Ett genombrott av forskare vid University of South Florida (USF) och samarbetande institutioner runt om i världen kan bana väg för bättre produkter, som förbättrade batterier, billack och mobiltelefonskärmar.

När du zoomar in på många moderna material, som de i några av de nyaste batterierna som är gjorda med glasartade polymerer - som innehåller många plaster - de verkar inte enhetliga. Istället, de ser ut som en tie-färgad skjorta, med virvlar av olika material. Enligt forskarna, denna "nanoskala struktur" kan ge sådana extraordinära egenskaper eftersom ytan på glasartade polymerer inte är hård, utan har snarare en gummiliknande konsistens.

En ny studie publicerad i Natur omformar hur vi förstår glasets beteende, vilket är ett materiatillstånd som kombinerar aspekter av fast och flytande. Forskare vid USF, tillsammans med medarbetare vid Princeton University och Zhejiang Sci-Tech University, upptäckt att en naturlig effekt uppstår på ytan av glasartade polymerer, skapar ett följsamt gummiliknande lager bara några dussin atomer tjockt som har egenskaper helt annorlunda än resten av materialet. Detta beteende har utbredda tekniska implikationer, avslöjar hur glasartade polymerer kan fästa vid varandra och potentiellt ge insikt i reptålighet på molekylär nivå.

"Detta ger oss förmågan att förstå och kontrollera hur glasartade polymerer - plaster - beter sig på sin yta, " sa motsvarande författare David Simmons, docent i kemi, biologisk och materialteknik vid USF. "Oavsett om det är en dammpartikel som fastnar på färg, två fibrer som klibbar ihop i en 3D-skrivare, eller nötning på ytan av ett par plastlinser i dina glasögon, detta mikroskopiska skikt på ytan av plast är oerhört viktigt för hur dessa material presterar, och nu förstår vi verkligen dess natur för första gången."

Simmons och hans medarbetare gjorde denna upptäckt genom att bilda "vätande åsar, "små åsar på ytan av en plast, genom att frigöra en jonisk vätskedroppe på polystyrenytor vid olika temperaturer. Polystyren är en solid plast, en typ av glas, det är naturligt tydligt och används ofta för livsmedelsförpackningar, konsumentprodukter och byggmaterial. Genom dessa mätningar och genom att zooma in till den molekylära skalan med superdatorsimuleringsmodeller, de avslöjade närvaron av denna mjuka, gummiliknande lager och hur det kan kontrolleras. Detta genombrott kan peka på att hitta "sweet spot" för viktiga egenskaper som vidhäftning och reptålighet, även på styva ytor.

Teorin liknar den moderna förståelsen av vad som gör skridskoåkning möjlig. Det översta molekylära lagret av isbanan fungerar som vatten, även när isbanan är frusen, så att skridskorna kan glida över ytan. Annat, det skulle inte vara möjligt.