James McKenzie phản ánh về những điều kỳ diệu của Gorilla Glass – một phát minh bảo vệ hàng tỷ điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính xách tay trên toàn thế giới khỏi những hư hỏng không mong muốn
Tôi rất thích những khám phá tình cờ có tác động sâu sắc đến cuộc sống của chúng ta. Hãy nghĩ về keo không dính, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại 3M và dẫn đến Post-it Note phổ biến. Wilhelm Röntgen đã khám phá ra tia X, đã cách mạng hóa y học chẩn đoán. Và có Percy Lebaron Spencer, một nhà vật lý học tại Raytheon ở Mỹ, người đã phát minh ra một loại lò nướng mới sau khi nhận thấy rằng vi sóng từ bộ radar của ông đã làm tan chảy một thanh sô cô la trong túi của ông.
Những khám phá tình cờ như thế này cho thấy lý do tại sao việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm “có mục tiêu” không phải lúc nào cũng là một ý tưởng tuyệt vời. Cái hay của các thí nghiệm mang tính suy đoán hoặc sai lầm là chúng có thể dẫn đến những phát hiện mà bạn không bao giờ có thể dự đoán được. Hãy nghĩ về nhà hóa học người Mỹ Stephanie Kwolek, vào năm 1964 khi đang làm việc cho DuPont, phát minh Kevlar khi nhóm của cô ấy đang tìm kiếm một loại sợi mới nhẹ nhưng bền để sử dụng cho lốp xe.
Nhưng khám phá tình cờ mà tôi muốn tập trung vào đã xảy ra tại Công trình kính Corning ở ngoại ô New York. Quay trở lại đầu những năm 1940, các nhà nghiên cứu tại công ty đã bị thu hút bởi thực tế là thủy tinh, một vật liệu được cho là trong suốt, có thể sẫm màu và đổi màu nếu tiếp xúc đủ lâu với nhiệt và ánh sáng của Mặt trời. Mong muốn điều tra hiệu ứng này, Robert Dalton, một nhà hóa học của Corning, đã cho các mẫu thủy tinh ruby trong như pha lê tiếp xúc với tia cực tím và sau đó nung chúng trong lò nướng. Kết quả: thủy tinh với nhiều sắc thái khác nhau của màu sắc.
Donald Stokey, một nhà hóa học nghiên cứu khác của Corning đã tham gia kinh doanh vào năm 1940, được hướng dẫn khám phá các ứng dụng chụp ảnh có thể có của kính cảm quang mới tuyệt vời này. Công trình của ông đã dẫn đến sự phát triển của một loại thủy tinh trong suốt, dựa trên aluminosilicate, trở nên nhạy sáng nếu nó chứa một lượng nhỏ vàng, bạc hoặc đồng. Stookey phát hiện ra rằng anh ấy thậm chí có thể khắc các thiết kế 3D vào kính, loại kính này được bán dưới tên “FotoForm” và sau đó được sử dụng làm vật liệu đóng gói đồ điện tử và mặt nạ khẩu độ trên tivi màu.
Khoảnh khắc tuyệt vời của sự tình cờ xảy ra vào một ngày năm 1953 khi Stookey muốn thực hiện một thí nghiệm liên quan đến việc nung nóng một miếng kính FotoForm đến nhiệt độ 600 °C. Tuy nhiên, lò nung đã phát sinh lỗi và Stookey đã nhầm lẫn khi làm nóng kính lên 900 ° C. Khi anh ấy cố gắng lấy mẫu ra khỏi lò nóng, nó trượt khỏi kẹp của anh ấy và rơi xuống sàn. Nhưng thay vì vỡ, tấm kính - trước sự ngạc nhiên của Stookey - lại nảy lên.
