В чем секрет сверхпрочности Gorilla Glass?

Источник материала:

Еще несколько десятилетий назад персональные компьютеры не были портативными, а мобильные телефоны были редкими предметами роскоши. Сегодня же в магазине электроники разбегаются глаза. Электроника улучшилась во всех отношениях: резко выросла скорость работы процессора, увеличились объемы памяти, разрешение экрана достигло предела восприимчивости человеческого глаза. Но есть одно улучшение, которое мы не можем увидеть: стекло дисплея стало невероятно прочным.




Компания Corning разработала стекло под названием Gorilla Glass. Так как мы всегда носим с собой свои гаджеты (ноутбуки, планшеты, смартфоны, MP3-плееры и другие устройства), всегда есть риск повредить их при повседневном использовании. Gorilla Glass призвано защитить дисплеи устройств от внешних воздействий и придать им ударопрочные свойства. При этом стекло компании Corning остается достаточно тонким, оно никак не влияет на толщину сенсорного экрана и не добавляет вес устройству.

В чем же секрет Corning? Что же такого особенного в Gorilla Glass, что отличает его от других видов стекла? Все дело в особых условиях при производстве: необходимы высокие температуры, специальные желоба, роботы и ванна расплава соли. Готовый продукт представляет собой тонкий кусок стекла, который может выдержать самые "жестокие издевательства".

Стекло не является природным материалом. Некоторые горные породы и минералы могут превратиться в стекло при высоких температурах. Естественным образом это происходит, к примеру, вдоль потоков лавы при извержении вулкана или в местах, где ударила молния в землю.

При производстве стекла, как правило, используют три основных материала: песок (диоксид кремния), известняк и карбонат натрия. Corning смешивает диоксид кремния (SiO₂) с другими химическими веществами прежде, чем начнется процесс плавления. В результате компания получает алюмосиликатное стекло, содержащее алюминий, кремний и кислород.

Далее Corning выливает расплавленное стекло в желоб V-образной формы, но не останавливается при заполнении ее до краев. Компания продолжает добавлять расплавленное стекло, пока оно не начнет выливаться по краям. Роботизированная "рука" на наружных стенках желоба начинает оформлять лист стекла, каждый из которых чуть больше половины миллиметра.

Внимание! У вас отключен JavaScript, ваш браузер не поддерживает HTML5, или установлена старая версия проигрывателя Adobe Flash Player.

Открыть/cкачать видео (24.83 МБ)

Если на данном этапе начать использовать полученное стекло в экранах электронных устройств, оно будет отличаться хорошей прозрачностью, но не будет иметь никаких особенных свойств по устойчивости - это простое алюмосиликатное стекло. Что же нужно еще, чтобы стекло превратилось в Gorilla Glass, с его "сверхспособностью" противостоять царапинам, ударам и трещинам?

Настоящий секрет Gorilla Glass заключается в химическом процессе, называемом ионный обмен. Ион атома – это атом, который приобрел или потерял электрон и таким образом несет в себе заряд.

Что же ионы должны сделать со стеклом? Алюмосиликатное стекло на первом этапе производственного процесса содержит ионы натрия. Corning погружает эти листы стекла в ванну с ионами калия. Если посмотреть на периодическую таблицу Менделеева, то можно заметить, что натрий находится выше калия. Натрий и калий принадлежат к группе, известной как активные металлы. Это металлы, которые активно вступают в реакцию с другими веществами.

Натрий выше, чем калий, в периодической таблице, а значит, атом натрия меньше, чем атом калия. Можно подумать, что на атомном уровне размер не имеет значения, но оказывается, что это не так! Если взять ионы натрия из алюмосиликатного стекла и заменить их большими по размеру ионами калия, лист стекла будет испытывать сжатие. Это все равно, что в сетке, заполненной мячами для настольного тенниса, заменить последние на мячи для большого тенниса.

Как же это удается? Чтобы заменить ионы натрия на ионы калия, сначала необходимо разрушить связи ионов натрия со стеклом. Для этого Corning доводит ванну с солью калия до температуры в 400 градусов Цельсия. При такой температуре связи ионов натрия с алюмосиликатом разрушаются. Одним из свойств тяжелейших активных металлов является то, что они могут поддерживать ионную связь при более высоких температурах.

После "горячей" ванны алюмосиликатное стекло покрывается ионами калия и сжимается. Сжатие создает защитный слой на стекле, и оно приобретает свойства, которые обычное стекло не имеет. За экологию переживать не стоит, так как Gorilla Glass подлежит вторичной переработке.

Как Gorilla Glass попадает в устройства? Компания Corning заключает партнерские соглашения с производителями и поставляет свои стекла как часть процесса производства устройства. Рядовой потребитель не может пойти и купить себе лист Gorilla Glass для каких-то личных целей. В этом смысле Corning является производителем оригинального оборудования (OEM). Конечное устройство будет содержать стекла Corning, но оно будет иметь марку другой компании.

Corning не раскрывает списка всех продуктов, которые используют Gorilla Glass. Но известно, что стекла компании использует Sony в линейке телевизоров BRAVIA, Samsung в планшетах Galaxy Tab, а также многочисленные производители смартфонов. Взрыв популярности портативных устройств определенно сулит компании успех на рынке.