Lukk annonse

Kort tid før lanseringen av den første iPhonen ringte Steve Jobs sine ansatte og ble rasende over antallet riper som dukket opp på prototypen han brukte etter noen uker. Det var tydelig at det ikke var mulig å bruke standardglass, så Jobs slo seg sammen med glassfirmaet Corning. Imidlertid går historien langt tilbake til forrige århundre.

Det hele startet med ett mislykket eksperiment. En dag i 1952 testet kjemiker Don Stookey fra Corning Glass Works en prøve av lysfølsomt glass og plasserte den i en 600°C ovn. Men under testen oppsto det en feil i en av regulatorene og temperaturen steg til 900 °C. Stookey forventet å finne en smeltet glassklump og en ødelagt ovn etter denne feilen. I stedet fant han imidlertid ut at prøven hans hadde blitt til en melkehvit skive. Da han prøvde å ta tak i henne, skled tangen og falt i bakken. I stedet for å knuses på bakken, tok den seg tilbake.

Don Stookey visste det ikke på den tiden, men han hadde nettopp oppfunnet den første syntetiske glasskeramikken; Corning kalte senere dette materialet Pyroceram. Lettere enn aluminium, hardere enn høykarbonstål, og mange ganger sterkere enn vanlig soda-lime glass, ble det snart brukt i alt fra ballistiske missiler til kjemiske laboratorier. Den ble også brukt i mikrobølgeovner, og i 1959 kom Pyroceram inn i hjemmene i form av CorningWare kokekar.

Det nye materialet var en stor økonomisk velsignelse for Corning og muliggjorde lanseringen av Project Muscle, en massiv forskningsinnsats for å finne andre måter å herde glass på. Et grunnleggende gjennombrudd skjedde da forskere kom opp med en metode for å styrke glass ved å dyppe det i en varm løsning av kaliumsalt. De fant ut at når de tilsatte aluminiumoksid til glasssammensetningen før de senkes ned i løsningen, var det resulterende materialet bemerkelsesverdig sterkt og holdbart. Forskerne begynte snart å kaste slikt herdet glass fra deres ni-etasjers bygning og bombardere glasset, kjent internt som 0317, med frosne kyllinger. Glasset kunne bøyes og vris i ekstraordinær grad og tålte også et trykk på ca. 17 kg/cm. (Vanlig glass kan utsettes for et trykk på ca. 850 kg/cm.) I 1 begynte Corning å tilby materialet under navnet Chemcor, og trodde det ville finne anvendelse i produkter som telefonkiosker, fengselsvinduer eller briller.

Selv om det var stor interesse for materialet i starten, var salget lavt. Flere selskaper har lagt inn bestillinger på vernebriller. Disse ble imidlertid snart trukket tilbake på grunn av bekymring for den eksplosive måten glasset kunne knuses på. Chemcor kan tilsynelatende bli det ideelle materialet for frontruter til biler; selv om det dukket opp i noen få AMC Javelins, var de fleste produsenter ikke overbevist om fordelene. De trodde ikke at Chemcor var verdt kostnadsøkningen, spesielt siden de hadde brukt laminert glass med hell siden 30-tallet.

Corning oppfant en kostbar innovasjon som ingen brydde seg om. Han ble absolutt ikke hjulpet av kollisjonstestene, som viste at med frontruter "viser menneskets hode betydelig høyere retardasjoner" - Chemcoren overlevde uskadd, men menneskeskallen gjorde det ikke.

Etter at selskapet uten hell forsøkte å selge materialet til Ford Motors og andre bilprodusenter, ble Project Muscle avsluttet i 1971 og Chemcor-materialet havnet på is. Det var en løsning som måtte vente på det rette problemet.

Vi er i delstaten New York, hvor Corning-hovedkvarteret ligger. Direktøren for selskapet, Wendell Weeks, har sitt kontor i andre etasje. Og det er nettopp her Steve Jobs tildelte den da femtifem år gamle Weeks en tilsynelatende umulig oppgave: å produsere hundretusenvis av kvadratmeter med ultratynt og ultrasterkt glass som ikke eksisterte før nå. Og innen seks måneder. Historien om dette samarbeidet - inkludert Jobs' forsøk på å lære Weeks prinsippene for hvordan glass fungerer og hans tro på at målet kan nås - er velkjent. Hvordan Corning faktisk klarte det er ikke lenger kjent.

