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Display per il rilevamento di sostanze chimiche e altri sorprendenti usi del vetro
Un giorno il tuo smartphone potrebbe aiutarti in un modo nuovo quando sei in viaggio: dicendoti se l'acqua è potabile.
Un oggetto simile a Slinky realizzato in Gorilla Glass utilizzando la nuova tecnologia di produzione laser.
Sebbene un'app per l'acqua non sia ancora vicina, i ricercatori di Corning e altrove hanno recentemente scoperto che potrebbero utilizzare il Gorilla Glass, il vetro temperato prodotto da Corning che è comunemente usato sugli schermi degli smartphone, per realizzare sensori chimici e biologici estremamente sensibili. Potrebbe rilevare, ad esempio, tracce di gas sarin nell'aria o agenti patogeni specifici nell'acqua.
I sensori sono solo un progetto di cui sono venuto a conoscenza durante una visita ai laboratori di ricerca e sviluppo di Corning nello stato di New York. Negli ultimi decenni, i progressi di Corning nella produzione del vetro hanno portato a tecnologie come la fibra ottica e i display a schermo piatto. Ora, grazie a Gorilla Glass, è associato agli ultimi smartphone. Ma nonostante il notevole successo di quel prodotto, desidera cogliere il prossimo boom dell'alta tecnologia.
Corning spende circa l'8% delle sue vendite in ricerca e sviluppo, che ammonteranno a circa 800 milioni di dollari quest'anno. È una copertura contro la possibilità molto reale che una delle sue attività possa andare in tilt, come è successo in passato. Tra il 2000 e il 2002, Corning ha perso più della metà delle sue entrate quando la sua attività di fibra ottica è crollata insieme a gran parte del resto del mercato delle telecomunicazioni. Le sue azioni sono crollate da $ 113 a poco più di $ 1. Quest'anno, ha avuto un altro spavento quando uno dei suoi maggiori clienti, Apple, è andato vicino a sostituire Gorilla Glass negli iPhone con lo zaffiro (vedi Perché Apple non è riuscita a realizzare telefoni con zaffiro).
I display, in un modo o nell'altro, rappresentano circa la metà delle entrate di Corning, di cui circa un terzo proviene da Gorilla Glass. Per espandere questo mercato e resistere alle sfide di altri materiali, Corning sta cercando di aggiungere funzionalità a Gorilla Glass, come l'applicazione del sensore. E sta cercando nuovi mercati per Gorilla Glass oltre ai display.
La capacità di trasformare il tuo telefono in un sensore biologico e chimico è uno dei primi progetti in laboratorio. I ricercatori della Corning e della Polytechnique Montreal hanno scoperto di poter realizzare guide d'onda di altissima qualità, che confinano e dirigono la luce, in Gorilla Glass. I ricercatori sono stati in grado di realizzare queste guide d'onda molto vicino alla superficie, che è essenziale per i sensori. Farlo in un normale vetro lo romperebbe. La realizzazione della guida d'onda comporta la focalizzazione di un fascio di luce laser intensa vicino alla superficie del vetro, quindi il suo tracciamento lungo il vetro, che ne modifica localmente le proprietà ottiche.
Per realizzare un sensore, i ricercatori realizzano una guida d'onda che si divide in due percorsi identici per la luce. Quindi i percorsi convergono e la luce di entrambi i percorsi si incontra. Un percorso funge da percorso di rilevamento e l'altro da riferimento. Anche un piccolo cambiamento alla luce nel percorso di rilevamento, come la sua intensità, può essere rilevato osservando come la luce dei due percorsi interagisce quando si incontrano, producendo schemi distinti.
