Para ilmuwan Rice University telah mengembangkan bulatan-bulatan kalsium silikat berukuran mikron yang dapat menghasilkan beton yang lebih kuat dan lebih hijau.
Bagi ilmuwan material dari Rice University, Rouzbeh Shahsavari dan Hoon Hwang, bulatan-bulatan tersebut merupakan blok bangunan yang dapat dibuat dengan biaya rendah dan menjanjikan untuk mengurangi berbagai teknik energi intensif yang sekarang digunakan untuk membuat semen, pengikat yang paling umum dalam beton.
Para peneliti membentuk bulatan-bulatan dalam sebuah larutan disekeliling benih-benih berskala nano dari surfaktan, bahan yang sering ditemui pada deterjen. Bulatan-bulatan tersebut dapat dirancang untuk merakit sendiri menjadi padatan yang lebih kuat, lebih keras, lebih elastis dan lebih tahan lama daripada semen Portland di manapun .
“Semen tidak memiliki struktur yang terbaik,” kata Shahsavari, asisten profesor ilmu material dan nanoengineering. “Partikel semen bersifat amorf dan tidak teratur, yang membuatnya sedikit rentan terhadap retakan. Tetapi dengan bahan ini, kita tahu apa batas kita dan kita dapat menyalurkan polimer atau bahan lain di antara bulatan untuk mengendalikan struktur dari bawah hingga ke atas dan memprediksi lebih akurat bagaimana itu bisa retak. ”
Dia mengatakan bulatan tersebut cocok untuk aplikasi jaringan tulang, isolasi, aplikasi keramik dan komposit serta semen.
Penelitian ini muncul dalam jurnal American Chemical Society, Langmuir.
Pekerjaan ini dibangun berdasarkan proyek di tahun 2017 oleh Shahsavari dan Hwang untuk mengembangkan bahan penyembuhan diri dengan bulatan silikat kalsium yang berpori-pori dan mikroskopik. Bahan baru tidak berpori, karena cangkang kalsium silikat padat mengelilingi benih surfaktan.
Tetapi seperti proyek sebelumnya, itu terinspirasi oleh bagaimana koordinat antarmuka alam antara bahan berbeda, khususnya di nacre (alias induk mutiara), bahan kulit kerang. Kekuatan Nacre adalah hasil bergantian dari platelet anorganik kaku dan organik lunak. Karena bulatan-bulatan meniru struktur ini, maka dianggap biomimetik .
Para peneliti menemukan mereka dapat mengontrol ukuran bulatan yang berkisar dari 100 hingga 500 nanometer dengan memanipulasi surfaktan, larutan, konsentrasi dan suhu selama pembuatan. Memungkinkannya untuk disesuaikan dengan aplikasi, kata Shahsavari.
“Ini adalah blok bangunan yang sangat sederhana namun universal, dua ciri utama dari banyak biomaterial,” kata Shahsavari. “Mereka memungkinkan fungsionalitas canggih dalam bahan sintetis. Sebelumnya, ada upaya untuk membuat platelet atau blok bangunan serat untuk komposit, tetapi ini bekerja menggunakan bulatan-bulatan untuk menciptakan bahan biomimetik yang kuat, tangguh dan mudah beradaptasi.
“Bentuk bulatan menjadi penting karena jauh lebih mudah untuk mensintesis, merakit sendiri dan meningkatkan dari sudut pandang manufaktur kimia dan skala besar.”
Shahsavari mengatakan ukuran dan bentuk partikel secara umum memiliki efek yang signifikan terhadap sifat mekanik dan daya tahan bahan curah seperti beton. “Ini sangat bermanfaat untuk memiliki sesuatu yang dapat Anda kendalikan sebagai lawan dari materi yang acak secara alami,” katanya. “Selanjutnya, seseorang dapat mencampur bulatan-bulatan dengan diameter yang berbeda-beda untuk mengisi celah antara struktur yang merakit sendiri, yang mengarah ke kepadatan pengepakan lebih tinggi dan begitu pun dengan sifat mekanik dan daya tahannya.”
Dia mengatakan peningkatan kekuatan semen memungkinkan produsen untuk mengurangi penggunaan beton, pengurangan tidak hanya berat tetapi juga energi yang dibutuhkan untuk membuatnya dan emisi karbon yang terkait dengan pembuatan semen. Karena bulatan-bulatan mengemas lebih efisien daripada partikel-partikel kasar yang ditemukan di semen pada umumnya, sehingga material yang dihasilkan akan lebih tahan terhadap ion yang merusak dari air dan kontaminan lainnya dan dipastikan memerlukan perawatan yang lebih sedikit dan penggantian yang lebih jarang.
