گوریلا گلس چگونه کار می کند؟

گوریلا گلس چیست و چگونه کار می کند؟

شاید بگویید که هنوز در ابتدای ظهور گجت ها هستیم و هنوز راه درازی تا تکامل این دستگاه ها در پیش داریم. اما نگاهی به چند دهه گذشته بیندازید. در آن زمان، کامپیوترها قابل حمل نبودند و تلفن همراه، یک کالای لوکس بود که فقط افراد خاصی می توانستند آن را تهیه کنند. اما امروز نگاهی به فروشگاه های لوازم الکترونیکی بیندازید. این گجت ها مانند اسباب بازی بچه ها، در دست همه هستند و مسئله مهم تر، این اسباب بازی ها به راحتی قابل حمل هستند.

اما لوازم الکترونیکی از جهات دیگر نیز پیشرفت داشته اند. سرعت پردازنده ها به شکل غیر قابل باوری افزایش یافته است. وضوح صفحه نمایش روز به روز بالاتر می رود و جذاب تر می شود. بسیاری از شرکت ها به همان اندازه که وقت صرف مهندسی محصول می کنند، برای زیبایی محصول هم وقت می گذارند. اما یک نوع پیشرفت در این وسایل در این سال ها اتفاق افتاد که نمی توانید آن را ببینید: شیشه ای که از صفحه نمایش محافظت می کند.

شرکتی به نام کورنینگ (Corning) محصولی را با نام گوریلا گلس (Gorilla Glass) تولید کرد. کورنینگ این شیشه را برای سبک زندگی الکترونیکی مدرن طراحی کرده است. ما هر روز کامپیوتر، تبلت، تلفن های هوشمند، دستگاه های پخش کننده MP3 و سایر دستگاه ها را با خود به هر جا می بریم و این مسئله، آنها را در خطر آسیب دیدگی قرار می دهد. گوریلا گلس محصول شرکت کورنینگ، از ویژگی های ضد خش و ضد ضربه بهره می برد. رویکرد کورنینگ به شکلی است که این شیشه ضدضربه، بسیار نازک است و خللی در صفحات لمسی خازنی ایجاد نمی کند و وزن زیادی را به دستگاه اضافه نمی کند.

اما چه رازی در این محصول شرکت کورنینگ نهفته است؟

چه چیزی در مورد گوریلا گلس با شیشه های دیگر تفاوت دارد؟ به طور خلاصه باید گفت دمای بسیار بالا، تشت مخصوص، روبات ها و حمام نمک مذاب. محصول نهایی یک قطعه شیشه نازک است که می تواند همه نوع شکنجه را تحمل کند. 

شاید فکر کنید این محصول، شیشه ای است که در کارخانه های صنعتی تولید می شود، اما در واقع این ماده ای است که در طبیعت یافت می شود. برخی از سنگ ها و مواد معدنی پس از تماس با دمای بالا، به شیشه تبدیل می شوند. این اتفاق به طور طبیعی در جریان های گدازه و مکان هایی رخ می دهد که صاعقه به زمین برخورد کرده است. 

انسان ها سالهاست که شیشه تولید می کنند. کوره هایی که قادر به تولید گرمای باورنکردنی هستند، نوع مناسب سنگ ها را به شیشه های مذاب تبدیل می کنند. در این مرحله، می توانیم شیشه ها را به روش های مختلفی شکل دهیم، از جمله استفاده از لوله برای دمیدن هوا به آن. به این تکنیک، دمیدن در شیشه گفته می شود. 

شیشه های تجاری از سه منبع اصلی به دست می آید. حالت اول ماسه است، که در علم شیمی، به آن دی اکسید سیلیکون گفته می شود. این همان ماده ای است که کورنینگ در فرآیند تولید آن استفاده می کند. دو نوع دیگر از مواد مورد استفاده در شیشه های تجاری عبارتند از سنگ آهک و کربنات سدیم. 

کورنینگ، دی اکسید سیلیکون (SiO2) را می گیرد و قبل از ذوب کردن آن، این ماده را با سایر مواد شیمیایی ترکیب می کند. شیشه حاصل، آلومینوسیلیکات نام دارد. این بدان معنی است که این شیشه حاوی آلومینیوم، سیلیکون و اکسیژن است. این شیشه همچنین حاوی یون های سدیم (Na) است که در مرحله بعدی تولید، از اهمیت بالایی برخوردار است.

کورنینگ شیشه مذاب را درون یک تشت V شکل می ریزد و تشت را تا لبه پر می کند. شیشه مذاب تا زمانی که از تشت لبریز شود، به آن اضافه می شود. بازوهای روباتیک خودکار، ورق های شیشه را از لبه تشت جمع می کنند. هر ورق کمی بیش از نیم میلی متر ضخامت دارد.

اگر قرار باشد از این شیشه برای صفحه نمایش دستگاه های الکترونیکی خود استفاده کنید، با پوشش بسیار واضحی روبرو می شوید. اما این شیشه مانند گوریلا گلس، در برابر ضربه مقاوم نیست و فقط یک شیشه آلومینوسیلیکات است. کورنینگ برای اینکه توانایی مقاومت در برابر خراش و ضربه را به گوریلا گلس بدهد، این ورق های شیشه ای را کمی حمام می کند.

راز واقعی پشت گوریلا گلس به یک فرایند شیمیایی به نام تبادل یونی مربوط می شود. یون، اتمی است که الکترون را بدست آورده یا از دست داده و بنابراین بار خالص به همراه دارد. الکترون ها ذراتی کوچکتر از اتم با بار منفی هستند. اگر یون یک الکترون اضافی یا مثبت داشته باشد در صورت از دست دادن الکترون، بار خالص یون، منفی می شود. عناصر در فرم اتمی خود دارای بار خنثی هستند، زیرا تعداد الکترون ها با تعداد پروتون ها مطابقت دارد که بار مثبت دارند.

