Bayangkan baju besi seringan kain namun lebih kuat dari baja, terbuat dari bahan yang dihubungkan bersama seperti rantai molekul. Para ilmuwan mungkin baru saja mengambil langkah pertama untuk mewujudkannya.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh ilmuwan Universitas Northwestern telah mengembangkan material dua dimensi (2D) pertama yang saling bertautan secara mekanis, mirip dengan tautan dalam surat berantai. Materinya, dirinci dalam penelitian 16 Januari yang diterbitkan di jurnal Sainssangat fleksibel dan kuat, dengan aplikasi yang menjanjikan dalam produk seperti pelindung tubuh ringan dan kain balistik.
Para peneliti menciptakan material pada tingkat skala nano, yang berarti masing-masing komponen dapat diukur dalam nanometer. Secara teknis, ini adalah polimer: zat yang terbuat dari molekul besar, yang juga tersusun dari unit kimia lebih kecil yang disebut monomer. Contoh polimer termasuk protein, selulosa, dan asam nukleat.
Bahan 2D yang berikatan silang secara mekanis adalah struktur polimer yang menggunakan ikatan mekanis—ikatan yang saling bertautan secara fisik, berbeda dengan, misalnya, ikatan kovalen, yang biasanya membentuk polimer dan melibatkan pembagian elektron. Bahan tersebut memiliki 100 triliun ikatan mekanis per 0,16 inci persegi (1 sentimeter persegi), yang merupakan kepadatan ikatan mekanis tertinggi yang pernah dibuat, menurut para peneliti.
“Kami menciptakan struktur polimer yang benar-benar baru,” kata rekan penulis studi William Dichtel dari Northwestern University dalam sebuah pernyataan universitas. “Ini mirip dengan chainmail yang tidak mudah robek karena setiap ikatan mekanis memiliki sedikit kebebasan untuk digeser. Jika Anda menariknya, ia dapat menghilangkan gaya yang diberikan ke berbagai arah. Dan jika Anda ingin merobeknya, Anda harus mematahkannya di banyak tempat berbeda. Kami terus mengeksplorasi propertinya dan mungkin akan mempelajarinya selama bertahun-tahun.”
Tantangan terbesar dalam menciptakan molekul yang berikatan silang secara mekanis terletak pada cara memandu polimer untuk membentuk ikatan mekanis. Madison Bardot dari Northwestern University, yang memimpin penelitian ini, dipuji karena menemukan metode baru untuk mencapai hal ini. Tim memposisikan monomer berbentuk x ke dalam struktur kristal (susunan terurut tertentu) dan mereaksikan kristal tersebut dengan molekul lain. Reaksi ini menciptakan ikatan mekanis di dalam kristal. Produk akhirnya adalah lapisan 2D lembaran polimer yang saling bertautan yang terbuat dari ikatan antara monomer berbentuk X, yang celahnya diisi oleh para peneliti dengan lebih banyak monomer berbentuk X.
“Itu adalah gagasan yang berisiko tinggi dan bernilai tinggi di mana kami harus mempertanyakan asumsi kami tentang jenis reaksi apa yang mungkin terjadi pada kristal molekuler,” kata Dichtel. Bahan yang dihasilkan sangat kuat, namun tetap fleksibel dan mudah dimanipulasi, karena lembaran molekul yang saling bertautan terpisah satu sama lain ketika polimer dilarutkan dalam pelarut.
“Setelah polimer terbentuk, tidak banyak yang menyatukan strukturnya,” tambahnya. “Jadi, saat kita memasukkannya ke dalam pelarut, kristalnya akan larut, tetapi setiap lapisan 2D tetap bersatu. Kami dapat memanipulasi setiap lembar itu.”
Meskipun para peneliti sebelumnya telah membuat polimer yang terikat secara mekanis dalam jumlah yang sangat kecil sehingga sulit untuk diproduksi secara massal, metode baru yang dikembangkan oleh tim ini ternyata sangat terukur. Mereka memproduksi lebih dari satu pon (0,5 kilogram) bahan tersebut, dan menyarankan kemungkinan untuk memproduksi lebih banyak lagi.
Namun, bahkan sebagian kecil dari struktur polimer baru dapat memperbaiki zat lain. Para peneliti membuat bahan yang terdiri dari 97,5% serat Ultem (bahan yang sangat keras dalam keluarga yang sama dengan Kevlar) dan 2,5% polimer 2D, dan menyimpulkan bahwa campuran tersebut telah membuat bahan tersebut menjadi lebih kuat secara signifikan.
“Kami memiliki lebih banyak analisis yang harus dilakukan, namun kami dapat mengatakan bahwa ini meningkatkan kekuatan material komposit ini,” lanjut Dichtel. “Hampir setiap properti yang kami ukur luar biasa dalam beberapa hal.”
Bahan yang sangat kuat dan fleksibel ini mungkin merupakan pelindung masa depan yang telah lama ditunggu-tunggu.
NewsRoom.id
