ми є сьогодні.