Weeks begynte i firmaet i 1983; tidligere enn 2005 okkuperte han den øverste stillingen, og hadde tilsyn med TV-avdelingen så vel som avdelingen for spesialspesialiserte applikasjoner. Spør ham om glass, og han vil fortelle deg at det er et vakkert og eksotisk materiale, potensialet som forskere bare har begynt å oppdage i dag. Han vil fantasere om dens "autentisitet" og behagelighet å ta på, bare for å fortelle deg om dens fysiske egenskaper etter en stund.

Weeks and Jobs delte en svakhet for design og en besettelse av detaljer. Begge ble tiltrukket av store utfordringer og ideer. Fra ledelsens side var imidlertid Jobs litt av en diktator, mens Weeks derimot (som mange av hans forgjengere i Corning) støtter et friere regime uten for mye hensyn til underordning. "Det er ingen skille mellom meg og de enkelte forskerne," sier Weeks.

Og faktisk, til tross for at det er et stort selskap – det hadde 29 000 ansatte og 7,9 milliarder dollar i inntekt i fjor – fungerer Corning fortsatt som en liten bedrift. Dette er muliggjort av dens relative avstand fra omverdenen, en dødsrate på rundt 1 % hvert år, og også selskapets berømte historie. (Don Stookey, nå 97, og andre Corning-legender kan fortsatt sees i gangene og laboratoriene til forskningsanlegget i Sullivan Park.) "Vi er her alle for livet," smiler Weeks. "Vi har kjent hverandre her i lang tid og har opplevd mange suksesser og fiaskoer sammen."

En av de første samtalene mellom Weeks og Jobs hadde faktisk ingenting med glass å gjøre. På en gang jobbet Corning-forskere med mikroprojeksjonsteknologi – mer presist, en bedre måte å bruke syntetiske grønne lasere. Hovedideen var at folk ikke vil stirre på en miniatyrskjerm på mobiltelefonen hele dagen når de vil se filmer eller TV-serier, og projeksjon virket som en naturlig løsning. Men da Weeks diskuterte ideen med Jobs, avfeide Apple-sjefen det som tull. Samtidig nevnte han at han jobber med noe bedre – en enhet hvis overflate består helt av en skjerm. Den ble kalt iPhone.

Selv om Jobs fordømte grønne lasere, representerer de "innovasjonen for innovasjons skyld" som er så karakteristisk for Corning. Selskapet har så stor respekt for eksperimentering at det investerer respektable 10 % av overskuddet i forskning og utvikling hvert år. Og i gode og dårlige tider. Da den illevarslende dot-com-boblen sprakk i 2000 og Cornings verdi falt fra 100 dollar per aksje til 1,50 dollar, forsikret administrerende direktør forskerne ikke bare om at forskning fortsatt var i hjertet av selskapet, men at det var forskning og utvikling som holdt det gående. bringe tilbake til suksess.

"Det er et av de svært få teknologibaserte selskapene som er i stand til å refokusere med jevne mellomrom," sier Rebecca Henderson, en professor ved Harvard Business School som har studert Cornings historie. "Det er veldig enkelt å si, men vanskelig å gjøre." En del av suksessen ligger i evnen til ikke bare å utvikle nye teknologier, men også finne ut hvordan man kan begynne å produsere dem i massiv skala. Selv om Corning er vellykket på begge disse måtene, kan det ofte ta flere tiår å finne et passende – og tilstrekkelig lønnsomt – marked for sitt produkt. Som professor Henderson sier, betyr innovasjon, ifølge Corning, ofte å ta mislykkede ideer og bruke dem til et helt annet formål.

Ideen om å tørke støv av Chemcors prøver kom i 2005, før Apple i det hele tatt kom inn i spillet. På den tiden ga Motorola ut Razr V3, en clamshell-mobiltelefon som brukte glass i stedet for den typiske hardplastskjermen. Corning dannet en liten gruppe som hadde til oppgave å se om det var mulig å gjenopplive Type 0317 glass for bruk i enheter som mobiltelefoner eller klokker. De gamle Chemcor-prøvene var rundt 4 millimeter tykke. Kanskje de kan tynnes ut. Etter flere markedsundersøkelser ble selskapets ledelse overbevist om at selskapet kunne tjene litt penger på dette spesialiserte produktet. Prosjektet fikk navnet Gorilla Glass.

I 2007, da Jobs uttrykte ideene sine om det nye materialet, kom ikke prosjektet så langt. Apple krevde helt klart enorme mengder 1,3 mm tynt, kjemisk herdet glass – noe ingen hadde laget før. Kan Chemcor, som ennå ikke er masseprodusert, kobles til en produksjonsprosess som kan møte den enorme etterspørselen? Er det mulig å lage et materiale som opprinnelig var beregnet på bilglass ultratynt og samtidig opprettholde styrken? Vil den kjemiske herdeprosessen til og med være effektiv for slike glass? På den tiden visste ingen svaret på disse spørsmålene. Så Weeks gjorde akkurat det enhver risikovillig administrerende direktør ville gjøre. Han sa ja.

