Ilmu material
Metamaterial yang Dicetak Laser Sekarang Lebih Kuat dan Lebih Fleksibel
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Terobosan MIT Membuat Material Kaku Menjadi Fleksibel dengan Metamaterial
Ilmu material adalah bidang yang berfokus pada pemahaman yang lebih baik tentang material pada tingkat mikroskopik, seringkali atomik, untuk membuatnya lebih baik. Tujuan paling umum adalah membuat material menjadi lebih kuat dibandingkan bentuk klasiknya, baik itu baja, kaca, atau keramik.
Metamaterial membawa langkah lebih jauh, dengan mengubah struktur material, memberikan karakteristik yang berbeda dari sifat material dasar yang menyusunnya. Hal ini biasanya dicapai dengan menciptakan pola berulang dengan bentuk, geometri, ukuran, orientasi, dll. yang presisi.
Sumber: MIT
Di sini juga, sebagian besar penelitian yang telah dilakukan berfokus pada membuat produk akhir lebih kuat daripada komponen dasarnya, dengan potensi super baja, serat karbon, sutra, dan material lain yang dapat digunakan dalam pelindung tubuh, konstruksi, atau proyek futuristik seperti lift ruang angkasa.
Jenis metamaterial baru kini sedang diciptakan, yang membuat elemen yang biasanya kaku dan keras menjadi fleksibel. Penemuan ini dibuat oleh peneliti MIT dan dipublikasikan di Nature Materials1, dengan judul “Double-network-inspired mechanical metamaterials”.
Bagaimana Metamaterial Mengungguli Material Tradisional
Penciptaan struktur mikro reguler secara terkendali dapat meningkatkan kinerja material dibandingkan komponen dasarnya. Hal ini dapat dipengaruhi oleh banyak properti berbeda, seperti elektromagnetik, akustik, kekuatan struktural, termal, dll.
Secara umum, hal ini datang sebagai trade‑off. Misalnya, material yang lebih kuat biasanya menjadi lebih kaku, yang dapat mengurangi kegunaan praktisnya.
Jadi ini semacam revolusi yang sedang diciptakan oleh peneliti MIT, dengan mencampur metode, membuat material lebih kaku dan kuat, namun juga lebih fleksibel pada saat yang sama.
“Kami menyadari bahwa bidang metamaterial belum benar‑benar berupaya membuat dampak di bidang materi lunak.
Sejauh ini, kami semua telah mencari material yang paling kaku dan paling kuat yang mungkin.”
Lebih Kuat dan Lebih Fleksibel: Memecahkan Trade‑Off Metamaterial
Sejauh ini, sebagian besar metamaterial dibuat menggunakan metode mirip pencetakan 3D, menghasilkan balok‑balok mikroskopik dan rangka.
Sumber: ETH Zurich
Alih‑alih, peneliti MIT mengembangkan arsitektur pegas‑pegas yang saling anyam, atau kumparan, yang secara inheren lebih fleksibel.
Dalam percobaan awal mereka, mereka menggunakan material seperti plexiglass, yang seharusnya sangat kaku, dan merakitnya “secara normal”. Ketika ditenun menjadi metamaterial, material tersebut menjadi lembut dan kenyal, seperti karet.
“Kami membuka wilayah baru ini untuk metamaterial.
Anda dapat mencetak logam atau keramik double‑network, dan Anda dapat memperoleh banyak manfaat ini, yaitu memerlukan lebih banyak energi untuk memecahnya, dan menjadi jauh lebih dapat diregangkan.”
Ini adalah awal yang baik, karena dapat menggunakan material kuat dan menjadikannya lembut serta fleksibel. Namun, hasilnya sedikit terlalu sukses, karena meskipun material tersebut dapat diregangkan, ia “sedikit terlalu lembut dan mudah melentur”.
Desain Terinspirasi Hidrogel Meningkatkan Fleksibilitas dan Daya Tahan
Material luar biasa lainnya adalah hidrogel, jenis senyawa lunak, elastis, mirip Jell‑O yang sebagian besar terdiri dari air dan sedikit struktur polimer. Beberapa hidrogel bahkan alami, seperti gelatin, misalnya.
Peneliti MIT telah menemukan cara membuat hidrogel lebih kuat, sambil mempertahankan kemampuan lunak dan elastisnya. Mereka melakukannya dengan menggabungkan beberapa jaringan polimer dengan sifat sangat berbeda, seperti jaringan molekul yang secara alami kaku dan satu lagi yang secara inheren lunak.
Jadi peneliti mengadaptasi konsep ini ke metamaterial plexiglass mereka. Mereka mencampur metamaterial klasik yang kaku dan kuat menggunakan rangka kisi‑kisi balok dan rangka, bersama dengan pola kumparan yang menenun di sekitar setiap balok dan rangka.
Kedua jaringan material dibuat secara bersamaan, menggunakan teknik pencetakan berbasis laser berpresisi tinggi yang disebut litografi dua‑foton.
Sumber: LiqCreate
Bagaimana Metamaterial Double‑Network Berkinerja pada Skala Apa Pun
Metamaterial double‑network yang baru diciptakan kemudian diuji pada berbagai ukuran. Beberapa sampel dibuat dengan komponen berukuran beberapa mikrometer persegi, beberapa hingga beberapa milimeter persegi.
Mereka kemudian mengukur kekuatan dan fleksibilitas yang dihasilkan menggunakan kamera berkecepatan tinggi saat mendorong material hingga batasnya.
