Menggunakan proses polimerisasi baru, para insinyur di Massachusetts Institute of Technology (MIT) berhasil menciptakan material baru yang kuat dan ringan. Bahkan bahan yang dikembangkan sekuat baja namun memiliki berat seringan plastik.
Lebih uniknya lagi berupa polimer dua dimensi (2D) yang dapat dirakit sendiri menjadi lembaran mudah diproduksi dalam jumlah besar. Polimer ini untuk karena tidak seperti polimer lainnya umumnya yang membentuk rantai satu dimensi.
"Sampai sekarang, para ilmuwan percaya bahwa tidak mungkin menginduksi polimer untuk membentuk lembaran 2D," papar Profesor Teknik Kimia, Carbon P Dubbs dari MIT dan penulis senior studi baru, Michael Strano, pada laman MIT.
Ia mengungkapkan, proses yang hampir mustahil cukup luar biasa. Apalagi polimerisasi yang terjadi pada semacam bahan plastik ini dinilai tidak begitu kuat sehingga tidak mampu menopang beban misalnya bangunan atau jembatan. Aplikasi lainnya dari bahan itu adalah sebagai bahan pembuatan suku cadang mobil atau ponsel.
"Kami biasanya tidak menganggap plastik sebagai sesuatu yang dapat Anda gunakan untuk menopang sebuah bangunan, tetapi dengan bahan ini, Anda dapat memungkinkan penggunaan pada hal-hal baru," kata Dubbs. "Ini memiliki sifat yang sangat tidak biasa dan kami sangat senang tentang itu," imbuh dia.
Mahasiswa pasca doktoral MIT dan juga penulis utama studia tersebut, Yuwen Zeng, mengatakan para peneliti telah mengajukan dua paten pada proses yang mereka gunakan untuk menghasilkan bahan, yang mereka gambarkan dalam makalah yang muncul di Nature.
Proses Polimerisasi Baru
Polimer, yang mencakup semua plastik, terdiri dari rantai blok biasa disebut monomer. Rantai ini tumbuh dengan menambahkan molekul baru ke pada proses akhir. Setelah terbentuk, polimer dua dimensi tersebut dapat dibentuk menjadi objek tiga dimensi (3D), seperti botol air, menggunakan cetakan injeksi.
Ilmuwan polimer telah lama berhipotesis bahwa jika polimer dapat diinduksi untuk tumbuh menjadi lembaran dua dimensi, mereka harus membentuk bahan yang sangat kuat dan ringan. Namun, beberapa dekade kerja di bidang ini mengarah pada kesimpulan bahwa tidak mungkin membuat lembaran seperti itu.
Salah satu alasannya adalah jika hanya satu monomer yang berputar ke atas atau ke bawah, keluar dari bidang lembaran yang tumbuh maka material akan mulai mengembang dalam tiga dimensi. Hal ini membuat struktur seperti lembaran akan hilang.
Namun dalam studi baru, Strano dan rekan-rekannya menemukan proses polimerisasi baru yang memungkinkan mereka menghasilkan lembaran dua dimensi yang disebut poliaramida. Untuk blok rantai monomer, para peneliti menggunakan senyawa yang disebut melamin, yang mengandung cincin atom karbon dan nitrogen.
Di bawah kondisi yang tepat, monomer ini dapat tumbuh dalam dua dimensi, membentuk cakram. Cakram tersebut menumpuk di atas satu sama lain, disatukan oleh ikatan hidrogen di antara lapisan, yang membuat strukturnya sangat stabil dan kuat.
"Alih-alih membuat molekul seperti spageti, kami membuat bidang molekul seperti lembaran, di mana kami mendapatkan molekul untuk menghubungkan diri mereka sendiri dalam dua dimensi. Mekanisme ini terjadi secara spontan dalam larutan, dan setelah kami mensintesis bahannya, dapat dengan mudah melapisi film tipis yang sangat kuat," kata dia.
Beruntungnya lagi bahan polimer dua dimensi itu dapat dirakit sendiri dalam larutan. Untuk membuatnya dalam jumlah besar hanya dengan menambah jumlah bahan awal. Para peneliti menunjukkan bahwa mereka dapat melapisi permukaan dengan lapisan material, yang mereka sebut 2DPA-1.
"Dengan kemajuan ini, kami memiliki molekul planar yang akan lebih mudah dibuat menjadi bahan yang sangat kuat, tetapi sangat tipis," kata Strano. hay/I-1

Baca Juga: