Para ilmuwan dari Universitas Chicago telah menemukan cara untuk membuat material yang dapat dibuat seperti plastik, tetapi dapat menghantarkan listrik seperti logam. Ini bertentangan dengan semua aturan yang kita ketahui tentang konduktivitas.
Penelitian, yang diterbitkan di Nature, menunjukkan bagaimana membuat sejenis material di mana molekul-molekulnya meskipun acak dan tidak beraturan, tetapi masih dapat menghantarkan listrik dengan sangat baik.
“Pada prinsipnya, ini membuka jenis desain baru dari material yang menghantarkan listrik, mudah dibentuk, dan sangat kuat dalam kondisi sehari-hari,” kata John Anderson, profesor kimia di University of Chicago dan penulis senior dalam penelitian ini.
“Pada dasarnya, ini menunjukkan kemungkinan baru untuk kelompok bahan teknologi yang sangat penting,” kata Jiaze Xie penulis utama penelitian.
Bahan konduktif sangat berguna untuk membuat berbagai jenis perangkat elektronik, mulai dari ponsel, panel surya, atau televisi. Sejauh ini kelompok konduktor tertua dan terbesar adalah logam: tembaga, emas, aluminium. Kemudian, sekitar 50 tahun yang lalu, para ilmuwan mampu membuat konduktor yang terbuat dari bahan organik, menggunakan perlakuan kimia yang dikenal sebagai “doping”, yang menaburkan atom atau elektron yang berbeda melalui bahan tersebut.
Ini menguntungkan karena bahan ini lebih fleksibel dan lebih mudah diproses daripada logam tradisional, tetapi masalahnya adalah bahan ini tidak terlalu stabil. Material seperti ini dapat kehilangan konduktivitasnya jika terkena kelembapan atau suhunya terlampau tinggi.
Tetapi pada dasarnya, kedua konduktor logam organik dan tradisional ini memiliki karakteristik yang sama. Keduanya terdiri dari deretan atom atau molekul yang lurus dan padat. Ini berarti bahwa elektron-elektron tersebut dapat dengan mudah mengalir melalui material, seperti mobil di jalan raya. Faktanya, para ilmuwan mengira bahwa suatu material seharusnya memiliki strutur molekul dengan barisan yang lurus dan teratur agar dapat menghantarkan listrik secara efisien.
Kemudian Xie mulai bereksperimen dengan beberapa material yang ditemukan bertahun-tahun yang lalu, tetapi sebagian besar diabaikan. Dia merangkai atom nikel seperti mutiara menjadi untaian manik-manik molekuler yang terbuat dari karbon dan belerang, dan mulai menguji.
Yang mengejutkan para ilmuwan, bahan itu dengan mudah dan kuat menghantarkan listrik. Terlebih lagi, itu sangat stabil. “Kami memanaskannya, mendinginkannya, mengeksposnya ke udara dan kelembaban, dan bahkan meneteskan asam dan basa di atasnya, dan tidak ada yang terjadi,” kata Xie. Itu sangat membantu untuk perangkat yang harus berfungsi di dunia nyata.
Tetapi bagi para ilmuwan, hal yang paling mencolok adalah bahwa struktur molekul bahan itu tidak teratur. “Dari gambaran fundamental, yang seharusnya tidak bisa menjadi logam,” kata Anderson. “Tidak ada teori yang kuat untuk menjelaskan ini.”
Xie, Anderson, dan lab mereka bekerja dengan ilmuwan lain di sekitar universitas untuk mencoba memahami bagaimana bahan tersebut dapat menghantarkan listrik. Setelah pengujian, simulasi, dan kerja teoretis, mereka berpikir bahwa bahan tersebut membentuk lapisan, seperti lembaran dalam lasagna. Sekalipun lembaran-lembaran itu berputar ke samping, tidak lagi membentuk tumpukan lasagna yang rapi, elektron masih dapat bergerak secara horizontal atau vertikal — selama potongan-potongan itu bersentuhan.
Para ilmuwan sangat gembira karena penemuan ini menunjukkan prinsip desain baru yang fundamental untuk teknologi elektronik. Konduktor sangat penting sehingga hampir semua perkembangan baru membuka jalur baru untuk teknologi, mereka menjelaskan.
Salah satu karakteristik material yang menarik adalah pilihan baru untuk diproses. Misalnya, logam biasanya harus dilebur untuk dibuat menjadi bentuk yang tepat untuk sebuah chip atau perangkat, yang membatasi apa yang dapat Anda buat dengannya, karena komponen lain dari perangkat harus mampu menahan panas yang dibutuhkan untuk memprosesnya. bahan-bahan ini.
Bahan baru tidak memiliki batasan seperti itu karena dapat dibuat pada suhu kamar. Ini juga dapat digunakan di mana kebutuhan akan perangkat atau bagian perangkat untuk menahan panas, asam atau alkalinitas, atau kelembaban sebelumnya membatasi pilihan para insinyur untuk mengembangkan teknologi baru.
Tim juga mengeksplorasi berbagai bentuk dan fungsi yang mungkin dibuat oleh materi tersebut. “Kami pikir kami bisa membuatnya 2D atau 3D, membuatnya berpori, atau bahkan memperkenalkan fungsi lain dengan menambahkan linker atau node yang berbeda,” kata Xie.
