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南佛罗里达大学发现全新聚合物纳米结构 可提升汽车油漆等产品的性能

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58京牌 ,南佛罗里达大学(USF)及其合作机构的研究人员取得突破性发现,将为制造更好的产品铺平道路,例如电池、汽车油漆和手机屏幕。

(图片来源:南佛罗里达大学)

在放大许多现代材料时,例如最新电池中一些由玻璃状聚合物制成的材料(其中包括许多塑料),会发现它们并不均匀,有点像扎染的衬衫,上面带有不同材料的漩涡。据研究人员介绍,这种“纳米级结构”可以为材料带来卓越特性,因为玻璃状聚合物的表面并不坚硬,而是具有橡胶般的稠度。

新研究正在重塑对玻璃行为的认知,这是一种结合液态和固态和物质。USF、普林斯顿大学(Princeton University)和浙江科技大学(Zhejiang Sci-Tech University)的研究人员发现,玻璃状聚合物表面发生了一种自然效应,从而形成柔顺的橡胶层。该层只有数十个原子厚,其性能完全不同于材料的其他部分。这具有广泛的技术意义,揭示玻璃状聚合物可以彼此粘附,提供了从分子层面了解抗划伤性的可能性。

USF化学、生物和材料工程学副教授David Simmons表示:“我们可以借此了解和控制玻璃状聚合物,也就是塑料,在其表面的行为方式。无论是粘在油漆上的灰尘颗粒,还是3D打印机中粘在一起的两根纤维,还是眼镜塑料镜片的表面磨损,塑料表面的这一微观层,对于材料性能具有重要意义。现在,我们第一次真正了解其本质。”

研究人员通过在不同温度下在聚苯乙烯表面释放离子液滴,形成“湿脊”(wetting ridge),即塑料表面的小脊,得到这一发现。聚苯乙烯是一种固体塑料,这是一种透明的玻璃,经常用于食品包装、消费品和建筑材料。通过进行测量,并通过超级计算机模拟模型将其放大到分子尺度,研究人员发现了这种柔软的橡胶层,以及如何控制它。这一突破性发现,可以为一些重要的材料特性,如附着力和抗划痕性,甚至在坚硬的表面上找到“最佳位置”。

这一理论类似于现代对滑冰的理解。溜冰场的顶层分子层就像水一样,即使在溜冰场结冰时,也能让溜冰鞋在表面滑行。

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