I ricercatori hanno dimostrato un semplice sensore che rileva i cambiamenti di temperatura. Il riscaldamento del percorso di rilevamento ne cambia la forma, che cambia le proprietà della luce che lo attraversa. Poiché la guida d'onda è così vicina alla superficie, parte della luce si estende effettivamente fuori dal vetro e qualsiasi cosa posizionata sulla superficie del vetro interagirà con parte della luce. Ciò significa che per realizzare un sensore chimico o biologico, è possibile preparare la superficie del vetro in modo che un target specifico si leghi ad esso. Ad esempio, potresti trattarlo con anticorpi che si attaccano a E. coli. o altri contaminanti; rilevare la loro presenza sarebbe semplice come mettere una goccia d'acqua sul telefono.
Le guide d'onda sono microscopicamente sottili e quindi invisibili, quindi non oscurerebbero un display. E poiché sono piuttosto piccoli, i sensori per diversi bersagli biologici o chimici potrebbero essere incorporati in uno smartphone.
I ricercatori di Corning hanno anche scoperto che Gorilla Glass ha utili proprietà acustiche. Il modo in cui vibra è diverso dal vetro convenzionale: smorza le onde sonore. L'applicazione più semplice è l'isolamento acustico: blocca il suono meglio del normale vetro.
Ma le stesse proprietà acustiche potrebbero anche trasformare i display in altoparlanti. Ho visto un tale prototipo in uno dei laboratori di Corning. Un filo nel display si collega a un piccolo attuatore che fa vibrare il vetro per produrre onde sonore. A causa del modo in cui le onde si propagano attraverso il vetro, possono essere controllate in modo più preciso rispetto al vetro ordinario, consentendo una riproduzione del suono di qualità superiore.
In un altro laboratorio, i ricercatori hanno mostrato una finestra apparentemente normale. Poi, premendo un interruttore su un circuito stampato, si è trasformato in un display - uno che mostrava una vecchia pubblicità di Coca-Cola - e riuscivo a malapena a distinguere cosa c'era dietro l'immagine. Quando l'annuncio è finito, ho potuto vedere di nuovo attraverso il display. Corning è stato particolarmente riservato su come è riuscita a far funzionare questa tecnologia.
La cosa più inquietante che ho visto è stato un giocattolo di vetro simile a Slinky. È realizzato in sottile Gorilla Glass tagliato a forma di spirale con un nuovo strumento di produzione laser. Come con uno Slinky, se tieni una parte e lasci andare il resto, si estende verso il pavimento. Il vetro ordinario si frantumerebbe, ma poiché è più resistente, questo vetro torna indietro come plastica. La chiave per avere un vetro così flessibile è renderlo sottile.
Corning ha recentemente sviluppato Willow Glass, che ha uno spessore di circa 100 micrometri, un quarto dello spessore del Gorilla Glass normalmente utilizzato per i display. Può essere spedito ai clienti in rotoli, rendendo più facile ed economico l'utilizzo nella produzione. I potenziali clienti stanno ancora valutando come utilizzarlo; una probabile applicazione è come componente all'interno dei display. Ma è già in fase di sviluppo un tipo di vetro ancora più flessibile, afferma il Chief Technology Officer di Corning, David Morse . Può piegarsi attorno al bordo di qualcosa di sottile come il taccuino di un giornalista e farlo milioni di volte senza rompersi. Potrebbe essere importante nei futuri dispositivi elettronici pieghevoli.
Fondata nel 1851, Corning è sopravvissuta in passato grazie alla sua capacità di continuare a reinventare le possibilità del vetro. Più o meno nello stesso periodo in cui il mercato delle fibre ottiche è crollato, anche la sua attività di vendita di vetro per televisori a tubi catodici ha subito un forte calo. È stato salvato da un processo che aveva inventato per realizzare il vetro di alta qualità necessario per i transistor che controllano i pixel nei display LCD, la stessa tecnologia di visualizzazione che stava distruggendo la sua attività di raggi catodici. Alcuni anni dopo, l'azienda ricevette una telefonata da Steve Jobs, che aveva bisogno di un vetro resistente per il primo iPhone. Corning aveva per caso una tecnologia sullo scaffale: il vetro temperato che venne chiamato Gorilla Glass. Corning spera di essere pronto per la prossima chiamata.