Senyawa komposit yang mampu memperbaiki dirinya sendiri

Oleh Tomi Rustamiaji

Pada tahun 2001, satu dari empat jembatan (bahkan lebih) di Amerika Serikat dikategorikan sebagai "defisien", menurut sebuah analisis dari Associated Press terhadap arsip Badan Pusat Administrasi Jalan Bebas Hambatan. Dari jumlah total 587.755 jembatan, 167.993 diantaranya membutuhkan perbaikan atau terlalu lemah atau terlalu sempit untuk menangani muatan lalu lintas yang ada. Walaupun beberapa struktur berada dalam ancaman runtuh, departemen jalan bebas hambatan dalam beberapa negara bagian telah menutup sebagian jembatan untuk perbaikan atau menerapkan sistem batas beban untuk kendaraan yang melintas.

Untuk beberapa tahun kedepan, pemerintah pusat sendiri akan menghabiskan lebih dari 20 miliar dolar Amerika untuk perbaikan jembatan atau penggantian. Namun terobosan terbaru oleh sekelompok peneliti di Universitas Illinois mungkin memberikan suatu harapan terhadap adanya "obat" jangka panjang yang lebih baik: sebuah material komposit yang memperbaiki dirinya sendiri.

Sebuah komposit ialah senyawa yang terbuat dari dua material yang berbeda yang bila digabungkan, memiliki sifat yang lebih superior dari material asli. Sebagai contoh, sebuah komposit akan lebih kuat atau getas dibandingkan dengan komponen individualnya. Namun bahkan material terkuat pun pada waktunya akan melemah dibawah tekanan dari beribu-ribu kendaraan cepat dan pendedahan konstan terhadap elemennya.

Tekanan terhadap material komposit menciptakan retakan mikroskopik yang kian dalam seiring waktu. Peneliti Illinois, dipimpin oleh Scott White, telah menghabiskan enam tahun dalam pengembangan suatu komposit yang menyembuhkan dirinya sendiri sebelum retakan ini menimbulkan kerusakan struktur yang serius. Tim peneliti ini menciptakan kapsul kecil yang terbuat dari campuran urea dan formaldehida yang dikeraskan kemudian diisi dengan disiklopentadiena (DCPD), suatu hidrokarbon yang digunakan untuk membuat polimer. Hidrokarbon ini disisipkan ke dalam kapsul mikro-hingga 200 inci per kubik-dalam sebuah komposit polimer yang mengandung dari resin yang dikeraskan dan serat pendukung.

Ketika retakan terbentuk dalam komposit, kapsul akan pecah, melepaskan DCPD. Dalam beberapa menit, DCPD bereaksi dengan sebuah katalis dalam matriks komposit dan mengikat permukaan-permukaan dari retakan. Dalam studi mereka, material yang diperbaiki mendapatkan kembali 75 persen kekuatannya.

Menentukan ukuran yang tepat dari kapsul bukan merupakan tugas yang mudah. Dinding dari kapsul-kapsul ini hanya setebal 1 mikron, dimana ini cukup kuat untuk bertahan dalam proses manufaktur tetapi cukup lemah untuk pecah dengan sendirinya. Sebagai tambahan, jika kapsul-kapsul ini terlalu besar mereka justru memperlemah material komposit. Kapsul-kapsul terkini terukur dengan 10 mikron pada penampang melintangnya, namun White dan rekan kerjanya sedang bekerja untuk membuat lapisan yang lebih tipis.

Komposit ini akan tersedia secara komersial dalam jangka waktu tiga hingga lima tahun ke depan. White melaporkan bahwa material ini memiliki aplikasi-aplikasi potensial yang luas, sehingga merupakan suatu masalah untuk menentukan arah mana yang diambil. Ini dapat berguna terutama untuk produk-produk yang sulit atau tidak mungkin diperbaiki, seperti satelit, antena angkasa, dan peralatan medis yang diimplan. Rentang kemungkinan lain mulai dari papan sirkuit hingga raket tenis. Dan di masa depan, kita mungkin akan melintasi jembatan dengan support yang terbuat dari polimer berteknologi tinggi ini.

Sumber:chem-is-try