Meski Setipis Rambut, Material Ini Lebih Kuat Dari Kevlar Dan Baja

Zsmart.id. Gabungan peneliti dari MIT, Caltech, dan ETH Zurich menghasilkan material rekayasa baru dalam struktur nano yang dapat digunakan sebagai baju armor yang ringan, lapisan perlindungan, dan material-material yang tahan terhadap tumbukan mekanik. 

Para peneliti tersebut telah memfabrikasi material yang sangat ringan (ultralight material) dari karbon berstruktur nano yang memberikan sifat kekerasan (toughness) dan ketahanan mekanik (mechanical robustness) yang baik. Pengujian ketangguhan (resilience) dilakukan dengan menembakkan partikel mikro berkecepatan suara dan diperoleh hasil bahwa material tersebut dapat mencegah proyektil mikro-partikel tersebut. 

sumber : MIT

Lebih lanjut, tim peneliti membandingkan dengan material serupa semisal baja, kevlar, alumunium dan beberapa material tahan tumbukan lainnya (relatif terhadap massa material) dan diperoleh  bahwa material ini paling efisien dalam meredam tumbukan mekanik yang diberikan padanya. Berdasarkan hasil ini, maka apabila material tersebut diproduksi dalam skala besar, material bernano struktur ini dapat menjadi bahan dasar yang menjanjikan dalam pembuatan material ringan namun memiliki kekuatan dan ketahanan yang lebih baik dibanding kevlar dan baja. 

Tahap sintesis

Material rekayasa nano (nanoarchitected material) merupakan material yang tersusun atas pola-pola struktur kristal yang berukuran nano yang dapat memberikan sifat-sifat keunikan tersendiri seperti keras, ringan, tangguh dan sebagainya tergantung orientasi dari pola-pola struktur kristal nano tersebut difabrikasi. Dalam fabrikasinya, material ini menggunakan dua foton litografi (sebuah teknik fabrikasi material yang menggunakan laser berkekuatan tinggi untuk memadatkan struktur mikroskopik bahan pada sebuah resin peka cahaya). Dengan menggunakan teknik ini, tim peneliti membuat pola-pola berulang yang disebut sebagai tetrakaidekahedron yang merupakan kumpulan kisi-kisi yang menopang satu sama lain secara mikroskopik. 

Setelah berhasil melakukan pemolaan kisi-kisa material, material tersebut dibersihkan dari sisa-sisa resin lalu dipanaskan dalam tungku vakum bertemperatur tinggi untuk mengubah polimer menjadi karbon menghasilkan material karbon yang direkayasa secara nano. 

Tahap Pengujian

Untuk mengetahui ketangguhan material tersebut terhadap kondisi deformasi yang ekstrim, tim peneliti menggunakan konsep tumbukan mikropartikel menggunakan tumbukan partikel yang terinduksi laser.  Konsep dari teknik ini adalah menembakkan laser dengan kecepatan yang tinggi ke sebuah gelas yang terlapisi oleh lapisan tipis emas yang terdiri atas beberapa lapisan mikorpatikel (dalam penelitian ini digunakan lapisan-lapisan mikropartikel dari silikon oksida dengan lebar 14 mikron).  Ketika laser melewati lapisan-lapisan tersebut, maka laser akan menghasilkan plasma yang akan "memaksa" partikel silikon oksida keluar searah dengan arah laser. Hal inilah yang menyebabkan mikropartikel bergerak dengan percepatan yang tinggi menuju target. Peneliti dapat memvariasikan kecepatan laser yang di gunakan dan pada eksperimen ini kecepatan bervariasi mulai dari 40 hingga 1100 m/s.

Untuk melihat secara morfologi bagaimana tumbukan terjadi, peneliti menggunakan kamera berkecepatab tinggi. Hasil ekperimen menunjukkan bahwa terdapat dua kondisi yang terjadi yakni 1) partikel terpantul secara sempurna dan 2) partikel hancur ketika menumbuk target. 

sumber : MIT

Lebih lanjut, pada studi yang akan datang tim peneliti akan berencana untuk mencoba berbagai macam kombinasi pembentukan struktur sehingga diperoleh berbagi macam jenis karakteristik data. 

Share :