211service.com
Wyświetlacze z czujnikami chemicznymi i inne zaskakujące zastosowania szkła
Pewnego dnia smartfon może pomóc Ci w podróży w nowy sposób: informując Cię, czy woda jest zdatna do picia.
Slinky-podobny obiekt wykonany ze szkła Gorilla Glass przy użyciu nowej technologii produkcji laserowej.
Chociaż aplikacja do wody nie jest jeszcze zamknięta, naukowcy z Corning i innych instytucji odkryli niedawno, że mogą użyć Gorilla Glass, hartowanego szkła produkowanego przez Corning, które jest powszechnie używane na ekranach smartfonów, do tworzenia niezwykle czułych czujników chemicznych i biologicznych. Może wykryć, powiedzmy, ślady sarinu w powietrzu lub określone patogeny w wodzie.
Czujniki to tylko jeden projekt, o którym dowiedziałem się podczas wizyty w laboratoriach badawczo-rozwojowych Corning w północnej części stanu Nowy Jork. W ciągu ostatnich kilku dekad postęp Corning w produkcji szkła zaowocował technologiami takimi jak światłowody i wyświetlacze płaskoekranowe. Teraz, dzięki Gorilla Glass, kojarzy się z najnowszymi smartfonami. Ale pomimo niezwykłego sukcesu tego produktu, chce złapać kolejny boom w dziedzinie zaawansowanych technologii.
Corning przeznacza około 8 procent swojej sprzedaży na badania i rozwój – co w tym roku wyniesie około 800 milionów dolarów. To zabezpieczenie przed bardzo realną możliwością, że jeden z jego biznesów może stać się ciemny – jak to miało miejsce w przeszłości. W latach 2000-2002 Corning stracił ponad połowę swoich przychodów, gdy jego biznes światłowodowy załamał się wraz z większością reszty rynku telekomunikacyjnego. Jego akcje spadły ze 113 USD do nieco ponad 1 USD. W tym roku firma przestraszyła się, gdy jeden z jej największych klientów, Apple, był bliski zastąpienia szkła Gorilla Glass w iPhone’ach szafirem (patrz: Dlaczego Apple nie zrobiło telefonów szafirowych).
Wyświetlacze, w taki czy inny sposób, stanowią około połowy przychodów Corning, z czego około jedna trzecia pochodzi z Gorilla Glass. Aby rozszerzyć ten rynek i sprostać wyzwaniom stawianym przez inne materiały, Corning stara się dodać możliwości Gorilla Glass, takie jak zastosowanie czujnika. I szuka nowych rynków dla Gorilla Glass poza wyświetlaczami.
Możliwość przekształcenia telefonu w czujnik biologiczny i chemiczny to jeden z najwcześniejszych projektów w laboratorium. Naukowcy z Corning i Polytechnique Montreal odkryli, że ze szkła Gorilla Glass mogą wykonać bardzo wysokiej jakości falowody, które ograniczają i kierują światło. Naukowcom udało się umieścić te falowody bardzo blisko powierzchni, co jest niezbędne dla czujników. Robienie tego w zwykłym szkle spowodowałoby jego stłuczenie. Wykonanie falowodu polega na skupieniu wiązki intensywnego światła laserowego w pobliżu powierzchni szkła, a następnie prześledzeniu go wzdłuż szkła, co lokalnie zmienia jego właściwości optyczne.
Aby stworzyć czujnik, naukowcy tworzą falowód, który dzieli się na dwie identyczne ścieżki światła. Wtedy ścieżki się zbiegają i spotyka się światło z obu ścieżek. Jedna ścieżka służy jako ścieżka wykrywania, a druga jako odniesienie. Nawet niewielka zmiana światła na ścieżce wykrywania — na przykład jej intensywność — można wykryć, obserwując, jak światło z dwóch ścieżek oddziałuje, gdy się spotykają, tworząc wyraźne wzory.
Naukowcy zademonstrowali prosty czujnik, który wykrywa zmiany temperatury. Podgrzanie toru czujnikowego zmienia jego kształt, co zmienia właściwości przechodzącego przez nią światła. Ponieważ falowód znajduje się tak blisko powierzchni, część światła w rzeczywistości wychodzi ze szkła, a wszystko, co znajduje się na powierzchni szkła, będzie oddziaływać z częścią światła. Oznacza to, że aby wykonać czujnik chemiczny lub biologiczny, można przygotować powierzchnię szkła tak, aby związał się z nią określony cel. Na przykład możesz leczyć go przeciwciałami, które przyczepiają się do E. coli. lub inne zanieczyszczenia; wykrycie ich obecności byłoby tak proste, jak zalanie telefonu kroplą wody.
