Écrans à détection chimique et autres utilisations surprenantes du verre

Un jour, votre smartphone pourra peut-être vous aider d'une nouvelle manière lorsque vous voyagez : en vous indiquant si l'eau est potable.

Un objet de type Slinky en Gorilla Glass utilisant une nouvelle technologie de fabrication au laser.

Bien qu'une application sur l'eau ne soit pas encore proche, des chercheurs de Corning et d'ailleurs ont récemment découvert qu'ils pouvaient utiliser Gorilla Glass, le verre trempé fabriqué par Corning et couramment utilisé sur les écrans de smartphone, pour fabriquer des capteurs chimiques et biologiques extrêmement sensibles. Il pourrait détecter, par exemple, des traces de gaz sarin dans l'air ou des agents pathogènes spécifiques dans l'eau.

Les capteurs ne sont qu'un des projets dont j'ai entendu parler lors d'une visite aux laboratoires de R&D de Corning dans le nord de l'État de New York. Au cours des dernières décennies, les progrès de Corning dans la fabrication du verre ont conduit à des technologies telles que la fibre optique et les écrans plats. Désormais, grâce à Gorilla Glass, il est associé aux derniers smartphones. Mais malgré le succès remarquable de ce produit, il tient à saisir le prochain boom de la haute technologie.

Corning consacre environ 8 % de ses ventes à la R&D, ce qui représentera environ 800 millions de dollars cette année. C'est une protection contre la possibilité très réelle que l'une de ses entreprises puisse sombrer, comme cela s'est produit dans le passé. Entre 2000 et 2002, Corning a perdu plus de la moitié de ses revenus lorsque son activité de fibre optique s'est effondrée avec une grande partie du reste du marché des télécommunications. Son stock a chuté de 113 $ à un peu plus de 1 $. Cette année, elle a eu une autre frayeur lorsque l'un de ses plus gros clients, Apple, a failli remplacer le Gorilla Glass dans les iPhones par du saphir (voir Pourquoi Apple n'a pas réussi à fabriquer des téléphones Sapphire).

Les écrans, d'une manière ou d'une autre, représentent environ la moitié des revenus de Corning, dont environ un tiers provient de Gorilla Glass. Pour étendre ce marché et résister aux défis d'autres matériaux, Corning essaie d'ajouter des fonctionnalités à Gorilla Glass, telles que l'application de capteur. Et il cherche de nouveaux marchés pour Gorilla Glass au-delà des écrans.

La possibilité de transformer votre téléphone en un capteur biologique et chimique est l'un des projets les plus précoces du laboratoire. Des chercheurs de Corning et de Polytechnique Montréal ont découvert qu'ils pouvaient fabriquer des guides d'ondes de très haute qualité, qui confinent et dirigent la lumière, en Gorilla Glass. Les chercheurs ont pu fabriquer ces guides d'ondes très près de la surface, ce qui est essentiel pour les capteurs. Le faire dans du verre ordinaire le casserait. La fabrication du guide d'onde consiste à focaliser un faisceau de lumière laser intense près de la surface du verre, puis à le tracer le long du verre, ce qui modifie localement ses propriétés optiques.

Pour fabriquer un capteur, les chercheurs fabriquent un guide d'ondes qui se divise en deux voies identiques pour la lumière. Ensuite, les chemins convergent et la lumière des deux chemins se rejoint. Un chemin sert de chemin de détection et l'autre de référence. Même un changement infime de la lumière dans le chemin de détection, comme son intensité, peut être détecté en observant comment la lumière des deux chemins interagit lorsqu'ils se rencontrent, produisant des motifs distincts.

