Как делают небьющееся стекло? [Veritasium]

[музыка] стекло хрупкий материал поэтому им даже обозначают бьющиеся предметы при этом мы так многого от него ожидаем стекло должно быть идеально прозрачным стойким к царапинам тонким и даже гибким но в первую очередь нам надо чтобы оно не билось возможно ли это в этом видео Том Почему стекло один из важнейших материалов которые производит человек оно преобразован спровоцировала несколько революций в науке и радикально изменила представление о нашем месте во Вселенной в середине 2006 года у Стива Джобса возникла проблема в Apple разрабатывали первый iPhone выпустить который планировали в январе 2007 но Джобс был недоволен пластиковый экран прототипа легко царапался нужен был стеклянный только вот обычное стекло не подходило его тоже несложно поцарапать так оно ещё и бьётся Кроме того чтобы не увеличивать толщину устройства стекло нужно было очень тонкое Джобс обратился кнлу уку директору корнинг с просьбой разработать такое стекло и через полгода оно красовалась на Первом Айфоне этим стеклом была Gorilla GL gilla GL используется в телефонах компьютерах мобиль устройствах уже 17 лет Это миллиарды устройств и с тех пор оно стало намного прочнее мы отправили продюсера веритасиум Петра в штаб-квартиру корнинг чтобы он Своими глазами посмотрел как это стекло получается таким прочным Нам нужен доброволец Ну это наверное я отлично первое испытание царапины от ключей У нас тут есть поликарбонат по сути пластик сначала можете попробовать поцарапать поликарбонат посмотрим что получится Да вижу царапины Да попробую нацарапал ну почти хорошо Ну как видно веритасиум да Ну хорошо теперь Попробуйте также на второй половине это горила глаз да тут совсем совсем не царапается чтобы стекло разбилось нужно два условия дефект и напряжение руником от него остались царапины на поверхности а напряжение создаст ПТ ставте стилус в центр обведённый образец упрощённое известково натриевое стекло прочнее его не сделать Давайте сложнее ощути Да посложнее теперь горила глаз мне что-то страшновато Ого я понимаю что ломать его не надо но я попробую Так что серьёзно обычно у людей две реакции Одни говорят отличная демонстрация понимаю что вы хотели показать А другие сразу так это вызов Я таки разобью это стекло Нет ну вообще отличная демонстрация на самом деле я действительно очень впечатлён но разбить стекло всё равно хочется ещё разок не у меня уже стилус гнётся Ясно отлично в природе стекло существует уже миллиарды лет оно образуется из-за падения метеоритов ударов молний и извержений вулканов появились люди Они нашли стеклу применения вулканическое стекло - это обсидиан он формируется при быстром остывании Лавы обсидиан хрупкий поэтому ударяя об него другим камнем можно откалывается ширина кончика составляет всего 3 наме и лучше всего для этого подходит как раз обсидиан люди пользуются стеклом миллион с лишним лет а вот изготавливать его мы начали совсем недавно примерно 5600 лет назад самое распространённое стекло состоит По большей части из кислорода и кремния веществ которых больше всего в земной коре в природе они существуют в форме кварца кристаллического диоксида кремни виде атомы образуют регулярную кристаллическую структуру Кварц - это главная составляющая песка если взять песок нагреть его примерно до 1700 градусо по Цельсию расплавить а потом быстро остудить то получится стекло при быстром остывании атомы не успевают выстроить кристаллическую решётку И вместо этого застывают на месте как в жидкости резко заморозили поэтому стекло - это аморфное тело аморфное то есть хаотичное без какой-либо чёткой структуры и организации возможно отсюда и взялось неправильное представление о том что стекло - это жидкость это твёрдое вещество в котором при комнатной температуре атомы занимают определённые места и не сдвигаются с них как в жидкости 9 лет назад я даже снимал об этом видео кристаллической рештки нет но оно ВС равно твёрдое из-за этой особенности стекло и ломается так легко у такой структуры нет способа снять внешнюю нагрузку из-за этого около дефекта на поверхности стекла появляется трещинка она растёт [музыка] расцепка стекло Наконец Не расколется теперь другое испытание на устойчивость к ударом здесь будем пользоваться наждачкой она как бы выполняет роль асфальта Ясно пример приезжаете на парковку выходите из машины и роняй телефон закрепляем стекло вот так чтобы немного выгибать создаём напряжение Ударная часть шероховатая как я уже объяснял это стекло не наше оно Похоже на то что производит и продают конкуренты отпускайте когда будете готовы 3 2 1 я что-то слышал Вот как разви уроните телефон нет ужас здесь у нас горила глаз и штука которую мы называем супер шлёп Да