Falowody są mikroskopijnie cienkie, a zatem niewidoczne, więc nie zasłaniają wyświetlacza. A ponieważ są dość małe, w smartfonie można umieścić czujniki kilku różnych celów biologicznych lub chemicznych.
Badacze Corning odkryli również, że szkło Gorilla Glass ma przydatne właściwości akustyczne. Sposób, w jaki wibruje, jest inny niż konwencjonalne szkło – tłumi fale dźwiękowe. Najprostszym zastosowaniem jest izolacja akustyczna — blokuje dźwięk lepiej niż zwykłe szkło.
Ale te same właściwości akustyczne mogą również zmienić wyświetlacze w głośniki. Taki prototyp widziałem w jednym z laboratoriów Corninga. Przewód w wyświetlaczu jest podłączony do małego siłownika, który wibruje szkło, wytwarzając fale dźwiękowe. Ze względu na sposób, w jaki fale rozchodzą się przez szkło, można je dokładniej kontrolować niż w przypadku zwykłego szkła, co pozwala na odtwarzanie dźwięku o wyższej jakości.
W innym laboratorium naukowcy pokazali pozornie zwyczajne okno. Potem, po pstryknięciu przełącznika na płytce drukowanej, zmienił się w wyświetlacz — taki, na którym była pokazana stara reklama Coca-Coli — i ledwo mogłem dostrzec, co kryło się za obrazem. Kiedy reklama się skończyła, znów mogłem przejrzeć wyświetlacz. Corning szczególnie skrywał, jak udało mu się sprawić, by ta technologia działała.
Najbardziej niesamowitą rzeczą, jaką zobaczyłem, była szklana zabawka Slinky. Jest wykonany z cienkiego szkła Gorilla Glass wyciętego w spiralny kształt za pomocą nowego laserowego narzędzia produkcyjnego. Podobnie jak w przypadku Slinky, jeśli przytrzymasz jedną część i puszczasz resztę, rozciąga się ona w kierunku podłogi. Zwykłe szkło po prostu by się rozbiło, ale ponieważ jest twardsze, to szkło odskakuje jak plastik. Kluczem do tego, aby szkło było tak elastyczne, jest jego cienkie.
Firma Corning niedawno opracowała szkło Willow Glass, które ma grubość około 100 mikrometrów, czyli jedną czwartą grubości szkła Gorilla Glass, które zwykle stosuje się w wyświetlaczach. Może być dostarczany do klientów w rolkach, dzięki czemu jest łatwiejszy i tańszy w użyciu w produkcji. Potencjalni klienci wciąż oceniają, jak z niego korzystać; jednym z prawdopodobnych zastosowań jest zastosowanie jako komponent wewnątrz wyświetlaczy. Ale już teraz opracowywany jest jeszcze bardziej elastyczny rodzaj szkła, mówi dyrektor ds. technologii w Corning, Dawid Morse . Może zgiąć się na krawędzi czegoś tak cienkiego jak notatnik reportera i zrobić to miliony razy bez pękania. Może to mieć znaczenie w przyszłych składanych urządzeniach elektronicznych.
Założona w 1851 roku firma Corning przetrwała w przeszłości dzięki swojej zdolności do ciągłego odkrywania możliwości szkła. Mniej więcej w tym samym czasie, gdy załamał się rynek światłowodów, jego firma sprzedająca szkło do telewizorów z lampami katodowymi również gwałtownie spadła. Uratował go proces, który wymyślił, aby wytworzyć wysokiej jakości szkło potrzebne do tranzystorów kontrolujących piksele w wyświetlaczach LCD — tej samej technologii wyświetlania, która niszczyła jego biznes związany z promieniami katodowymi. Kilka lat później do firmy zadzwonił Steve Jobs, który potrzebował twardego szkła do pierwszego iPhone'a. Tak się złożyło, że Corning miał na półce technologię — szkło hartowane, które zaczęło nazywać się Gorilla Glass. Corning ma nadzieję, że będzie gotowy na kolejny telefon.