Víte, že staré okenní tabulky jsou na spodním okraji silnější, protože sklo je vlastně tekutina a postupně stéká dolů? Pokud ano, zkuste na to zapomenout. Navzdory tomu, že tento fakt uváděla svého času i ctihodná Encyclopedia Britannica (a stále uvádí v jednom i česká Wikipedie), staré okenní tabulky vám nikdy nevytečou. Dokonce ani pokud byste byli majiteli katedrály s původním vitrážemi.
Dokládá to nejen pohled do reality, ale také vědecké výpočty (česky si můžete závěr přečíst zde a zároveň se přesvědčit, že to není matematický úkol pro každého). Tabulky ve starých sklech sice jsou často na spodním konci silnější než nahoře, ale podle nových poznatků jde o důsledek výrobního postupu.
Sklo tedy podle fyziků není tekutinou, ale pevnou látkou bez krystalické struktury (tj. amorfní látkou). Kdo se cítí ochuzený o zajímavost, nemusí se bát. Sklo sice možná neteče, ale zato si velmi zajímavě "sedá".
Když se Gorilla zmenšuje
Dokázalo to pečlivě sledování metru čtverečního tvrzeného skla, které všichni známe jako kryt displejů u mobilů, tabletů či mobilních počítačů. Pod obchodním názvem Gorilla ho vyrábí americká firma Cornig, a právě její výzkumníci jsou autory nečekaného pozorování. Výsledky zveřejnil časopis Physical Review Letters.
Ukázalo se, že kus nového skla se během deseti dnů zmenšil na délku i šířku o zhruba 5 mikrometrů, tedy 5 tisícin milimetru, respektive 5 miliontin metru. Pak se proces smršťování zpomalil a o dalších 5 mikrometrů se sklo zmenšilo až po roce a půl.
Proč tvrzené sklo vybuchuje?Můžeme si to představit, jako že sklo nakonec tvoří v podstatě tři vrstvy. Shora i zespodu ho kryje vrstva tvrzeného skla, které tlačí na prostřední vrstvu nezpevněného skla. A ta zase vyvíjí tlak na ně, takže protikladné síly se vyrovnávají. K prasknutí dojde jen tehdy, když se prasklina dostane až k vnitřní vrstvě skla, a uvolní se tak napětí v něm. Pak se sklo může rozbít velmi rychle, až "výbušně". Nejdramatičtějším příkladem napětí, které ve skle může pracovat, jsou takzvané kapky prince Ruperta. Jde v podstatě o kousky skla ve tvaru jakési slzy rychle zchlazené ve vodě. Kapka je plná vnitřního napětí a odolá například i úderu kladiva. Ale pokud ji rozlomíte, díky vnitřnímu napětí doslova exploduje. Jak to vypadá, se můžete podívat v galerii. Velmi ilustrativní video, ze kterého snímky pochází, najdete na kanálu Smarter Every Day na YouTube. |
Smrsknutí skla o pár miliontin jeho rozměru podle autorů nemůže ohrozit funkci displejů. I když bychom ujištěním výrobců neměli slepě věřit, změny jsou skutečně velmi malé a změny dané třeba teplotními výkyvy jsou výraznější. Zajímavější otázkou je, proč se vůbec něco takového děje. Pokud sklo neteče, co za toto smršťování může?
Gorilla je tvrzené sklo. Běžně se takové materiály vyrábí rychlým zchlazením rozehřátého skla, například vodou nebo také olejem. Na povrchu tak vznikla pevnější vrstvička, ve která díky jejím vlastnostem vzniká jen málo prasklin, v nichž by pak celé sklo mohlo praksnout.
Novější typy, včetně skla, které známe z mobilů a tabletů, se ovšem vytvrzují chemicky. Noří se do solné lázně, jejímž působením vzniká tvrzená vrstva na povrchu skla. Chemické tvrzení je výhodnější, protože jím vzniká silnější a také rovnoměrnější vrstva tvrzeného materiálu.
Na mikroskopické úrovni to probíhá zjednodušeně tak, že se doslova nahrazují menší atomy většími. Sklo Gorilla obsahuje příměs sodíku. Po namočení do roztoku soli draslíku do něj přechází ionty draslíku, které si "vyměňují místo" s ionty sodíku. Protože draslík je větší atom, ve skle takto na atomární úrovni vzniká napětí, které vede k vytvoření tvrzené vrstvy.
Jak rozbít kapku |
Ale jistou dobu asi trvá, než si "nové" atomy v amorfním skle najdou místa s nejnižší možnou energií, domnívají se autoři nové práce. Obrazně řečeno se atomy během výroby ocitnou například příliš blízko jiným atomům, či na jiné, ne zcela stabilní pozici. Nakonec si však najdou ve svém okolí "dolíček", do kterého díky atomárním silám zapadnou a už z něj nemohou ven. Omezení možnosti pohybu atomů ve skle vede ke zmenšení rozměrů skla.
Nejde o jev zcela nepředvídaný. Teoretici se domnívali, že by k němu mohlo v některých sklech docházet a dokonce už byla matematicky popsána zákonitost, podle které by měl děj probíhat (navrhl ho James C. Phillips, najít ho můžete zde). Podle nových výsledků se zdá, že teorie obstála. Jiní odborníci upozorňují, že přesnost měření nebyla taková, aby byl důkaz zcela přesvědčivý.
Staronový úspěch
Dnešní sklo Gorilla vzniklo ve vývojovém středisku společnosti Corning už na přelomu 50. a 60. let minulého století. Tehdy ho firma chtěla prodávat pod názvem Chemcor například jako materiál na přední skla automobilů. Sklo se dostalo jen do malé série vozů dnes zaniklé firmy American Motors. Problémem byla vysoká cena i to, že při crash-testech se ukázalo, že během havárie sice samotné sklo často vydrží netknuté, ale setkání s ním velmi často nemusí bez úhony přečkat hlavy posádky. Jinými slovy: sklo bylo příliš tvrdé.
Využití našel Chemcor alespoň například ve vojenských letounech a raketách, ale celkově nešlo o žádný velký úspěch. Velká změna přišla až v na přelomu 21. století, kdy se v Cornigu začali zabývat možností, zda by sklo nemohlo posloužit jako kryt mobilních telefonů. Původně to bylo pro značku Motorola, ale nakonec se výroba rozběhla až díky velké zakázce firmy Apple, která si ho objednala už do první generace iPhonů.
V roce 2012 se Gorilla Glass prodalo za víc než miliardu dolarů.