очень весёлое название Я знаю как видите здесь высота намного больше откуда отпускать отсюда дальше с самого верха Да с самого верха то есть не только балка длиннее Но мы ещё и поднимаем выше Да ладно 3 2 1 целая не разбилась впечатляет Итак в базовый рецепт стекла входит диоксид кремни однако уже Тысячи лет люди добавляют туда другие вещества чтобы изменить его свойства карбонат натрия он же сода и оксид кальция то есть известь снижают температуру плавления стекла с 1700 примерно до 1000° C по этой причине сейчас таков состав примерно 90% производимого стекла а если добавить оксид Бора то получится боросиликатное стекло обычное стекло довольно чувствительно к изменениям температуры если например облить лобовое стекло кипятком материал начнёт стремительно расширяться и лопнет но убора силикатного стекла очень низкий коэффициент теплового расширения его объём почти не меняется Даже при очень больших перепадах температуры поэтому из него часто делают пробирки и другие ёмкости для лабораторий идм захватите себе защитные очки хорошо да шикарно ничего в них не вижу точный состав горело глаз не разглашает но в основе его лежит сочетание кремния алюминия магния и натрия и он постоянно меняется исследователи всё время испытывают новые формулы чтобы получить ещё более прочное стекло устойчивое к повреждению так здорово чувствуете себя пиццайола когда так [музыка] делаете в этом помещении проходят все [музыка] эксперименты в первый раз стекло получилось у людей скорее всего случайно до этого момента человек работал с металлами уже Тысячи лет есть версия что однажды для обработки металла попал песок и из него получилось стекло Но вскоре работа с этим материалом превратилась в ремесло из него начали делать украшения фигурки посуду и сосуды в отличие от глины стеклу не страшна вода а значит оно идеально подходит для чаш и бутылок потом люди заметили что если подмешать другие вещества то цвет стекла меняется оксид Кобальта Дат яркий оттенок синего добавить медную руду получится красный но ВС это древнее стекло о котором мы сейчас говорили было мутным Однако сейчас Мы представляем себе этот материал совсем иначе с тех пор как открыли способ производства стекла до момента когда изобрели прозрачное прошли Тысячи лет потому что создать его довольно сложно первый шаг в этом направлении сделали примерно в сом году тогда александрийские стеклодел добавили в состав диоксид марн стекло начало просвечивать прозрачным его не назвать но какой-то свет оно ВС же пропускало такое стекло начали вставлять в окна и это было очень важно у людей Появилась возможность сохранить в доме тепло защититься от ветра и всякой живности но при этом впустить солнечный свет Однако настоящий прозрачности от него топились только Много веков спустя неподалеку от Венеции производство стекла развивалась и приносила городу много денег была только одна проблема для изготовления и работы с ним требовались очень жаркие печи а Венеция в те времена почти вся была деревянная Так что да стекло приносило городу богатство но временами Случайно его сжигала власти Венеции решили что Хватит это терпеть и вс производство перенесли на остров мурана С тех пор он известен как стеклянный остров где делают самую изящную и красивую в мире посуду из этого материала здесь же впервые появилось прозрачное стекло благодаря мастеру Анжела баров он взял водоросли и богатые калием и марганцем сжёг их а полученный Пепел бросил в будущее стекло которое как он заметил остуди в его получилось прозрачным большинство непрозрачные потому что фотоны которые на них попадают поглощаются возбуждая электроны которые затем переходят на более высокий энергетический уровень Но это происходит только если энергия фотона равна энергии разрешённого электронного перехода энергетический уровне у материалов разный в прозрачном стекле электронам для перехода с более низкого на более высокий уровень Нужно больше энергии Чем может дать Фотон видимого Света поэтому эти частицы просто пролетают насквозь Однако Хотя стекло и пропускает видимый свет оно взаимодействует с другими частотами электромагнитного Спектра например поглощает значительную часть ультрафиолетовых лучей потому что у этих фотонов больше энергии они выталкивают электроны на более высокий энергетический уровень и поглощается поэтому Ультрафиолет блокируется стеклом по тому же принципу делается и цветное стекло в него добавляют примеси изза чего меняются энергетические уровни а следовательно и цвет посмотреть на Разлом стекла можно заметить зеленоватый оттенок он получается из-за того что для окон чаще всего использует состав с натриевой известью а в нём есть примеси оксидов железа которые дают зелёный то есть поглощают его хуже