For et materiale så beryktet at det i hovedsak er usynlig, er moderne industriglass bemerkelsesverdig komplekst. Vanlig soda-lime-glass er tilstrekkelig for produksjon av flasker eller lyspærer, men er svært lite egnet til annen bruk, da det kan knuses til skarpe skår. Borosilikatglass som Pyrex er utmerket til å motstå termisk sjokk, men smeltingen krever mye energi. I tillegg er det bare to metoder hvorved glass kan masseproduseres - fusion draw-teknologi og en prosess kjent som floatation, der smeltet glass helles på en base av smeltet tinn. En av utfordringene som glassfabrikken må møte er behovet for å matche en ny komposisjon, med alle nødvendige funksjoner, til produksjonsprosessen. En ting er å komme opp med en formel. Ifølge ham er den andre tingen å lage sluttproduktet.

Uavhengig av sammensetningen er hovedkomponenten i glass silika (aka sand). Siden det har et veldig høyt smeltepunkt (1 °C), brukes andre kjemikalier, som natriumoksid, for å senke det. Takket være dette er det mulig å jobbe med glass lettere og også å produsere det billigere. Mange av disse kjemikaliene gir også glasset spesifikke egenskaper, som motstand mot røntgenstråler eller høye temperaturer, evnen til å reflektere lys eller spre farger. Imidlertid oppstår problemer når sammensetningen endres: den minste justering kan resultere i et radikalt annet produkt. Hvis du for eksempel bruker et tett materiale som barium eller lantan, vil du oppnå en reduksjon i smeltepunktet, men du risikerer at sluttmaterialet ikke blir helt homogent. Og når du styrker glasset, øker du også risikoen for eksplosiv fragmentering dersom det går i stykker. Kort sagt, glass er et materiale styrt av kompromisser. Det er nettopp derfor komposisjoner, og spesielt de som er innstilt til en spesifikk produksjonsprosess, er en så høyt bevoktet hemmelighet.

Et av nøkkeltrinnene i glassproduksjon er kjølingen. Ved masseproduksjon av standardglass er det viktig å avkjøle materialet gradvis og jevnt for å minimere den indre spenningen som ellers ville gjort glasset lettere knust. Med herdet glass er målet derimot å legge til spenning mellom det indre og ytre laget av materialet. Glasstempering kan paradoksalt nok gjøre glasset sterkere: Glasset varmes først opp til det mykner og deretter blir dets ytre overflate kraftig avkjølt. Det ytre laget krymper raskt, mens innsiden forblir fortsatt smeltet. Under avkjøling prøver det indre laget å krympe, og virker dermed på det ytre laget. Det skapes en spenning i midten av materialet mens overflaten fortettes enda mer. Herdet glass kan knuses hvis vi kommer gjennom det ytre trykklaget inn i stressområdet. Men selv herding av glass har sine begrensninger. Den maksimale mulige økningen i materialets styrke avhenger av krympingshastigheten under avkjøling; de fleste komposisjoner krymper bare litt.

Forholdet mellom kompresjon og stress demonstreres best ved følgende eksperiment: ved å helle smeltet glass i isvann lager vi dråpelignende formasjoner, hvor den tykkeste delen er i stand til å motstå enorme mengder trykk, inkludert gjentatte hammerslag. Den tynne delen på enden av dråpene er imidlertid mer sårbar. Når vi bryter det, vil steinbruddet fly gjennom hele objektet med en hastighet på over 3 km/t, og dermed frigjøre indre spenninger. Eksplosivt. I noen tilfeller kan formasjonen eksplodere med en slik kraft at den avgir et lysglimt.

Kjemisk herding av glass, en metode utviklet på 60-tallet, skaper et trykklag akkurat som herding, men gjennom en prosess som kalles ionebytte. Aluminosilikatglass, som Gorilla Glass, inneholder silika, aluminium, magnesium og natrium. Når det senkes i smeltet kaliumsalt, varmes glasset opp og utvider seg. Natrium og kalium deler samme kolonne i grunnstoffenes periodiske system og oppfører seg derfor veldig likt. Den høye temperaturen fra saltløsningen øker migrasjonen av natriumioner fra glasset, og kaliumioner kan derimot ta deres plass uforstyrret. Siden kaliumioner er større enn hydrogenioner, er de mer konsentrert på samme sted. Etter hvert som glasset avkjøles, kondenserer det enda mer, og skaper et trykklag på overflaten. (Corning sikrer jevn ionebytting ved å kontrollere faktorer som temperatur og tid.) Sammenlignet med glasstempering garanterer kjemisk herding en høyere trykkspenning i overflatelaget (dermed garanterer opptil fire ganger styrke) og kan brukes på glass av alle tykkelse og form.

