Een doorbraak van onderzoekers van de University of South Florida (USF) en samenwerkende instellingen over de hele wereld zou de weg kunnen effenen voor betere producten, zoals verbeterde batterijen, autolak en gsm-schermen.

Wanneer je inzoomt op veel moderne materialen, zoals die in sommige van de nieuwste batterijen die zijn gemaakt met glasachtige polymeren - waaronder veel kunststoffen - zien ze er niet uniform uit. In plaats daarvan, ze zien eruit als een geknoopt overhemd, met wervelingen van verschillende materialen. Volgens de onderzoekers is deze "structuur op nanoschaal" kan zulke buitengewone eigenschappen opleveren omdat het oppervlak van glasachtige polymeren niet hard is, maar heeft eerder een rubberachtige consistentie.

Een nieuwe studie gepubliceerd in Natuur hervormt hoe we het gedrag van glas begrijpen, dat is een toestand van materie die aspecten van vast en vloeibaar combineert. Onderzoekers van USF, samen met medewerkers van Princeton University en Zhejiang Sci-Tech University, ontdekte dat er een natuurlijk effect optreedt aan het oppervlak van glasachtige polymeren, het creëren van een soepele rubberachtige laag van slechts enkele tientallen atomen dik die eigenschappen heeft die totaal anders zijn dan de rest van het materiaal. Dit gedrag heeft wijdverbreide technologische implicaties, onthullen hoe glasachtige polymeren aan elkaar kunnen hechten en mogelijk inzicht geven in krasbestendigheid op moleculair niveau.

"Dit geeft ons het vermogen om te begrijpen en te controleren hoe glasachtige polymeren - kunststoffen - zich direct aan hun oppervlak gedragen, " zei corresponderende auteur David Simmons, universitair hoofddocent scheikunde, biologische en materiaalkunde bij USF. "Of het nu een stofdeeltje is dat aan de verf kleeft, twee vezels die aan elkaar plakken in een 3D-printer, of slijtage aan het oppervlak van een plastic lens in uw bril, deze microscopisch kleine laag aan het oppervlak van kunststoffen is enorm belangrijk voor hoe deze materialen presteren, en nu begrijpen we voor het eerst echt de aard ervan."

Simmons en zijn medewerkers deden deze ontdekking door "bevochtigende richels, " kleine ribbels aan het oppervlak van een plastic, door een ionische vloeistofdruppel vrij te geven op polystyreenoppervlakken bij verschillende temperaturen. Polystyreen is een stevige kunststof, een soort glas, dat is van nature helder en wordt vaak gebruikt voor voedselverpakkingen, consumentenproducten en bouwmaterialen. Door deze metingen en door in te zoomen op de moleculaire schaal met supercomputersimulatiemodellen, ze onthulden de aanwezigheid van deze zachte, rubberachtige laag en hoe deze gecontroleerd kan worden. Deze doorbraak zou kunnen wijzen op het vinden van de "sweet spot" voor belangrijke eigenschappen zoals hechting en krasvastheid, zelfs op harde oppervlakken.

De theorie is vergelijkbaar met het moderne begrip van wat schaatsen mogelijk maakt. De bovenste moleculaire laag van de ijsbaan werkt als water, zelfs als de ijsbaan bevroren is, zodat schaatsen over het oppervlak kunnen glijden. Anders, het zou niet mogelijk zijn.