Para ilmuwan telah menciptakan plastik yang setara dengan baja — kuat tetapi tidak berat. Plastik, yang oleh para ahli kimia kadang-kadang disebut polimer, adalah kelas molekul rantai panjang yang terdiri dari unit berulang pendek yang disebut monomer. Tidak seperti polimer sebelumnya dengan kekuatan yang sama, material baru ini hanya tersedia dalam bentuk membran. Material ini juga 50 kali lebih kedap udara daripada plastik yang paling kedap udara di pasaran. Aspek penting lainnya dari polimer ini adalah kesederhanaan sintesisnya. Prosesnya, yang berlangsung pada suhu ruangan, hanya membutuhkan bahan-bahan murah, dan polimer dapat diproduksi secara massal dalam lembaran besar yang hanya setebal nanometer. Para peneliti melaporkan temuan mereka pada 2 Februari di jurnal Nature.
Material yang dimaksud disebut poliamida, yaitu jaringan molekul amida yang terjalin (amida adalah gugus kimia nitrogen yang terikat pada atom karbon yang terikat oksigen). Polimer semacam itu termasuk Kevlar, serat yang digunakan untuk membuat rompi anti peluru, dan Nomex, kain tahan api. Seperti Kevlar, molekul poliamida dalam material baru ini dihubungkan satu sama lain oleh ikatan hidrogen di sepanjang rantai molekulnya, yang meningkatkan kekuatan keseluruhan material.
“Mereka saling menempel seperti Velcro,” kata penulis utama Michael Strano, seorang insinyur kimia MIT. Merobek material tidak hanya membutuhkan pemutusan rantai molekuler individual, tetapi juga mengatasi ikatan hidrogen antarmolekul raksasa yang meresap ke seluruh bundel polimer.
Selain itu, polimer baru ini dapat secara otomatis membentuk serpihan. Hal ini membuat material mudah diproses, karena dapat dibuat menjadi film tipis atau digunakan sebagai lapisan permukaan film tipis. Polimer tradisional cenderung tumbuh sebagai rantai linier, atau bercabang dan terhubung berulang kali dalam tiga dimensi, terlepas dari orientasinya. Namun, polimer Strano tumbuh dengan cara unik dalam 2D untuk membentuk nanosheet.
“Bisakah Anda melakukan agregasi pada selembar kertas? Ternyata, dalam kebanyakan kasus, Anda tidak bisa melakukannya sampai penelitian kami,” kata Strano. “Jadi, kami menemukan mekanisme baru.” Dalam penelitian terbaru ini, timnya mengatasi hambatan untuk memungkinkan agregasi dua dimensi ini.
Alasan poliaramida memiliki struktur planar adalah karena sintesis polimer melibatkan mekanisme yang disebut templat autokatalitik: saat polimer memanjang dan menempel pada blok pembangun monomer, jaringan polimer yang tumbuh menginduksi monomer selanjutnya untuk hanya bergabung ke arah yang benar untuk memperkuat ikatan struktur dua dimensi. Para peneliti menunjukkan bahwa mereka dapat dengan mudah melapisi polimer dalam larutan ke wafer untuk membuat laminasi selebar satu inci dengan ketebalan kurang dari 4 nanometer. Itu hampir sepersejuta ketebalan kertas kantor biasa.
Untuk mengukur sifat mekanik material polimer, para peneliti mengukur gaya yang dibutuhkan untuk menusuk lubang pada lembaran material yang digantung dengan jarum halus. Poliamida ini memang lebih kaku daripada polimer tradisional seperti nilon, kain yang digunakan untuk membuat parasut. Hebatnya, dibutuhkan gaya dua kali lebih besar untuk membuka sekrup poliamida super kuat ini dibandingkan baja dengan ketebalan yang sama. Menurut Strano, zat tersebut dapat digunakan sebagai lapisan pelindung pada permukaan logam, seperti lapisan kayu pada mobil, atau sebagai filter untuk memurnikan air. Dalam fungsi yang terakhir, membran filter yang ideal harus tipis tetapi cukup kuat untuk menahan tekanan tinggi tanpa kebocoran kontaminan kecil yang mengganggu ke dalam pasokan akhir kita – sangat cocok untuk material poliamida ini.
Di masa depan, Strano berharap dapat memperluas metode polimerisasi ke berbagai polimer selain analog Kevlar ini. “Polimer ada di sekitar kita,” katanya. “Mereka melakukan segalanya.” Bayangkan mengubah berbagai jenis polimer, bahkan yang eksotis yang dapat menghantarkan listrik atau cahaya, menjadi lapisan tipis yang dapat menutupi berbagai permukaan, tambahnya. “Karena mekanisme baru ini, mungkin jenis polimer lain sekarang dapat digunakan,” kata Stano.
Di dunia yang dikelilingi oleh plastik, masyarakat memiliki alasan untuk bersemangat tentang polimer baru lainnya yang sifat mekaniknya jauh dari biasa, kata Strano. Aramid ini sangat tahan lama, yang berarti kita dapat mengganti plastik sehari-hari, mulai dari cat hingga tas hingga kemasan makanan, dengan bahan yang lebih sedikit dan lebih kuat. Strano menambahkan bahwa dari sudut pandang keberlanjutan, polimer 2D super kuat ini merupakan langkah ke arah yang benar untuk membebaskan dunia dari plastik.
Shi En Kim (begitulah ia biasa dipanggil Kim) adalah seorang penulis sains lepas kelahiran Malaysia dan peserta magang editorial Popular Science Musim Semi 2022. Ia telah menulis secara luas tentang berbagai topik, mulai dari penggunaan jaring laba-laba yang unik—baik oleh manusia maupun laba-laba itu sendiri—hingga pengumpul sampah di luar angkasa.
Pesawat ruang angkasa Starliner buatan Boeing belum mencapai Stasiun Luar Angkasa Internasional, tetapi para ahli optimis tentang penerbangan uji ketiga.
Kami adalah peserta dalam Program Afiliasi Amazon Services LLC, sebuah program periklanan afiliasi yang dirancang untuk memberi kami cara untuk mendapatkan biaya dengan menautkan ke Amazon.com dan situs-situs afiliasinya. Mendaftar atau menggunakan situs ini berarti Anda menerima Ketentuan Layanan kami.
Waktu posting: 19 Mei 2022