I slutten av mars hadde forskerne den nye formelen nesten klar. Imidlertid måtte de fortsatt finne ut en produksjonsmetode. Å finne opp en ny produksjonsprosess var uaktuelt da det ville ta årevis. For å overholde Apples deadline fikk to av forskerne, Adam Ellison og Matt Dejneka, i oppgave å modifisere og feilsøke en prosess som selskapet allerede brukte vellykket. De trengte noe som ville være i stand til å produsere enorme mengder tynt, klart glass i løpet av noen uker.

Forskere hadde i utgangspunktet bare ett alternativ: fusion draw prosessen. (Det er mange nye teknologier i denne svært innovative industrien, hvis navn ofte ennå ikke har en tsjekkisk ekvivalent.) I løpet av denne prosessen helles smeltet glass på en spesiell kile som kalles en "isopipe". Glasset renner over på begge sider av den tykkere delen av kilen og går sammen igjen på nedre smalside. Den kjører deretter på ruller hvis hastighet er nøyaktig innstilt. Jo raskere de beveger seg, jo tynnere blir glasset.

En av fabrikkene som bruker denne prosessen ligger i Harrodsburg, Kentucky. I begynnelsen av 2007 gikk denne grenen for full kapasitet, og dens syv femmeters tanker brakte 450 kg glass beregnet for LCD-paneler for TV-er til verden hver time. En av disse tankene kan være nok for den første etterspørselen fra Apple. Men først var det nødvendig å revidere formlene til de gamle Chemcor-sammensetningene. Ikke bare måtte glasset være 1,3 mm tynt, det måtte også være betydelig penere å se på enn for eksempel en telefonkiosker. Elisson og teamet hans hadde seks uker på seg til å perfeksjonere det. For at glasset skal modifiseres i "fusion draw"-prosessen, er det nødvendig at det er ekstremt fleksibelt selv ved relativt lave temperaturer. Problemet er at alt du gjør for å forbedre elastisiteten også øker smeltepunktet betydelig. Ved å justere flere eksisterende ingredienser og legge til én hemmelig ingrediens, klarte forskerne å forbedre viskositeten samtidig som de sikret en høyere spenning i glasset og raskere ionebytting. Tanken ble lansert i mai 2007. I løpet av juni produserte den nok Gorilla Glass til å fylle over fire fotballbaner.

På fem år har Gorilla Glass gått fra et rent materiale til en estetisk standard – et lite skille som skiller vårt fysiske selv fra de virtuelle livene vi bærer rundt i lommen. Vi berører det ytre laget av glass og kroppen vår lukker kretsen mellom elektroden og dens nabo, og konverterer bevegelse til data. Gorilla er nå omtalt i mer enn 750 produkter fra 33 merker over hele verden, inkludert bærbare datamaskiner, nettbrett, smarttelefoner og TV-er. Hvis du jevnlig kjører fingeren over en enhet, er du sannsynligvis allerede kjent med Gorilla Glass.

Cornings inntekter har skutt i været i løpet av årene, fra 20 millioner dollar i 2007 til 700 millioner dollar i 2011. Og det ser ut til at det vil være andre mulige bruksområder for glass. Eckersley O'Callaghan, hvis designere er ansvarlige for utseendet til flere ikoniske Apple Stores, har bevist dette i praksis. På årets London Design Festival presenterte de en skulptur laget kun av Gorilla Glass. Dette kan til slutt dukke opp igjen på frontruter i biler. Selskapet forhandler for tiden om bruken i sportsbiler.

Hvordan ser situasjonen rundt glass ut i dag? I Harrodsburg laster spesialmaskiner dem rutinemessig inn i trekasser, frakter dem til Louisville og sender dem deretter med tog mot vestkysten. Vel fremme legges glassplatene på lasteskip og fraktes til fabrikker i Kina hvor de gjennomgår flere sluttprosesser. Først får de et varmt kaliumbad og deretter kuttes de i mindre rektangler.

