Saintis telah mencipta plastik yang setara dengan keluli — kuat tetapi tidak berat. Plastik, yang kadangkala dipanggil polimer oleh ahli kimia, ialah kelas molekul rantai panjang yang terdiri daripada unit berulang pendek yang dipanggil monomer. Tidak seperti polimer sebelumnya yang mempunyai kekuatan yang sama, bahan baharu ini hanya terdapat dalam bentuk membran. Ia juga 50 kali lebih kedap udara daripada plastik paling telap di pasaran. Satu lagi aspek penting polimer ini ialah kesederhanaan sintesisnya. Proses yang berlaku pada suhu bilik, hanya memerlukan bahan yang murah, dan polimer boleh dihasilkan secara besar-besaran dalam kepingan besar yang hanya setebal nanometer. Para penyelidik melaporkan penemuan mereka pada 2 Februari dalam jurnal Nature.
Bahan yang dimaksudkan dipanggil poliamida, rangkaian berulir unit molekul amida (amida ialah kumpulan kimia nitrogen yang dilekatkan pada atom karbon yang terikat oksigen). Polimer tersebut termasuk Kevlar, gentian yang digunakan untuk membuat jaket kalis peluru, dan Nomex, fabrik tahan api. Seperti Kevlar, molekul poliamida dalam bahan baharu ini dikaitkan antara satu sama lain melalui ikatan hidrogen di sepanjang rantainya, yang meningkatkan kekuatan keseluruhan bahan.
"Mereka melekat bersama seperti Velcro," kata penulis utama Michael Strano, seorang jurutera kimia MIT. Bahan pengoyak bukan sahaja memerlukan pemecahan rantai molekul individu, tetapi juga mengatasi ikatan hidrogen antara molekul gergasi yang meresap seluruh berkas polimer.
Di samping itu, polimer baharu boleh membentuk kepingan secara automatik. Ini menjadikan bahan mudah diproses, kerana ia boleh dibuat menjadi filem nipis atau digunakan sebagai salutan permukaan filem nipis. Polimer tradisional cenderung tumbuh sebagai rantai linear, atau berulang kali bercabang dan bersambung dalam tiga dimensi, tanpa mengira orientasi. Tetapi polimer Strano tumbuh dengan cara yang unik dalam 2D untuk membentuk nanosheet.
“Bolehkah anda mengagregatkan pada sehelai kertas? Ternyata, dalam kebanyakan kes, anda tidak boleh melakukannya sehinggalah kerja kami,” kata Strano. “Jadi, kami menemui mekanisme baharu.” Dalam kerja terbaru ini, pasukannya mengatasi halangan untuk memungkinkan pengagregatan dua dimensi ini.
Sebab poliaramida mempunyai struktur satah adalah kerana sintesis polimer melibatkan mekanisme yang dipanggil templating autopemangkinan: apabila polimer memanjang dan melekat pada blok binaan monomer, rangkaian polimer yang semakin meningkat mendorong monomer berikutnya untuk bergabung ke arah yang betul bagi mengukuhkan penyatuan struktur dua dimensi. Para penyelidik menunjukkan bahawa mereka boleh menyalut polimer dengan mudah dalam larutan pada wafer untuk menghasilkan laminasi selebar inci yang kurang daripada 4 nanometer setebalnya. Itu hampir sepersejuta ketebalan kertas pejabat biasa.
Untuk mengukur sifat mekanikal bahan polimer, para penyelidik mengukur daya yang diperlukan untuk menebuk lubang pada kepingan bahan yang digantung dengan jarum halus. Poliamida ini sememangnya lebih keras daripada polimer tradisional seperti nilon, fabrik yang digunakan untuk membuat payung terjun. Hebatnya, ia memerlukan daya dua kali ganda untuk membuka skru poliamida super kuat ini berbanding keluli dengan ketebalan yang sama. Menurut Strano, bahan ini boleh digunakan sebagai salutan pelindung pada permukaan logam, seperti venir kereta, atau sebagai penapis untuk membersihkan air. Dalam fungsi yang kedua, membran penapis yang ideal perlu nipis tetapi cukup kuat untuk menahan tekanan tinggi tanpa membocorkan bahan cemar kecil yang mengganggu ke dalam bekalan akhir kita – sesuai untuk bahan poliamida ini.
Pada masa hadapan, Strano berharap dapat memperluaskan kaedah pempolimeran kepada polimer yang berbeza melangkaui analog Kevlar ini. "Polimer ada di sekeliling kita," katanya. "Ia melakukan segala-galanya." Bayangkan mengubah pelbagai jenis polimer, malah yang eksotik yang boleh mengalirkan elektrik atau cahaya, menjadi filem nipis yang boleh menutupi pelbagai permukaan, tambahnya. "Disebabkan mekanisme baharu ini, mungkin jenis polimer lain kini boleh digunakan," kata Stano.
Dalam dunia yang dikelilingi oleh plastik, masyarakat mempunyai sebab untuk teruja dengan satu lagi polimer baharu yang sifat mekanikalnya sama sekali tidak biasa, kata Strano. Aramid ini sangat tahan lama, yang bermaksud kita boleh menggantikan plastik harian, daripada cat kepada beg kepada pembungkusan makanan, dengan bahan yang lebih sedikit dan lebih kuat. Strano menambah bahawa dari sudut pandangan kemampanan, polimer 2D yang sangat kuat ini merupakan langkah ke arah yang betul untuk membebaskan dunia daripada plastik.
Shi En Kim (sebagaimana beliau biasanya dipanggil Kim) ialah seorang penulis sains bebas kelahiran Malaysia dan pelatih editorial Popular Science Spring 2022. Beliau telah menulis secara meluas mengenai pelbagai topik daripada kegunaan unik sarang labah-labah—manusia atau labah-labah itu sendiri—hinggalah kepada pengumpul sampah di angkasa lepas.
Kapal angkasa Starliner Boeing masih belum sampai ke Stesen Angkasa Antarabangsa, tetapi pakar optimis tentang penerbangan ujian ketiga.
Kami merupakan peserta dalam Program Rakan Sekutu Amazon Services LLC, sebuah program pengiklanan afiliasi yang direka untuk menyediakan cara bagi kami untuk mendapatkan yuran dengan memautkan ke Amazon.com dan laman web afiliasinya. Mendaftar atau menggunakan laman web ini merupakan penerimaan Terma Perkhidmatan kami.
Masa siaran: 19 Mei 2022