211service.com
Chemicaliëngevoelige displays en andere verrassende toepassingen van glas
Op een dag kan je smartphone je misschien op een nieuwe manier helpen als je op reis bent: door je te vertellen of het water veilig is om te drinken.
Een Slinky-achtig object gemaakt van Gorilla Glass met behulp van nieuwe laserproductietechnologie.
Hoewel een water-app nog niet in de buurt is, ontdekten onderzoekers van Corning en elders onlangs dat ze Gorilla Glass, het geharde glas van Corning dat veel wordt gebruikt op smartphoneschermen, kunnen gebruiken om extreem gevoelige chemische en biologische sensoren te maken. Het kan bijvoorbeeld sporen van sarin-gas in de lucht of specifieke ziekteverwekkers in water detecteren.
De sensoren zijn slechts één project waar ik over leerde tijdens een bezoek aan de R&D-laboratoria van Corning in de staat New York. In de afgelopen decennia hebben de vorderingen van Corning op het gebied van glasproductie geleid tot technologieën zoals glasvezel en platte beeldschermen. Dankzij Gorilla Glass wordt het nu geassocieerd met de nieuwste smartphones. Maar ondanks het opmerkelijke succes van dat product, wil het graag de volgende hightech-boom vangen.
Corning besteedt ongeveer 8 procent van zijn omzet aan R&D, wat dit jaar ongeveer $ 800 miljoen zal bedragen. Het is een afdekking tegen de zeer reële mogelijkheid dat een van zijn bedrijven op de vlucht slaat, zoals in het verleden is gebeurd. Tussen 2000 en 2002 verloor Corning meer dan de helft van zijn omzet toen zijn glasvezelactiviteiten instortten met een groot deel van de rest van de telecommarkt. Het aandeel kelderde van $113 naar iets meer dan $1. Dit jaar werd het opnieuw schrikken toen een van zijn grootste klanten, Apple, dicht bij het vervangen van Gorilla Glass in iPhones door saffier kwam (zie Waarom Apple er niet in slaagde om Sapphire-telefoons te maken).
Displays zijn op de een of andere manier goed voor ongeveer de helft van de inkomsten van Corning, waarvan ongeveer een derde afkomstig is van Gorilla Glass. Om deze markt uit te breiden en de uitdagingen van andere materialen het hoofd te bieden, probeert Corning mogelijkheden toe te voegen aan Gorilla Glass, zoals de sensortoepassing. En het is op zoek naar nieuwe markten voor Gorilla Glass buiten displays.
De mogelijkheid om van je telefoon een biologische en chemische sensor te maken, is een van de eerste projecten in het lab. Onderzoekers van Corning en Polytechnique Montreal ontdekten dat ze golfgeleiders van zeer hoge kwaliteit konden maken, die het licht insluiten en richten, in Gorilla Glass. De onderzoekers konden deze golfgeleiders heel dicht bij het oppervlak maken, wat essentieel is voor sensoren. Als je dat in gewoon glas zou doen, zou het breken. Het maken van de golfgeleider houdt in dat een bundel intens laserlicht nabij het oppervlak van het glas wordt gefocusseerd en vervolgens langs het glas wordt gevolgd, waardoor de optische eigenschappen plaatselijk veranderen.
Om een sensor te maken, maken de onderzoekers een golfgeleider die zich in twee identieke banen voor licht splitst. Dan komen de paden samen en komt het licht van beide paden samen. Het ene pad dient als detectiepad en het andere als referentie. Zelfs een kleine verandering in het licht in het waarnemingspad - zoals de intensiteit - kan worden gedetecteerd door te observeren hoe het licht van de twee paden op elkaar inwerkt wanneer ze elkaar ontmoeten, waardoor verschillende patronen worden geproduceerd.
