Para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah menghasilkan salah satu bahan terkuat dan teringan yang diketahui dengan mengompresi dan menggabungkan serpihan graphene, suatu bentuk karbon dua dimensi. Kepadatan yang dihitung hanya 5% dari kerapatan baja dengan peningkatan kekuatan sepuluh kali lipat. Karya terkait diterbitkan dalam jurnal Science Advances.
Dalam bentuk aslinya, graphene dianggap yang terkuat dari semua bahan yang diketahui, dan studi teoretisnya dimulai pada akhir empat puluhan abad lalu. Ini adalah kristal dua dimensi pertama di dunia yang diperoleh oleh Andrey Geim dan Konstantin Novoselov pada tahun 2004 dari film grafit tertipis pada substrat silikon teroksidasi. Atas pencapaian ini, mereka dianugerahi Hadiah Nobel Fisika enam tahun kemudian.
Sejak dimulainya graphene, metode untuk produksinya pada skala industri telah dikembangkan. Beberapa kemajuan telah dicapai dalam hal ini, namun belum memungkinkan untuk berhasil mengubahnya menjadi bentuk tiga dimensi yang efektif - sifat penting dari bahan luar biasa ini telah hilang, dan kekuatannya beberapa kali lipat lebih rendah dari yang diperkirakan.
Untuk mengatasi masalah ini, para insinyur di MIT memusatkan perhatian pada konfigurasi geometrik yang diperlukan dari grafena massal. Mereka menganalisis perilakunya hingga ke tingkat atom, dan kemudian menggunakan data yang diperoleh untuk membuat model matematika dan simulasi komputer. Kesimpulan akhir persis sejalan dengan pengamatan eksperimental, yang awalnya dilakukan dengan model yang diperbesar ribuan kali dari bahan lain, dicetak pada printer 3D resolusi tinggi.
Menurut Markus Buehler, kepala teknik sipil dan lingkungan di MIT, material 2D biasanya tidak terlalu berguna untuk membuat objek 3D yang dapat digunakan dalam konstruksi bangunan. Tetapi pemodelan komputer memungkinkan untuk mengatasi masalah ini, dan geometri menjadi faktor penentu keberhasilan.
Hasilnya, para peneliti mampu menciptakan material berpori yang kuat dan stabil dengan mengompresi dan memanaskan serpihan graphene kecil. Strukturnya, seperti beberapa karang dan diatom mikroskopis, memiliki luas permukaan yang sangat besar dalam kaitannya dengan volume. Ia dikenal sebagai gyroid - bentuk yang berulang terus menerus dengan permukaan minimum periodik tiga kali lipat, dijelaskan oleh Alan Schoen dari NASA pada tahun 1970.
"Hasilnya menunjukkan bahwa aspek penting dari bentuk tiga dimensi baru lebih berkaitan dengan konfigurasi geometris yang tidak biasa daripada dengan material itu sendiri," kata di MIT.
Menurut insinyur institut tersebut, geometri semacam itu dapat diterapkan bahkan pada material struktural berskala besar dalam konstruksi, seperti beton. Dan struktur berpori ini tidak hanya akan memberikan kekuatan yang meningkat, tetapi juga isolasi termal yang baik berkat udara di dalamnya.
“Anda dapat menggunakan graphene nyata sebagai material, atau menerapkan geometri yang kami temukan dalam kombinasi dengan material lain, seperti polimer atau logam,” Markus Buehler menyimpulkan.
