Illustration de la création de domaine élastomère transitoire interfacial en surface via le gradient dynamique segmentaire, utilisant un instantané de simulation représentatif (rendu dans VMD37). Le gradient exponentiel des barrières d'activation à la relaxation est illustré par le gradient de couleur des billes de fond; une chaîne représentative s'étendant de la surface au milieu du film est surlignée en jaune. Ce brin couvrant le gradient produit le comportement caoutchouteux de surface transitoire. Crédit :Université de Floride du Sud
Une percée réalisée par des chercheurs de l'Université de Floride du Sud (USF) et des institutions collaboratrices du monde entier pourrait ouvrir la voie à de meilleurs produits, telles que des batteries améliorées, peinture automobile et écrans de téléphones portables.
Lorsque vous zoomez sur de nombreux matériaux modernes, comme celles de certaines des batteries les plus récentes fabriquées avec des polymères vitreux, qui comprennent de nombreux plastiques, elles ne semblent pas uniformes. Au lieu, ils ressemblent à une chemise tie-dye, avec des tourbillons de différents matériaux. Selon les chercheurs, cette "structure à l'échelle nanométrique" peut donner des propriétés si extraordinaires parce que la surface des polymères vitreux n'est pas dure, mais a plutôt une consistance caoutchouteuse.
Une nouvelle étude publiée dans La nature est de remodeler la façon dont nous comprenons le comportement du verre, qui est un état de la matière qui combine des aspects de solide et de liquide. Chercheurs à l'USF, avec des collaborateurs de l'Université de Princeton et de la Zhejiang Sci-Tech University, découvert qu'un effet naturel se produit à la surface des polymères vitreux, créant une couche caoutchouteuse conforme de seulement quelques dizaines d'atomes d'épaisseur qui a des propriétés complètement différentes du reste du matériau. Ce comportement a des implications technologiques étendues, révélant comment les polymères vitreux peuvent adhérer les uns aux autres et fournissant potentiellement un aperçu de la résistance aux rayures au niveau moléculaire.
« Cela nous permet de comprendre et de contrôler le comportement des polymères vitreux (les plastiques) à leur surface, " a déclaré l'auteur correspondant David Simmons, professeur agrégé de chimie, génie biologique et des matériaux à l'USF. "Que ce soit une particule de poussière qui colle à la peinture, deux fibres collées ensemble dans une imprimante 3D, ou abrasion à la surface d'une paire de verres en plastique dans vos lunettes, cette couche microscopique à la surface des plastiques est extrêmement importante pour les performances de ces matériaux, et maintenant nous comprenons vraiment sa nature pour la première fois."
Simmons et ses collaborateurs ont fait cette découverte en formant « des crêtes de mouillage, " de minuscules arêtes à la surface d'un plastique, en libérant une gouttelette de liquide ionique sur des surfaces en polystyrène à différentes températures. Le polystyrène est un plastique solide, un type de verre, qui est naturellement clair et souvent utilisé pour les emballages alimentaires, produits de consommation et matériaux de construction. Grâce à ces mesures et en zoomant à l'échelle moléculaire avec des modèles de simulation de supercalculateurs, ils ont révélé la présence de ce doux, couche caoutchouteuse et comment elle peut être contrôlée. Cette percée pourrait indiquer de trouver le "sweet spot" pour des propriétés importantes telles que l'adhérence et la résistance aux rayures, même sur des surfaces rigides.
La théorie est similaire à la compréhension moderne de ce qui rend le patinage sur glace possible. La couche moléculaire supérieure de la patinoire agit comme de l'eau, même lorsque la patinoire est gelée, permettant aux patins de glisser sur la surface. Autrement, ce ne serait pas possible.