De onderzoekers demonstreerden een eenvoudige sensor die veranderingen in temperatuur detecteert. Door het detectiepad op te warmen, verandert zijn vorm, waardoor de eigenschappen van het licht dat er doorheen gaat veranderen. Omdat de golfgeleider zo dicht bij het oppervlak is, steekt een deel van het licht uit het glas, en alles wat op het oppervlak van het glas wordt geplaatst, zal een interactie aangaan met een deel van het licht. Dit betekent dat je voor het maken van een chemische of biologische sensor het oppervlak van het glas zou kunnen voorbereiden zodat een specifiek doelwit eraan zal binden. U kunt het bijvoorbeeld behandelen met antilichamen die zich hechten aan E. coli. of andere verontreinigingen; het detecteren van hun aanwezigheid zou net zo eenvoudig zijn als een druppel water op de telefoon.
De golfgeleiders zijn microscopisch dun en daarom onzichtbaar, zodat ze een display niet zouden verdoezelen. En omdat ze vrij klein zijn, kunnen sensoren voor verschillende biologische of chemische doelen in een smartphone worden ingebouwd.
Onderzoekers van Corning hebben ook ontdekt dat Gorilla Glass nuttige akoestische eigenschappen heeft. De manier waarop het trilt is anders dan bij conventioneel glas: het dempt geluidsgolven. De eenvoudigste toepassing is geluidsisolatie - het blokkeert het geluid beter dan gewoon glas.
Maar dezelfde akoestische eigenschappen kunnen displays ook in luidsprekers veranderen. Ik zag zo'n prototype in een van Corning's labs. Een draad in het display is bevestigd aan een kleine actuator die het glas laat trillen om geluidsgolven te produceren. Door de manier waarop de golven zich door het glas voortplanten, kunnen ze nauwkeuriger worden gecontroleerd dan bij gewoon glas, waardoor een betere geluidsweergave mogelijk is.
In een ander laboratorium toonden onderzoekers een ogenschijnlijk gewoon raam. Toen, met een druk op de knop op een printplaat, veranderde het in een display - een met een oude Coca-Cola-reclame - en ik kon maar nauwelijks zien wat er achter het beeld zat. Toen de advertentie afgelopen was, kon ik weer door het scherm kijken. Corning was bijzonder geheimzinnig over hoe het erin slaagde deze technologie te laten werken.
Het meest griezelige dat ik zag, was een Slinky-achtig glazen speelgoed. Het is gemaakt van dun Gorilla Glass dat in een spiraalvorm is gesneden met een nieuw laserproductiegereedschap. Net als bij een Slinky, als je een deel vasthoudt en de rest loslaat, strekt het zich uit naar de vloer. Gewoon glas zou gewoon breken, maar omdat het harder is, veert dit glas terug als plastic. De sleutel om glas zo flexibel te maken, is door het dun te maken.
Corning heeft onlangs Willow Glass ontwikkeld, dat ongeveer 100 micrometer dik is, een vierde van de dikte van het Gorilla Glass dat normaal voor displays wordt gebruikt. Het kan in rollen naar klanten worden verzonden, waardoor het gemakkelijker en goedkoper te gebruiken is in de productie. Potentiële klanten evalueren nog steeds hoe ze het moeten gebruiken; een waarschijnlijke toepassing is als een onderdeel in displays. Maar er is al een nog flexibeler soort glas in ontwikkeling, zegt Corning's chief technology officer, David Morse . Het kan rond de rand van iets zo dun als een notitieboekje van een verslaggever worden gevouwen, en dat miljoenen keren doen zonder te breken. Het kan belangrijk zijn in toekomstige opvouwbare elektronische apparaten.
Corning, opgericht in 1851, overleefde in het verleden vanwege zijn vermogen om de mogelijkheden van glas steeds opnieuw uit te vinden. Ongeveer op hetzelfde moment dat de markt voor glasvezel instortte, nam ook de verkoop van glas voor kathodestraalbuis-tv's een steile duik. Het werd gered door een proces dat het had uitgevonden voor het maken van het hoogwaardige glas dat nodig is voor de transistors die pixels in LCD-schermen aansturen - de weergavetechnologie die zijn kathodestraalactiviteiten vernietigde. Een paar jaar later kreeg het bedrijf een telefoontje van Steve Jobs, die hard glas nodig had voor de eerste iPhone. Corning had toevallig een technologie op de plank liggen: het geharde glas dat Gorilla Glass werd genoemd. Corning hoopt klaar te zijn voor het volgende gesprek.