Ông vừa tạo ra loại “gốm thủy tinh” đầu tiên - một loại vật liệu thủy tinh mới chứa các tinh thể mịn có hình dạng và kích cỡ khác nhau phân tán khắp nơi. Công việc tiếp theo đã khiến Corning phát triển vật liệu này thành dòng xoong và nồi nấu ăn cực kỳ thành công của CorningWare. Có khả năng chống sốc nhiệt, chúng không bị vỡ nếu được di chuyển trực tiếp từ tủ đông sang lò nóng. CorningWare chỉ trở thành một trong những phát minh trị giá hàng triệu đô la của Stookey.
Donald Stookey: cảm ơn anh ấy vì chiếc iPhone của bạn
Kính Gorilla bảo vệ hàng tỷ điện thoại thông minh và máy tính bảng – bao gồm tất cả các sản phẩm của Apple – có thể sẽ không bao giờ tồn tại nếu không có một khoảnh khắc tình cờ của nhà hóa học Stanley Donald Stokey (1915–2014). Khi làm việc tại Corning Glass Works vào năm 1953, việc ông tình cờ khám phá ra “gốm thủy tinh” (xem văn bản chính) đã dẫn đến sự phát triển của nồi nấu ăn CorningWare, thủy tinh cường lực hóa học và – cuối cùng – kính cường lực Gorilla Glass.
Trong suốt 47 năm làm việc tại Corning, Stookey cũng đã phát triển kính cảm quang và kính mắt bằng kính quang điện Photochromic, kết thúc với hơn 60 bằng sáng chế mang tên ông. Năm 1986, ông được Tổng thống Ronald Reagan trao tặng Huân chương Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ. Khi Stookey nghỉ hưu vào năm 1987 với tư cách là giám đốc nghiên cứu hóa học cơ bản của Corning, di sản của ông bao gồm giải thưởng Stookey, được trao hàng năm cho một nhà khoa học Corning vì “những thành tựu nghiên cứu khám phá xuất sắc”.
Một sự pha trộn độc đáo
đăng ký nhãn hiệu như gốm sứ, loại thủy tinh mà Stookey tình cờ phát hiện có sự kết hợp độc đáo giữa các đặc tính, không chỉ chịu nhiệt mà còn cực kỳ cứng, siêu bền và trong suốt với cả sóng vô tuyến. Vật liệu này cũng được sử dụng trong các ứng dụng quân sự, ví dụ, được sử dụng trong nón mũi của vòm radar siêu âm trong tên lửa dẫn đường. Sau đó, vào những năm 1960, Corning đã phát triển một loại vật liệu Pyroceram mới không mờ đục mà trong suốt đối với ánh sáng khả kiến.
Ban đầu, công ty đã chọn không thương mại hóa sản phẩm mới hơn này, vì sợ rằng nó sẽ ăn mòn doanh số bán hàng từ sản phẩm hiện có và cực kỳ thành công của Corning. Pyrex loạt đồ thủy tinh borosilicate đã phát triển mạnh từ năm 1915. Nhưng đến những năm 1970, các nhà nghiên cứu tại Corning France đã phát triển một phiên bản màu hổ phách của Pyroceram, mà họ đã đăng ký bằng sáng chế và biến thành một loạt dụng cụ nấu ăn mới, dưới tên thương hiệu Visions.
Trong khi đó, như một phần của sáng kiến mà công ty đặt tên là Project Muscle, Corning đã khám phá những cách mới để làm cho kính bền hơn. Hầu hết thủy tinh được tôi cường lực bằng cách nung nóng nó ở nhiệt độ cao rồi làm nguội nhanh để mặt ngoài nguội nhanh hơn nhiều so với mặt trong – một quá trình được gọi là ủ. Độ dốc nhiệt độ làm căng mặt trong của kính và nén bề mặt ngoài, làm cho kính bền hơn và ít có khả năng có các vết nứt và khuyết tật cực nhỏ.
