Partikel Mikroskopis untuk Material Bangunan yang Lebih Kuat

Ilmuwan Rice University, Texas, Amerika Serikat, telah mengembangkan bulatan-bulatan kalsium silikat berukuran mikron yang dapat menghasilkan beton yang lebih kuat dan lebih hijau, bahan sintetis yang paling banyak digunakan di dunia.

Kepada para ilmuan, peneliti Rice University, Rouzbeh Shahsavari dan mahasiswa pascasarjana,Sung Hoon Hwang, menerangkan bulatan-bulatan menyerupai bola ini mewakili blok bangunan yang dapat dibuat dengan biaya rendah. Bahan ini bisa mengurangi teknik intensif energi yang sekarang digunakan untuk membuat semen, yakni bahan pengikat yang paling umum dalam beton.

Para peneliti membentuk bola-bola ini dalam larutan di dalam skala nano dari surfaktan menyerupai deterjen. Bola dapat didorong untuk merakit diri menjadi padatan yang lebih kuat, lebih keras, lebih elastis dan lebih tahan lama daripada semen.

"Semen tidak memiliki struktur terbaik," kata Shahsavari, asisten profesor ilmu material dan rekayasa nano. Partikel semen tidak berbentuk dan tidak teratur, yang membuatnya agak rentan terhadap keretakan.

"Namun dengan bahan ini, kami tahu batas kami dan kami dapat menyalurkan polimer atau bahan lain. Yakni di antara bola untuk mengontrol struktur dari bawah ke atas dan memprediksi lebih tepatnya bagaimana itu bisa patah,' kata Shahsvari.

Dia mengatakan bola cocok untuk rekayasa jaringan tulang, isolasi, aplikasi keramik dan komposit serta semen. Penelitian ini muncul dalam jurnal American Chemical Society Langmuir.

Pekerjaan ini dikembangkan berdasarkan proyek pada 2017 oleh Shahsavari dan Hwang untuk mengembangkan bahan penyembuhan diri dengan bola kalsium silikat mikroskopis berpori. Bahan baru tidak berpori, karena cangkang kalsium silikat padat mengelilingi benih surfaktan.

Tapi seperti proyek sebelumnya, temuan ini terinspirasi oleh bagaimana koordinat alam antarmuka antara bahan yang berbeda, terutama di nacre, bahan kerang. Kekuatan Nacre adalah hasil dari trombosit organik anorganik kaku dan lunak bergantian. Karena bola meniru struktur itu, mereka dianggap biomimetik.

Shahsavari mengatakan, para peneliti menemukan mereka dapat mengontrol ukuran bola yang berkisar antara 100 hingga 500 nanometer dengan memanipulasi surfaktan, larutan, konsentrasi dan suhu selama pembuatan. Itu memungkinkan mereka disetel untuk aplikasi.

"Ini adalah blok bangunan yang sangat sederhana namun universal, dua sifat utama dari banyak biomaterial," kata Shahsavari. Mereka memungkinkan fungsionalitas maju dalam bahan sintetis.

Sebelumnya, ada upaya untuk membuat platelet atau blok pembangun serat untuk komposit, tetapi karya ini menggunakan bola untuk membuat bahan biomimetik yang kuat, tangguh, dan dapat beradaptasi."Bentuk bola sangat penting karena mereka jauh lebih mudah untuk disintesis, dirakit sendiri dan ditingkatkan dari kimia dan dari sisi manufaktur skala besar," tambah Shahvari.

Shahsavari mengatakan ukuran dan bentuk partikel secara umum memiliki efek signifikan pada sifat mekanik dan daya tahan bahan curah seperti beton. "Sangat bermanfaat untuk memiliki sesuatu yang dapat Anda kendalikan sebagai lawan dari bahan yang sifatnya acak," katanya.

"Lebih jauh, seseorang dapat mencampurkan bola dengan diameter berbeda untuk mengisi celah antara struktur yang dirakit sendiri, yang mengarah ke kepadatan pengepakan yang lebih tinggi dan dengan demikian sifat mekanik dan daya tahan."

Shasvhari mengatakan peningkatan kekuatan semen memungkinkan produsen untuk menggunakan lebih sedikit beton. Ini mengurangi tidak hanya berat tetapi juga energi yang dibutuhkan untuk membuatnya dan emisi karbon yang terkait dengan pembuatan semen.

"Karena bola dikemas lebih efisien daripada partikel kasar yang ditemukan di semen biasa, bahan yang dihasilkan akan lebih tahan terhadap ion perusak dari air dan kontaminan lainnya dan memerlukan perawatan yang lebih sedikit dan penggantian yang lebih jarang," paparnya. nik/berbagai sumber/E-6