یونها با شیشه چه ارتباطی دارند؟

شیشه آلومینوسیلیکات از مرحله اول فرآیند تولید، حاوی یون سدیم است. کورنینگ این ورق های شیشه را درون حمام یون های پتاسیم فرو می کند. اگر به جدول تناوبی عناصر نگاه کنید، خواهید دید که سدیم دقیقاً بالاتر از پتاسیم است. دمیتری مندلیف، مردی که جدول تناوبی عناصر را به وجود آورد، عناصر را بر اساس وزن اتمی مرتب کرده و عناصر گروه بندی شده ای که دارای کیفیت های مشابهی هستند، در کنار هم قرار دارند. سدیم و پتاسیم هر دو متعلق به گروهی هستند که به عنوان فلزات فعال شناخته می شوند. این ها فلزاتی هستند که به شدت با سایر مواد واکنش نشان می دهند. 

سدیم در جدول تناوبی بالاتر از پتاسیم است، به این معنی که یک اتم سدیم از اتم پتاسیم کوچکتر است. ممکن است فکر کنید که در مقیاس اتم، اندازه اهمیتی ندارد، اما آنطور که از شواهد امر پیداست، اینگونه نیست! اگر می توانستید یون های سدیم را از شیشه آلومینوسیلیکات خارج کنید و آنها را با یون های پتاسیم بزرگتر جایگزین کنید، ورق شیشه فشرده می شد.

تصور کنید که شما یک تور دارید. خطوط تور انعطاف پذیر، اما سفت هستند. تصور کنید در هر سوراخ تور، یک توپ پینگ پنگ قرار دارد. حال تصور کنید که تمام توپ های پینگ پنگ را با توپ های تنیس جایگزین کنید. این مشابه آن چیزی است که در سطح اتمی در مورد تبادل یونی رخ می دهد.

بنابراین، این عمل چگونه در شرکت کورنینگ انجام می شود؟

برای جایگزین کردن سدیم با پتاسیم، ابتدا باید پیوند یونی سدیم با شیشه شکسته شود. به همین دلیل است که حمام نمک پتاسیم خیلی گرم است. کورنینگ می گوید که حمام به دمای 400 درجه سانتیگراد می رسد. در این دما، انرژی (گرما) پیوند یونی سدیم به آلومینوسیلیکات را تجزیه می کند. اما یکی از خصوصیاتی که فلزات فعال سنگین تر دارند، این است که می توانند پیوند یونی را در دماهای بالاتر نسبت به فلزات فعال سبک تر حفظ کنند. وزن پتاسیم از سدیم بیشتر است. به همین دلیل، این دمای 400 درجه نمی تواند یون های پتاسیم را از آلومینوسیلیکات جدا کند.

بعد از غوطه ور شدن در حمام پتاسیم، آلومینوسیلیکات توسط یون های پتاسیم فشرده می شود. این فشرده سازی یک لایه محافظ روی شیشه ایجاد می کند و به آن استحکامی می بخشد که شیشه معمولی ندارد. علاوه بر این، این نوع شیشه قابل بازیافت است و آسیبی به محیط زیست نمی رساند.

تبادل یونی چیز جدید نیست و گوریلا گلس تنها شیشه موجود در بازار نیست که به این شکل مستحکم شده است. اما کورنینگ قدرت شیشه خود را در مکان های مختلف، مانند نمایشگاه های فناوری، نشان داد. در این نمایشگاه ها، به مردم اجازه داده می شد تا این شیشه را از نزدیک تست کنند و با شیشه های دیگر مقایسه کنند. در مقایسه با شیشه های دیگر، گوریلا گلس نشان داد که بسیار مقاوم تر است.

چگونه از گوریلا گلس در محصولات مختلف استفاده می شود؟

کورنینگ با تولید کنندگان مختلف همکاری می کند و گوریلا گلس را به عنوان بخشی از فرآیند تولید محصول، در اختیار آنها قرار می دهد. مصرف کننده عادی نمی تواند بیرون برود و یک ورق از گوریلا گلس را خریداری کند و روی گوشی یا تبلت خود قرار دهد. محصول نهایی از شیشه کورنینگ استفاده می کند، اما شما نامی از کورنینگ را بر روی دستگاه نمی بینید. به همین دلیل، شاید خیلی از شما حتی نام شرکت کورنینگ به گوشتان نخورده باشد.

کورنینگ اجازه ندارد نام همه شرکت هایی را که با آنها همکاری می کند، منتشر کند. اما از بین آنها که اعلام شده، می توان به تلویزیون های BRAVIA ساخت سونی، تبلت های سامسونگ و تبلت های شرکت دل اشاره کرد. در حالی که تولید کنندگان تلفن های هوشمند ممکن است برای تقویت محصولات خود در برابر فشار و ضربه ناشی از جابجایی در یک دستگاه قابل حمل، به گوریلا گلس نگاه کنند، تولید کنندگان تلویزیون برای افزایش دوام در محصولات خود از آن استفاده می کنند.

از آنجا که ورق های بسیار نازک گوریلا کلس، خللی در عملکرد صفحات لمسی خازنی ایجاد نمی کند، شرکت های بیشتری برای تولید گوشی و تبلت به این نوع صفحه روی آورده اند. روند تولید شرکت کورنینگ در بهترین زمان ممکن، باعث شد که این شرکت همزمان با پیشرفت فناوری گجت ها، به موفقیت برسد.