Tuy nhiên, khi thủy tinh trở nên mỏng hơn, việc thiết lập sự khác biệt đáng kể về tốc độ làm mát giữa lõi và bề mặt trở nên khó khăn hơn bao giờ hết. Vào những năm 1960, các nhà nghiên cứu tại Corning đã khám phá ra một cách kính cường lực hóa học bằng cách cho phép các ion nhỏ hơn trong thủy tinh được thay thế bằng các ion lớn hơn từ dung dịch hóa chất. Nhờ quá trình “trao đổi ion” này, bề mặt của kính trở nên được nén cao và do đó ít bị hư hại hơn và ít gây ra các ứng suất có thể khiến kính bị vỡ.
Corning đã bán loại kính này dưới tên thương hiệu Chemcor và nó đã được sử dụng cho đến đầu những năm 1990 trong nhiều ứng dụng thương mại và công nghiệp, bao gồm kính chắn gió ô tô, máy bay, lọ thuốc, cửa sổ nhà tù, kính an toàn và bốt điện thoại. Chemcor đã đạt được những mức độ thành công thương mại khác nhau nhưng tất cả đã thay đổi vào tháng 2007 năm XNUMX khi Steve Jobs, khi đó là giám đốc điều hành của Apple, lên sân khấu tại hội nghị MacWorld năm đó ở San Francisco.
Nhập Steve Jobs
Ở đằng trước một khán giả cuồng nhiệt tại Trung tâm Moscone, Jobs đã giới thiệu một thiết bị mới mang tính cách mạng – chiếc iPhone đầu tiên của Apple. Cho đến thời điểm đó, điện thoại thông minh là những đồ vật xấu xí, cồng kềnh với bàn phím khó sử dụng. Chiếc iPhone 3.5 inch mới hứa hẹn sẽ biến đổi thị trường, lần đầu tiên mang đến cho khách hàng một thiết bị màn hình cảm ứng bóng bẩy với camera tích hợp và khả năng duyệt web.
Nhưng một ngày sau khi tiết lộ thiết bị này với một thế giới nhiệt tình, Jobs đã phàn nàn rằng màn hình chiếc iPhone của chính ông, mà ông luôn mang theo trong túi, cuối cùng đã bị che phủ bởi những vết khía nhỏ. Đó là bởi vì chiếc iPhone nguyên mẫu mà Jobs trình diễn được chế tạo với màn hình bằng nhựa, về mặt cơ học chắc chắn nhưng lại rất dễ trầy xước. Vài năm trước đó, Corning đã cho Jobs thấy công nghệ kính của công ty và giờ đây ông nhấn mạnh rằng, khi iPhone được tung ra thị trường chỉ 2007 tháng sau đó vào tháng XNUMX năm XNUMX, nó phải có một màn hình kính.
Jeff Williams, giám đốc điều hành của Apple, nhớ lại đã nói với Jobs rằng yêu cầu của ông là không thể, nhấn mạnh rằng sẽ mất ba hoặc bốn năm để phát triển loại kính đủ bền để đáp ứng yêu cầu của Jobs. “Tôi nói, 'Chúng tôi đã kiểm tra tất cả các loại kính hiện tại và khi bạn làm rơi nó, 100% là nó sẽ vỡ'. Và anh ấy nói 'Tôi không biết chúng ta sẽ làm điều đó như thế nào, nhưng khi nó xuất xưởng vào tháng XNUMX, nó sẽ bằng thủy tinh'.”
Hai ngày sau, Williams nhận được một cú điện thoại từ Tuần lễ Wendell, giám đốc điều hành của Corning. Weeks gợi ý rằng kính Chemcor của Corning, mà công ty mới bắt đầu nghiên cứu lại để sử dụng cho điện thoại thông minh dưới cái tên “Gorilla Glass”, có thể là giải pháp cho vấn đề của Apple. Sau đó vài tháng, điều mà Williams gọi là “khủng bố tuyệt đối” khi các nhóm tại hai công ty làm việc quyết liệt để biến Chemcor thành một thứ sẵn sàng kịp thời cho sự ra mắt của iPhone.