чем другие цвета и нам виден зеленоватый [музыка] оттенок изобретение прозрачного стекла важно по трм причинам в начале на Сере Италии его отливали и оформили в небольшие диски которые [музыка] утолщающий дальнозоркость не казались такими уж нужными грамотных было так мало что новые изобретение пригодилось практически только монахам в со году появился печатный пресс они стали невероятно полезны печатные книги стали гораздо доступнее рукописных что привело к быстрому росту грамотности и вдруг намного больше людей поняли что страдают дальнозоркостью частью решения этой проблемы уже было через 150 лет отец и сын Ханс и захари янсен изменили положение линз поставили одну перед другой так появился пожалуй первый в мире микроскоп он увеличивал объекты Примерно в 20 раз в 1660 Антони Ван Ливин Гук занялся созданием линз сам и значительно усовершенствовал работу янсона он добился двухсот тно увеличения и смог разглядеть клетки человеческих тканей Через несколько лет вышла стек в 1608 году Иоан липерс который занимался изготовлением очков подал патент на первую подзорную трубу он предполагал что с её помощью военные смогут следить за противником Спустя год его идеи дошли до Галилея Галилея который решил направить трубу в небо и рассмотреть через неё Звёзды и планеты телескоп галилеи увеличивал объекты на ночном небе примерно в 30 раз в 1610 астроном в деталях рассмотрел кратеры на Луне фазы Венеры и четыре крупнейших спутника Юпитера его наблюдения вбили последний гвоздь в гроб геоцентрической модели вселенной Галилей увидел спутники которые обращались вокруг Юпитера а совсем не земли Да и чем ещё объяснить фазы Венеры как не тем что планеты ходит вокруг солн э бы мы не изобрели прозрачное стекло прошло ещ 400 лет И теперь мы умеем делать стекло которая на несколько порядков прозрачнее воды настолько что если сделать стеклянную колонну на всю глубину Марианской впадины то с поверхности будет видно дно такое стекло используют в [музыка] оптоволокне Ох Теперь всё по-настоящему готов но важнее всего для нас прочность стекла так как же сделать очень хрупкий по своей сути материал устойчивым к падения и царапинам Начинать надо с алюмо Силикатной основы а затем когда стекло готово поместим его в раствор калиевых солей при температуре 420 граце очень похоже на воду Да похоже но пить её что-то не хочется калий и натрий химически очень похожи на внешней орбите у них по одному электрону в ходе процесса часть натрия в стекле заменяется атомами калия они заметно крупнее атомов натрия но из-за того что стекло уже затвердело его размеры при этом не меняются крупные атомы оказываются в том же пространстве где были атомы поменьше Это увеличивает сопротивление напряжению нажать поверхности и стекло прочнее на глаз видна хоть какая-то разница в размерах честно сказать Нет у меня в руках две стеклянные пластинки одна прошла ионный обмен вторая Нет я не знаю где Какая но скоро мы это выясним все готовы 3 2 1 Ну вот это очень здорово мне сильнее ударить да смачный звук получился это всё просто невероятно Очень круто и такой эффект от ионного обмена Да Больше ничего нет никакой другой разницы нет просто помещается в раствор Да несколько часов Иля думаю какую бы здесь Приве аналогию бы во стояли какие-то Люди а вы попробовали бы через них пробежать Наверное вам пришлось бы отх нуть пару человек и тогда вы пробились бы сквозь толпу Но что если бы все эти люди встали вплотную друг другу как будто в час пик в метро Например если пытаться через них пробежать то вы как будто упр в стену растолкать всех и пробить себе путь не получится исследователи ВН постоянно ИТ ССО больше повысить прочность стекла целая команда занимается тем что испытывает разные образцы Ну что ж мы его продавливает Да 2 мм стекло там подвергают самым разным испытаниям его гнут царапают роняют сверху тяжёлые стальные шарики 3 2 1 ещё здесь есть реплики телефонов с разными стёклами на экране их сбрасываются всё большей высоты можем немного поднять и тогда понятно представим что примерно так бы я делал селфи всё это ради того чтобы следующая версия Gorilla гз была прочнее чем сейчас можно попробовать Если хотите ещё как метр 70 см примерно с этой высоты делают селфи 3 2 1 потрясающе Давайте посмотрим цел невредим это просто нечто Ирония мы снимаем видео о прочном стекле а телефон у меня выглядит вот так надеюсь вам видно вот в общем это стекло и оно бьётся оно пока не совершенно но становится всё лучше и лучше потому что учёные ищут новые способы повысить его прочность сделано уже так много Я рад тому что у меня есть этот материал он потрясающий пусть даже иногда трескается особенно если не покупать чехол для телефона переведено и озвучено студии Верт дайдер