Sumber: MIT
Jaringan ganda terbukti dapat meregangkan hingga 3 kali panjang aslinya, yaitu 10 kali lebih jauh dibandingkan metamaterial berpola kisi konvensional.
“Bayangkan jaringan tenunan ini sebagai kumpulan spaghetti yang kusut di sekitar kisi. Saat kami memutus jaringan kisi monolitik, bagian‑bagian yang pecah ikut terbawa, dan kini semua spaghetti ini terjerat dengan potongan‑potongan kisi.
Hal itu meningkatkan keterjeratan antara serat‑serat tenunan, yang berarti lebih banyak gesekan dan lebih banyak disipasi energi.
Inilah penyebaran energi yang menjadi penggerak utama fleksibilitas metamaterial, karena retakan awal tidak mungkin langsung menembus dan merobek material dengan cepat.
Bagaimana Cacat Strategis Membuat Metamaterial Lebih Tangguh
Secara kontradiktif, mereka juga menemukan bahwa material dapat menjadi lebih kuat dengan membuat lubang‑lubang pada kisi.
Cacat ini memungkinkan disipasi energi yang lebih besar dan meningkatkan ketahanan keseluruhan produk akhir.
“Anda mungkin berpikir ini membuat material menjadi lebih buruk. Namun kami melihat begitu kami mulai menambahkan cacat, kami menggandakan panjang regangan yang dapat dicapai, dan melipatgandakan energi yang kami disipasi.
Itu memberi kami material yang sekaligus kaku dan kuat, yang biasanya merupakan kontradiksi.
Hal ini memungkinkan tim peneliti mengembangkan kerangka teoretis untuk memprediksi perilaku metamaterial semacam itu dengan lebih baik.
Penggunaan Dunia Nyata untuk Metamaterial Fleksibel MIT
Rencana semacam ini akan berguna dalam merancang tekstil dan kain yang tahan sobek.
Semikonduktor fleksibel, pengemasan chip elektronik, dan rangka yang tahan lama namun mudah melentur untuk menumbuhkan sel dalam perbaikan jaringan juga dapat memperoleh manfaat dari teknologi ini.
Opsi lain adalah menerapkan konsep pencampuran metamaterial yang berbeda (balok dan rangka bersama kumparan) pada material yang saat ini rapuh. Hal ini dapat memberikan keduanya, fleksibilitas lebih dan ketahanan lebih sekaligus.
Ide yang sama dapat digunakan untuk menambahkan spesifikasi baru pada material yang ada, misalnya menjadikannya secara alami responsif terhadap lingkungan mereka.
“Sejauh ini kami telah membahas sifat mekanik, tetapi bagaimana jika kami juga dapat membuatnya konduktif, atau responsif terhadap suhu?
Untuk itu, dua jaringan dapat dibuat dari polimer yang berbeda yang merespons suhu dengan cara yang berbeda, sehingga kain dapat membuka pori‑porinya atau menjadi lebih lentur ketika hangat dan menjadi lebih kaku ketika dingin.
Berinvestasi pada Masa Depan Metamaterial Komersial
DuPont
DD Grafik Harga
DuPont adalah perusahaan kimia raksasa dengan banyak bahan kimia bermerek penting, seperti Kevlar, Styrofoam, Nomex (perlindungan kebakaran), Great Stuff (perekat konstruksi), dll. Penelitian polimer lanjutan dan merek material pelindungnya dapat menempatkannya untuk mendapatkan manfaat dari teknologi metamaterial double‑network.
DuPont adalah korporasi kuno dengan sejarah akuisisi yang kompleks, dan baru‑baru ini, serangkaian spin‑off.
Sumber: DuPont
Spin‑off ini telah memisahkan dari DuPont departemen nutrisi dan biosains, sebagian dijual ke Corteva Biosciences (CTVA ), produk titanium membentuk Chemours Company (CC ), dan mobilitas.
Akan juga memisahkan bisnis kimia elektronik pada November 2025, namun tetap mempertahankan segmen air (membran dan filter untuk pemurnian dan desalinasi air), berlawanan dengan rencana sebelumnya.
Sumber: DuPont
Hal ini akan menjadikan DuPont perusahaan yang jauh lebih terfokus, dengan aktivitas inti pada polimer lanjutan untuk pemurnian air dan peralatan perlindungan, serta material lanjutan untuk dirgantara, perawatan kesehatan, dan kendaraan listrik.
Sumber: DuPont
DuPont adalah korporasi internasional sejati, dengan permintaan tinggi untuk bahan kimia khusus dalam pemurnian air dan manufaktur industri.
Sektor‑sektor yang dilayani oleh bahan kimia DuPont juga sangat beragam, termasuk konstruksi, pemurnian air, industri elektronik, otomotif, dirgantara, perawatan kesehatan, energi hijau, dan produksi industri.
Sumber: DuPont
Kehadiran kuat DuPont dalam peralatan pelindung dan posisi mapan dengan merek Kevlar, polimer berperforma tinggi, seharusnya membantu mereka mengadaptasi bentuk baru metamaterial menjadi produk komersial.
Bagaimanapun, seiring teknologi baru berkembang, begitu pula konsumsi air, maka permintaan akan bahan kimia lanjutan yang diproduksi oleh DuPont juga meningkat.
Berita Terbaru tentang Dupont
Studi Dirujuk:
1. Surjadi, J.U., Aymon, B.F.G., Carton, M. et al. (2025) Double-network-inspired mechanical metamaterials. Nat. Mater. https://doi.org/10.1038/s41563-025-02219-5