Selvfølgelig, til tross for alle dens magiske egenskaper, kan Gorilla Glass mislykkes, og noen ganger til og med veldig "effektivt". Den går i stykker når vi mister telefonen, den blir til en edderkopp når den bøyes, den sprekker når vi sitter på den. Det er tross alt fortsatt glass. Og det er derfor det er et lite team med mennesker i Corning som bruker mesteparten av dagen på å bryte det ned.

– Vi kaller det den norske hammeren, sier Jaymin Amin mens han drar en stor metallsylinder ut av esken. Dette verktøyet brukes ofte av luftfartsingeniører for å teste styrken til aluminiumskroppen til fly. Amin, som overvåker utviklingen av alle nye materialer, strekker fjæren i hammeren og slipper hele 2 joule med energi inn i den millimetertynne glassplaten. Slik kraft vil skape en stor bulk i det massive treet, men det vil ikke skje noe med glasset.

Suksessen til Gorilla Glass betyr flere hindringer for Corning. For første gang i historien må selskapet møte så høy etterspørsel etter nye versjoner av produktene sine: hver gang det utgir en ny iterasjon av glass, er det nødvendig å overvåke hvordan det oppfører seg når det gjelder pålitelighet og robusthet direkte i felt. For det formål samler Amins team hundrevis av ødelagte mobiltelefoner. "Skaden, enten den er liten eller stor, starter nesten alltid på samme sted," sier forskeren Kevin Reiman, og peker på en nesten usynlig sprekk på HTC Wildfire, en av flere ødelagte telefoner på bordet foran ham. Når du har funnet denne sprekken, kan du måle dybden for å få en ide om trykket glasset ble utsatt for; hvis du kan etterligne denne sprekken, kan du undersøke hvordan den forplantet seg gjennom hele materialet og prøve å forhindre det i fremtiden, enten ved å modifisere sammensetningen eller ved kjemisk herding.

Med denne informasjonen kan resten av Amins team undersøke den samme materielle feilen om og om igjen. For å gjøre dette bruker de spakpresser, falltester på granitt-, betong- og asfaltoverflater, slipper ulike gjenstander på glasset og bruker generelt en rekke industrielt utseende torturapparater med et arsenal av diamantspisser. De har til og med et høyhastighetskamera som kan ta opp en million bilder per sekund, noe som kommer godt med for studier av glassbøyning og sprekkforplantning.

Men all den kontrollerte ødeleggelsen lønner seg for selskapet. Sammenlignet med den første versjonen er Gorilla Glass 2 tjue prosent sterkere (og den tredje versjonen skal komme på markedet tidlig neste år). Corning-forskerne oppnådde dette ved å presse komprimeringen av det ytre laget til det ytterste – de var litt konservative med den første versjonen av Gorilla Glass – uten å øke risikoen for eksplosiv brudd forbundet med dette skiftet. Likevel er glass et skjørt materiale. Og mens sprø materialer motstår kompresjon veldig godt, er de ekstremt svake når de strekkes: hvis du bøyer dem, kan de gå i stykker. Nøkkelen til Gorilla Glass er komprimeringen av det ytre laget, som hindrer sprekker i å spre seg gjennom materialet. Når du mister telefonen, kan det hende at skjermen ikke går i stykker umiddelbart, men fallet kan forårsake nok skade (selv en mikroskopisk sprekk er nok) til å svekke materialets styrke. Det neste minste fall kan da få alvorlige konsekvenser. Dette er en av de uunngåelige konsekvensene av å jobbe med et materiale som handler om kompromisser, om å skape en perfekt usynlig overflate.

Vi er tilbake på Harrodsburg-fabrikken, der en mann i en svart Gorilla Glass T-skjorte jobber med en glassplate så tynn som 100 mikron (omtrent tykkelsen på aluminiumsfolie). Maskinen han betjener kjører materialet gjennom en serie ruller, hvorfra glasset kommer bøyd ut som et enormt skinnende stykke gjennomsiktig papir. Dette bemerkelsesverdig tynne og rullbare materialet kalles Willow. I motsetning til Gorilla Glass, som fungerer litt som rustning, kan Willow sammenlignes mer med en regnfrakk. Den er slitesterk og lett og har mye potensial. Forskere ved Corning mener at materialet kan finne applikasjoner i fleksibel smarttelefondesign og ultratynne OLED-skjermer. Et av energiselskapene vil også gjerne se Willow brukt i solcellepaneler. Hos Corning ser de til og med for seg e-bøker med glasssider.

En dag skal Willow levere 150 meter glass på enorme sneller. Altså hvis noen faktisk bestiller det. Foreløpig sitter spolene uvirksomme på Harrodsburgh-fabrikken og venter på at det rette problemet skal oppstå.

kilde: Wired.com
.