Les chercheurs ont démontré un capteur simple qui détecte les changements de température. Le chauffage du chemin de détection modifie sa forme, ce qui modifie les propriétés de la lumière qui le traverse. Parce que le guide d'ondes est si proche de la surface, une partie de la lumière s'étend en fait hors du verre, et tout ce qui est placé sur la surface du verre interagira avec une partie de la lumière. Cela signifie que pour fabriquer un capteur chimique ou biologique, vous pouvez préparer la surface du verre afin qu'une cible spécifique s'y lie. Par exemple, vous pouvez le traiter avec des anticorps qui se fixent sur E. coli. ou d'autres contaminants ; détecter leur présence serait aussi simple que de mettre une goutte d'eau sur le téléphone.

Les guides d'ondes sont microscopiquement fins, et donc invisibles, de sorte qu'ils ne masquent pas un écran. Et parce qu'ils sont assez petits, des capteurs pour plusieurs cibles biologiques ou chimiques différentes pourraient être intégrés dans un smartphone.

Les chercheurs de Corning ont également découvert que Gorilla Glass possède des propriétés acoustiques utiles. La façon dont il vibre est différente de celle du verre conventionnel : il amortit les ondes sonores. L'application la plus simple est l'isolation acoustique - elle bloque le son mieux que le verre ordinaire.

Mais les mêmes propriétés acoustiques pourraient également transformer les écrans en haut-parleurs. J'ai vu un tel prototype dans l'un des laboratoires de Corning. Un fil dans l'écran se fixe à un petit actionneur qui fait vibrer le verre pour produire des ondes sonores. En raison de la façon dont les ondes se propagent à travers le verre, elles peuvent être contrôlées plus précisément qu'avec du verre ordinaire, permettant une reproduction sonore de meilleure qualité.

Dans un autre laboratoire, des chercheurs ont montré une fenêtre apparemment ordinaire. Puis, d'une simple pression sur un interrupteur sur un circuit imprimé, il s'est transformé en un écran - l'un montrant une vieille publicité pour Coke - et je pouvais à peine distinguer ce qui se cachait derrière l'image. Une fois l'annonce terminée, je pouvais à nouveau voir à travers l'écran. Corning était particulièrement secret sur la façon dont il a réussi à faire fonctionner cette technologie.

La chose la plus étrange que j'ai vue était un jouet en verre ressemblant à Slinky. Il est fait de verre fin Gorilla coupé en forme de spirale avec un nouvel outil de fabrication au laser. Comme avec un Slinky, si vous tenez une partie et lâchez le reste, il s'étend vers le sol. Le verre ordinaire se briserait, mais parce qu'il est plus résistant, ce verre rebondit comme du plastique. La clé pour avoir un verre aussi flexible est de le rendre mince.

Corning a récemment développé Willow Glass, qui mesure environ 100 micromètres d'épaisseur, soit le quart de l'épaisseur du Gorilla Glass normalement utilisé pour les écrans. Il peut être expédié aux clients en rouleaux, ce qui le rend plus facile et moins cher à utiliser dans la fabrication. Les clients potentiels évaluent encore comment l'utiliser ; une application probable est en tant que composant à l'intérieur des écrans. Mais déjà, un type de verre encore plus flexible est en cours de développement, déclare le directeur de la technologie de Corning, David Morse . Il peut se replier sur le bord d'un objet aussi fin qu'un carnet de notes de journaliste, et le faire des millions de fois sans se casser. Cela pourrait être important dans les futurs appareils électroniques pliables.

Fondée en 1851, Corning a survécu dans le passé grâce à sa capacité à réinventer sans cesse les possibilités du verre. À peu près au même moment où le marché de la fibre optique s'est effondré, son activité de vente de verre pour les téléviseurs à tube cathodique a également chuté. Il a été sauvé grâce à un processus qu'il avait inventé pour fabriquer le verre de haute qualité nécessaire aux transistors qui contrôlent les pixels des écrans LCD - la technologie d'affichage même qui détruisait son activité de rayons cathodiques. Quelques années plus tard, la société a reçu un appel de Steve Jobs, qui avait besoin de verre résistant pour le premier iPhone. Corning se trouvait justement avoir une technologie sur l'étagère - le verre trempé qui s'appelait Gorilla Glass. Corning espère être prêt pour le prochain appel.

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