Kemisk-sensing displays og anden overraskende brug af glas

En dag kan din smartphone måske hjælpe dig på en ny måde, når du er på rejse: ved at fortælle dig, om vandet er sikkert at drikke.

Et Slinky-lignende objekt lavet af Gorilla Glass ved hjælp af ny laserfremstillingsteknologi.

Selvom en vand-app ikke er tæt på endnu, opdagede forskere hos Corning og andre steder for nylig, at de kunne bruge Gorilla Glass, det hærdede glas lavet af Corning, der almindeligvis bruges på smartphone-skærme, til at lave ekstremt følsomme kemiske og biologiske sensorer. Det kunne f.eks. opdage spor af saringas i luften eller specifikke patogener i vand.

Sensorerne er blot et projekt, jeg lærte om under et besøg i Cornings R&D-laboratorier i upstate New York. I de sidste par årtier har Cornings fremskridt inden for glasfremstilling ført til teknologier som fiberoptik og fladskærme. Nu, takket være Gorilla Glass, er det forbundet med de nyeste smartphones. Men på trods af det produkts bemærkelsesværdige succes, er det opsat på at fange det næste højteknologiske boom.

Corning bruger omkring 8 procent af sit salg på R&D – hvilket vil beløbe sig til omkring 800 millioner dollars i år. Det er en sikring mod den meget reelle mulighed for, at en af ​​dens virksomheder kan gå i mørke - som det er sket tidligere. Mellem 2000 og 2002 mistede Corning mere end halvdelen af ​​sin omsætning, da dens fiberoptikforretning kollapsede med en stor del af resten af ​​telemarkedet. Dens aktie faldt fra $113 til lidt over $1. I år fik den endnu en forskrækkelse, da en af ​​dens største kunder, Apple, var tæt på at erstatte Gorilla Glass i iPhones med safir (se Why Apple Failed to Make Sapphire Phones).

Skærme tegner sig på en eller anden måde for omkring halvdelen af ​​Cornings omsætning, hvor omkring en tredjedel kommer fra Gorilla Glass. For at udvide dette marked og modstå udfordringer fra andre materialer, forsøger Corning at tilføje muligheder til Gorilla Glass, såsom sensorapplikationen. Og den leder efter nye markeder for Gorilla Glass ud over skærme.

Evnen til at forvandle din telefon til en biologisk og kemisk sensor er et af de tidligste projekter i laboratoriet. Forskere ved Corning og Polytechnique Montreal opdagede, at de kunne lave bølgeledere af meget høj kvalitet, som begrænser og dirigerer lys, i Gorilla Glass. Forskerne var i stand til at lave disse bølgeledere meget tæt på overfladen, hvilket er afgørende for sensorer. At gøre det i almindeligt glas ville knække det. Fremstilling af bølgelederen involverer at fokusere en stråle af intenst laserlys nær glassets overflade og derefter spore den langs glasset, hvilket lokalt ændrer dets optiske egenskaber.

For at lave en sensor laver forskerne en bølgeleder, der deler sig i to identiske veje for lys. Så løber stierne sammen, og lyset fra begge stier mødes. Den ene vej tjener som sansestien, og den anden som reference. Selv en lille ændring af lyset i sansevejen – såsom dets intensitet – kan detekteres ved at observere, hvordan lyset fra de to baner interagerer, når de mødes, hvilket producerer distinkte mønstre.

Forskerne demonstrerede en simpel sensor, der registrerer ændringer i temperaturen. Opvarmning af sansebanen ændrer dens form, hvilket ændrer egenskaberne af lyset, der passerer gennem den. Fordi bølgelederen er så tæt på overfladen, strækker en del af lyset sig faktisk ud af glasset, og alt, der placeres på overfladen af ​​glasset, vil interagere med en del af lyset. Det betyder, at for at lave en kemisk eller biologisk sensor, kan du forberede glassets overflade, så et specifikt mål binder sig til det. For eksempel kan du behandle det med antistoffer, der sætter sig fast på E. coli. eller andre forurenende stoffer; at opdage deres tilstedeværelse ville være lige så simpelt som at lægge en dråbe vand på telefonen.

Bølgelederne er mikroskopisk tynde og derfor usynlige, så de ville ikke skjule en skærm. Og fordi de er ret små, kan sensorer til flere forskellige biologiske eller kemiske mål indbygges i en smartphone.

Corning-forskere har også opdaget, at Gorilla Glass har nyttige akustiske egenskaber. Måden den vibrerer på er anderledes end konventionelt glas - det dæmper lydbølger. Den enkleste anvendelse er støjisolering - den blokerer lyd bedre end almindeligt glas.

Men de samme akustiske egenskaber kunne også gøre skærme til højttalere. Jeg så sådan en prototype i et af Cornings laboratorier. En ledning i displayet fastgøres til en lille aktuator, der vibrerer glasset for at producere lydbølger. På grund af den måde, bølgerne udbreder sig gennem glasset, kan de styres mere præcist end med almindeligt glas, hvilket giver mulighed for lydgengivelse i højere kvalitet.

I et andet laboratorium viste forskere et tilsyneladende almindeligt vindue frem. Så, med et tryk på en kontakt på et printkort, blev det til et display – et, der viste en gammel cola-reklame – og jeg kunne kun knap se, hvad der var bag billedet. Da annoncen var slut, kunne jeg se gennem displayet igen. Corning var særligt hemmelighedsfuld med hensyn til, hvordan det lykkedes at få denne teknologi til at fungere.

Det mest uhyggelige, jeg så, var et Slinky-lignende glaslegetøj. Den er lavet af tyndt Gorilla Glass skåret i en spiralform med et nyt laserfremstillingsværktøj. Som med en Slinky, hvis du holder en del og giver slip på resten, strækker den sig mod gulvet. Almindelig glas ville bare knuses, men fordi det er hårdere, springer dette glas tilbage som plastik. Nøglen til at have glas så fleksibelt er at gøre det tyndt.

Corning har for nylig udviklet Willow Glass, som er omkring 100 mikrometer tykt, en fjerdedel af tykkelsen af ​​Gorilla Glass, der normalt bruges til skærme. Det kan sendes til kunder i ruller, hvilket gør det nemmere og billigere at bruge i fremstillingen. Potentielle kunder vurderer stadig, hvordan de skal bruge det; en sandsynlig applikation er som en komponent inde i displays. Men allerede nu er en endnu mere fleksibel slags glas under udvikling, siger Cornings teknologichef, David Morse . Den kan foldes rundt om kanten af ​​noget så tyndt som en reporters notesbog og gøre det millioner af gange uden at gå i stykker. Det kan være vigtigt i fremtidige foldbare elektroniske enheder.

Grundlagt i 1851 overlevede Corning i fortiden på grund af sin evne til at blive ved med at genopfinde glassets muligheder. Omtrent samtidig med, at markedet for fiberoptik kollapsede, tog virksomhedens forretning, der sælger glas til katodestrålerør-tv, også et stejlt dyk. Den blev reddet af en proces, som den havde opfundet til at fremstille det højkvalitetsglas, der er nødvendigt til transistorerne, der styrer pixels i LCD-skærme - selve den skærmteknologi, der ødelagde dens katodestrålevirksomhed. Et par år senere fik virksomheden et opkald fra Steve Jobs, som manglede hårdt glas til den første iPhone. Corning havde tilfældigvis en teknologi på hylden - det hærdede glas, der kom til at hedde Gorilla Glass. Corning håber at være klar til næste opkald.

skjule