REPUBLIKA.CO.ID, JAKARTA -- Perkembangan bidang ilmu material terus menuju kemajuan. Ilmuwan terus berjuang menemukan material baru atau kombinasi material yang bersifat kuat namun ringan. Agaknya, sifat material yang ringan dan kuat adalah idaman bagi semua ilmuwan.
Kini, ilmuwan dari The Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan satu material baru yang 10 kali lebih kuat dibandingkan baja, namun memiliki sifat ringan. Hal sederhana yang mereka lakukan bukanlah merekayasa material, namun merekayasa geometri material.
Karbon masih menjadi unsur utama pembentuk material kuat dan ringan ini. Selama bertahun-tahun, para peneliti mengenal bahwa karbon yang diperlakukan dengan cara-cara tertentu bisa menghasilkan bahan atau material yang sangat kuat. Salah satu contohnya yakni material grafin. Grafin hingga saat ini dikenal sebagai material yang paling kuat.
Grafin, material ini terbuat dari lembaran yang sangat tipis, yang tersusun dari atom-atom karbon dalam dua dimensi. Namun, grafin bukanlah material 'yang sempurna'. Ilmuwan masih terus berupaya membuat grafin tiga dimensi yang secara karakternya memiliki sifat listrik yang unik dan bisa diaplikasikan untuk lebih banyak hal.
Kini, tim peneliti menemukan bahwa serpihan-serpihan grafin yang dileburkan dan membentuk lubang, tidak hanya mampu mempertahanan kekuatan meterialnya. Namun, hal tersebut juga mampu menjaga grafin tetap berpori. Dalam ilmu material, zat-zat yang memiliki sifat berpori bisa digunakan untuk bermacam aplikasi. Salah satu yang paling umum adalah untuk bidang filtrasi atau penyaringan. Misalnya, untuk penyaringan limbah.
"Temuan baru ini menunjukkan bahwa konfigurasi geometris lebih berperan (dalam hal kekuatan material) dibandingkan sifat material itu sendiri," kata Markus Buehler, kepala bidang teknik sipil dan lingkungan MIT dilansir dari Science alert, Senin (10/1).
Berdasarkan percobaan yang dilakukan pada model 3D, peneliti dari MIT mengatakan bahwa dengan ukuran geometri yang berbeda, material ini benar-benar lebih kuat dari grafin 2D. Material ini mampu 10 kali lebih kuat dibandingkan baja, dengan hanya 5 persen kepadatan yang lebih. Temuan ini membawa arti besar bahwa bahan yang ringan namun kuat akan bisa diaplikasikan untuk banyak hal baru.
Dia mengatakan geometri adalah faktor yang dominan dalam menentukan sifat materi. Bukan tidak mungkin, apa yang diujicobaan pada grafin ini juga diaplikasikan pada bahan lain seperti polimer atau logam. Menurut dia, faktor geometri ini pula yang bisa menjadi salah satu faktor rekayasa dalam membentuk struktur bangunan yang kuat seperti jembatan.
Karbon, si material ajaib
Karbon memang bersifat sangat serba guna. Pada pada April 2016 lalu, ilmuwan berhasil melakukan sintesis zat yang diklaim paling kuat di dunia yang berasal dari varian struktur karbon. Material ini disebut carbyne. Secara teoritis, ilmuwan mengetahui carbyne sebagai bahan yang sangat berguna. Namun, ini adalah satu-satnya karbon yang belum berhasil disintesis meskipun para ilmuwan telah mempelajari sifatnya selama bertahun-tahun.
Riset 50 Tahun, Bahan Paling Kuat di Dunia Berhasil Disintesis
Sifat mekanik carbyne ini diperkirakan melebihni semua bahan yang dikenal. Carbyne diasumsikan memiliki sifat kaku hingga 2 kali dibandingkan grafin, 40 kali lebih keras dibandingkan berlian dan memiliki kekuatan tarik yang lebih besar dibandingkan bahan karbon lainnya. Dengan sifat zat yang demikian, ilmuwan cukup merasa sulit untuk membuat zat ini dalam skala labotorium.
Namun, kini tim peneliti internasional menemukan cara untuk memproduksi secara massal carbyne. Tim mengambil dua lapis grafin, lalu menekan dua lapisan itu bersama, digulung menjadi tipis menjadi karbon nanotube berdinding ganda. Nanotube ini kemudian dililitkan pada atom dan melindungi carbyne dari zat-zat lain yang mengganggu.
Penelitian ini diterbitkan dalam jurnal Nature Materials ini memecahkan rekor jumlah karbon dalam satu unit tunggal material. Sebelumnya, rekor jumlah atom karbon yang terdapat dalam satu rantai berjumlah 100. Kini, rekor tersebut dikalahkan dengan metode baru yang menghasilkan carbyne. Metode baru ini mampu menghasilkan satu rantai tunggal dengan jumlah atom hingga 6.400 unit carbon.
