Para ilmuwan telah menciptakan plastik yang setara dengan baja — kuat tetapi tidak berat. Plastik, yang terkadang disebut polimer oleh ahli kimia, adalah golongan molekul rantai panjang yang terbuat dari unit-unit pendek berulang yang disebut monomer. Tidak seperti polimer sebelumnya dengan kekuatan yang sama, material baru ini hanya hadir dalam bentuk membran. Material ini juga 50 kali lebih kedap udara daripada plastik paling kedap udara di pasaran. Aspek penting lain dari polimer ini adalah kesederhanaan sintesisnya. Proses ini, yang berlangsung pada suhu ruangan, hanya membutuhkan material yang murah, dan polimer tersebut dapat diproduksi secara massal dalam lembaran besar yang tebalnya hanya nanometer. Para peneliti melaporkan temuan mereka pada 2 Februari di jurnal Nature.
Bahan yang dimaksud disebut poliamida, jaringan berulir dari unit molekul amida (amida adalah gugus kimia nitrogen yang terikat pada atom karbon yang terikat oksigen). Polimer tersebut meliputi Kevlar, serat yang digunakan untuk membuat rompi antipeluru, dan Nomex, kain tahan api. Seperti Kevlar, molekul poliamida dalam bahan baru tersebut dihubungkan satu sama lain melalui ikatan hidrogen di sepanjang rantai mereka, yang meningkatkan kekuatan bahan secara keseluruhan.
"Mereka saling menempel seperti Velcro," kata penulis utama Michael Strano, seorang insinyur kimia di MIT. Merobek material tidak hanya memerlukan pemutusan rantai molekul individual, tetapi juga mengatasi ikatan hidrogen antarmolekul raksasa yang menembus seluruh bundel polimer.
Selain itu, polimer baru dapat secara otomatis membentuk serpihan. Hal ini membuat material mudah diproses, karena dapat dibuat menjadi film tipis atau digunakan sebagai pelapis permukaan film tipis. Polimer tradisional cenderung tumbuh sebagai rantai linear, atau berulang kali bercabang dan terhubung dalam tiga dimensi, apa pun orientasinya. Namun polimer Strano tumbuh dengan cara yang unik dalam 2D untuk membentuk lembaran nano.
"Bisakah kita mengagregasi di selembar kertas? Ternyata, dalam kebanyakan kasus, kita tidak bisa melakukannya sampai kita mengerjakannya," kata Strano. "Jadi, kami menemukan mekanisme baru." Dalam penelitian terbarunya ini, timnya berhasil mengatasi rintangan untuk memungkinkan agregasi dua dimensi ini.
Alasan poliaramida memiliki struktur planar adalah karena sintesis polimer melibatkan mekanisme yang disebut templating autokatalitik: saat polimer memanjang dan menempel pada blok pembangun monomer, jaringan polimer yang tumbuh mendorong monomer-monomer berikutnya untuk hanya bergabung dalam arah yang benar untuk memperkuat penyatuan 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 mekanis bahan polimer, para peneliti mengukur gaya yang dibutuhkan untuk melubangi lembaran bahan 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 poliamida super kuat ini dibandingkan baja dengan ketebalan yang sama. Menurut Strano, zat tersebut dapat digunakan sebagai lapisan pelindung pada permukaan logam, seperti pelapis 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 membocorkan kontaminan kecil yang mengganggu ke dalam pasokan akhir kita – sangat cocok untuk bahan poliamida ini.
Ke depannya, Strano berharap dapat memperluas metode polimerisasi ke berbagai polimer selain analog Kevlar ini. "Polimer ada di sekitar kita," ujarnya. "Polimer melakukan segalanya." Bayangkan mengubah berbagai jenis polimer, bahkan yang eksotis yang dapat menghantarkan listrik atau cahaya, menjadi lapisan tipis yang dapat melapisi berbagai permukaan, tambahnya. "Berkat mekanisme baru ini, mungkin jenis polimer lain kini dapat digunakan," kata Stano.
Dalam dunia yang dikelilingi oleh plastik, masyarakat memiliki alasan untuk gembira tentang polimer baru lainnya yang sifat mekanisnya sama sekali tidak 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 yang sangat kuat ini merupakan langkah ke arah yang benar untuk membebaskan dunia dari plastik.
Shi En Kim (begitu ia biasa dipanggil Kim) adalah penulis sains lepas kelahiran Malaysia dan magang editorial Popular Science Musim Semi 2022. Ia telah banyak menulis tentang berbagai topik, mulai dari penggunaan jaring laba-laba yang unik—baik bagi manusia maupun laba-laba itu sendiri—hingga pengumpul sampah di luar angkasa.
Pesawat ruang angkasa Starliner milik Boeing belum mencapai Stasiun Luar Angkasa Internasional, tetapi para ahli optimis tentang penerbangan uji ketiga.
Kami adalah peserta Program Afiliasi Amazon Services LLC, sebuah program periklanan afiliasi yang dirancang untuk menyediakan cara bagi kami memperoleh biaya dengan menautkan ke Amazon.com dan situs afiliasi. Mendaftar atau menggunakan situs ini merupakan bentuk penerimaan terhadap Ketentuan Layanan kami.
Waktu posting: 19 Mei 2022