Para saintis telah menemui cara baru untuk menyusun karbon pada skala nano, mewujudkan struktur yang melebihi berlian dari segi kekuatan dan ketumpatan.
Walaupun grid karbon kecil dibuat dan diuji di makmal, ia masih jauh dari penggunaan praktikalnya. Tetapi pendekatan baru ini dapat membantu kita membuat bahan yang lebih kuat dan lebih ringan di masa depan, yang sangat menarik bagi industri seperti aeroangkasa dan penerbangan.
Apa yang kita bicarakan di sini adalah sesuatu yang dikenali sebagai struktur nanolatik – struktur berliang seperti yang terdapat dalam gambar di atas, terdiri daripada penyangga karbon tiga dimensi dan pendakap keriting. Berkat strukturnya yang unik, mereka sangat kuat dan ringan.
Lazimnya, nanolatik ini berdasarkan kerangka silinder (ia disebut balok nanolatik). Tetapi pasukan kini telah membuat nanolatik lamela, struktur berdasarkan lamela kecil.
Berdasarkan eksperimen dan pengiraan, pendekatan lamellar menjanjikan peningkatan kekuatan 639% dan peningkatan kekakuan 522% berbanding kaedah pancaran berstruktur nanostruktur.
Untuk menguji secara pasti bahan-bahan ini di makmal, para penyelidik menggunakan proses pencetakan laser 3D yang canggih yang disebut laser langsung menulis polimerisasi dua-foton, yang pada dasarnya menggunakan reaksi kimia yang dikawal dengan teliti dalam sinar laser untuk membentuk acuan pada skala terkecil.
Dengan menggunakan resin cecair sensitif UV, proses memancarkan foton ke resin untuk mengubahnya menjadi polimer padat dengan bentuk tertentu. Langkah tambahan kemudian diperlukan untuk membuang lebihan resin dan memanaskan struktur untuk menahannya di tempat.
Apa yang dapat dilakukan oleh para saintis di sini sebenarnya menghampiri kekukuhan dan kekuatan teori maksimum bahan jenis ini – sempadan yang dikenali sebagai batas atas Khashin-Shtrikman dan Suke.
Seperti yang disahkan oleh mikroskop elektron pengimbasan, ini adalah eksperimen nyata pertama yang menunjukkan bahawa kekuatan muktamad teoritis dapat dicapai, walaupun kita masih belum dapat membuat bahan ini pada skala yang lebih besar.
Sebenarnya, sebahagian kekuatan bahan terletak pada ukurannya yang kecil: apabila objek seperti itu dimampatkan hingga 100 nanometer – seribu kali lebih sedikit daripada ketebalan rambut manusia – liang dan retakan di dalamnya menjadi lebih kecil, mengurangkan potensi kecacatan.
Sejauh bagaimana nanolatik ini akhirnya dapat digunakan, mereka pasti akan menarik minat industri aeroangkasa – gabungan kekuatan dan ketumpatan rendah menjadikannya sesuai untuk pesawat dan kapal angkasa.
Penyelidikan ini diterbitkan dalam Nature Communications.
Sumber: Foto: (Cameron Crook dan Jens Bauer / UCI)