Công việc đã được đền đáp. “Khi chúng tôi ra mắt vào tháng 2007 [XNUMX], khách hàng đã có một chiếc iPhone có cảm giác đẹp như kính – kính Corning – và có khả năng chống trầy xước,” Williams nhớ lại. “Nó đã giúp thiết lập giai điệu cho iPhone.” Kính chống xước xuất hiện trên iPhone thế hệ đầu tiên là một phần quan trọng trong thành công của iPhone.
Sự thống trị thị trường
Trong những chiếc điện thoại thông minh đầu tiên, kính cường lực Gorilla Glass của Corning dày khoảng 1 mm - bất kỳ loại nào dày hơn và màn hình tinh thể lỏng điện dung được sử dụng vào thời điểm đó sẽ không hoạt động tốt. Nhưng bất chấp độ dày của nó, kính vẫn cứng, dẻo một cách đáng kinh ngạc và chống trầy xước cực tốt, đúng như yêu cầu của Jobs. Ngày nay, Corning đang sử dụng thế hệ kính Gorilla Glass thứ bảy, chỉ dày 0.3–0.5 mm. Tất nhiên, hiện nay có rất nhiều đối thủ cạnh tranh cũng sản xuất kính điện thoại thông minh, bao gồm Dragontrail từ Nhật Bản Tập đoàn AGC và Xensation của hãng Đức Schott.
Bị thổi bay bởi những kỳ quan của thủy tinh tại bảo tàng ngoạn mục của Corning
Nhưng Gorilla Glass thống trị thị trường. Đến năm 2017, nó đã được 40 nhà sản xuất lớn trên thế giới áp dụng, không chỉ được sử dụng trên tất cả iPhone và iPad của Apple mà còn trong hơn 1800 sản phẩm của nhiều hãng khác nhau. Theo Expert Market Research, thị trường kính bao phủ điện thoại thông minh toàn cầu trị giá khoảng 1.63 tỷ USD vào năm 2020, với kính cường lực Gorilla Glass được tích hợp vào gần sáu tỷ thiết bị. Tuy nhiên, Corning cung cấp tất cả kính cho điện thoại thông minh của Apple, và công ty đã sử dụng nó ngày càng nhiều hơn với mỗi thế hệ thiết bị.
Tất nhiên, điện thoại có thể bị rơi và mặc dù Gorilla Glass cực kỳ bền nhưng màn hình điện thoại thông minh vẫn có thể bị hỏng. Đó là lý do tại sao cũng có một thị trường lành mạnh cho phim bảo vệ màn hình, thường được làm bằng vật liệu thủy tinh tương tự. Theo một báo cáo từ MarketWatch năm nay, thị trường miếng dán bảo vệ màn hình dự kiến sẽ tăng từ 2.3 tỷ đô la vào năm 2020 lên 5.4 tỷ đô la vào năm 2026. Xét cho cùng, không ai muốn làm trầy xước một chiếc điện thoại thông minh hàng đầu gần như không thể trầy xước mà họ có thể đã phải trả hơn 1000 bảng Anh!
Tuy nhiên, bạn có thể tưởng tượng thị trường sẽ phản ứng thế nào với một chiếc iPhone của Apple bị trầy xước mỗi khi bạn bỏ nó vào túi không? Nếu Jobs ra mắt iPhone với màn hình nhựa như kế hoạch ban đầu, thì tôi nghĩ điều đó có thể đã giết chết thiết bị – cho dù ý tưởng đó có tuyệt vời đến đâu. Jobs đã đúng: nó cần phải là thủy tinh. Và nghĩ rằng tất cả có thể bắt nguồn từ một thí nghiệm bị hỏng và một lò nướng bị lỗi tại Corning Glass Works vào năm 1953. Nếu không có sự tình cờ đó, chúng ta có thể không bao giờ được như ngày hôm nay.
