BAGIKAN

Periset di MIT telah mengembangkan sebuah proses yang dapat menghasilkan serat ultrafine – yang diameternya diukur dalam nanometer, atau sepersejuta meter – yang sangat kuat dan tangguh. Serat ini, yang seharusnya murah dan mudah diproduksi, bisa menjadi bahan pilihan untuk banyak aplikasi, seperti baju anti peluru dan nanocomposite.

Proses baru, yang disebut gel electrospinning, dijelaskan dalam sebuah makalah oleh profesor MIT teknik kimia Gregory Rutledge dan postdoc. Jay Park. Makalah ini muncul secara online dan akan dipublikasikan dalam Journal of Materials Science edisi Februari .

Dalam ilmu material, Rutledge menjelaskan, “Sering terjadi pengorbanan.” Biasanya periset dapat meningkatkan satu karakteristik material namun akan melihat penurunan karakteristik yang lainnya. “Kekuatan dan ketangguhan bahan [kemampuan material untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan] sudah menjadi sepasang: Biasanya saat Anda mendapatkan kekuatan tinggi, Anda kehilangan sesuatu dalam ketangguhannya,” katanya. “Materi menjadi lebih rapuh dan karenanya tidak memiliki mekanisme untuk menyerap energi, dan cenderung pecah.” Tetapi dalam serat yang dibuat oleh proses baru ini, pengorbanan yang terjadi banyak dieliminasi.

“Ini adalah kesempatan besar saat Anda mendapatkan bahan yang memiliki kekuatan dan ketangguhan tinggi,” kata Rutledge. Begitulah halnya dengan proses ini, yang menggunakan variasi metode tradisional yang disebut gel spinning namun menambahkan tenaga listrik. Hasilnya adalah serat ultrafin dari polietilen yang sesuai atau melebihi sifat beberapa bahan serat terkuat, seperti Kevlar dan Dyneema, yang digunakan untuk aplikasi termasuk baju anti peluru.

“Kami memulai dengan sebuah misi untuk membuat serat dalam kisaran ukuran yang berbeda, yaitu di bawah 1 mikron [sepersejuta meter], karena mereka memiliki beragam fitur menarik sesuai karakter mereka sendiri,” kata Rutledge. “Dan kita telah melihat serat ultrafin seperti itu, kadang-kadang disebut nanofibers, selama bertahun-tahun. Namun, tidak ada yang menyebutnya serat berkinerja tinggi.”

Serat berperforma tinggi, yang meliputi aramida seperti Kevlar, dan gel polietilen yang berputar seperti Dyneema dan Spectra, juga digunakan dalam tali untuk penggunaan ekstrim, dan sebagai penguat serat dalam beberapa komposit berkinerja tinggi.

“Belum banyak kejadian baru di bidang ini selama bertahun-tahun, karena seratnya sangat berkinerja terbaik di ruang mekanis itu,” kata Rutledge. Tapi materi baru ini, katanya, melebihi yang lainnya. “Apa yang membedakan keduanya adalah apa yang kita sebut modulus spesifik dan kekuatan spesifik, yang berarti bahwa berdasarkan beratnya, mereka mengungguli hampir semuanya.” Modulus mengacu pada seberapa kaku seratnya, atau seberapa besar resistannya akan diregangkan.

Dibandingkan serat karbon dan serat keramik, yang banyak digunakan dalam material komposit, serat polietilen gel-electrospun baru memiliki tingkat kekuatan yang sama namun lebih keras dan memiliki kerapatan rendah. Itu berarti, Pound for pound, mereka mengungguli bahan standar dengan selisih lebar, kata Rutledge.

Dia menjelaskan bahwa “plastik paling tangguh, tapi tidak kaku dan kuat seperti yang kita dapatkan.” Dan serat kaca kaku tapi tidak terlalu kuat, sementara kawat baja kuat tapi tidak terlalu kaku. Serat-serat electrospun baru tampaknya menggabungkan kualitas kekuatan, kekakuan, dan ketangguhan yang diinginkan dengan cara yang memiliki sedikit persamaan.

Hasil ini bisa menyebabkan bahan pelindung terkuat yang pernah ada tapi kurang besar, membuatnya lebih praktis. Dan Rutledge menambahkan, “material tersebut mungkin memiliki aplikasi yang belum pernah kita pikirkan, karena sekarang kita sudah tahu bahwa bahan ini memiliki tingkat ketangguhannya.”