Bahan Superhidrofobik yang Fleksibel

Bahan kedap air dengan teknologi skala nanometer memang sudah banyak ditemukan. Namun bahan kedap air yang mampu meregang, ini merupakan hal yang baru. Para peneliti dari Northwestern University berhasil menemukan cara untuk membuat bahan skala nanometer dengan sifat yang mampu meregang dan tetap bersifat kedap air. Bahan ini telah terbukti mampu menahan deformasi secara mekanik, seperti pembengkokan dan peregangan. Bahan ini nantinya dapat diaplikasikan sebagai komponen elektronik anti air, mikrofluida fleksibel, serta bahan bersifat kuat yang mampu membersihkan diri sendiri. Bahan ini memiliki struktur berkerut yang dibuat dengan melapisi substrat elastomer dengan bahan berstruktur 3D. Tujuan pelapisan tersebut adalah untuk mempertahankan Cassie Baxter interface dari tingkatan skala kekasaran bahan tersebut, sehingga tetap dapat memiliki sifat superhidrofobik meskipun mampu diregangkan hingga 100% dari ukuran semula.

Material Hidrofobik
Material Hidrofobik

Sebelum membahas lebih lanjut mengenai penemuan ini, saya akan menjelaskan mengenai apa itu superhidrofobik dan Cassie Baxter interface. Superhidrofobik adalah sifat anti air super yang timbul akibat adanya pengaruh timbal balik antara tingkat kekasaran permukaan bahan dengan energi rendah permukaan. Efektivitas energi permukaan setiap unit area dapat diatur berdasarkan faktor kekasaran permukaan suatu benda. Faktor kekasaran permukaan benda ini bergantung pada pengaruh antarmuka padatan-cairan-udara. Sedangkan untuk mengetahui suatu bahan bersifat superhidrofobik, maka dibutuhkan suatu metode yaitu metode Cassie Baxter. Metode Cassie Baxter adalah metode yang digunakan untuk memperhitungkan sudut kontak antara padatan-cairan-udara. Itulah mengapa metode ini dapat digunakan untuk mengukur sifat superhidrofobik suatu bahan.

“Bahan elastomer yang dilapisi dengan bahan berstruktur 3D yang mampu mempertahankan Cassie Baxter interface memang memberikan dua macam sifat bahan yang mengagumkan. Anda dapat meregangkan bahan ini tanpa takut putus dan tetap tidak kehilangan sifat anti air-nya,” kata Teri W. Odom, Charles E. and Profesor Emma H. Morrison.

Hasil penelitian ini telah dipublikasikan di Nano Letters. Dalam penelitian tersebut juga sudah dibuktikan bahwa sifat superhidrofobik dari bahan dapat dipertahankan, walaupun bahan sudah berulang kali diregangkan. Untuk membuktikan bahwa bahan tetap bersifat superhidrofobik sebelum dan sesudah diregangkan, mereka menggunakan alat moniltik yang disebut multi-scale PDMS.

 photo 9189EC86-80ED-416F-A428-FAEB9CC60A85.jpg

Dari hasil analisa alat itu, menunjukkan bahwa tetesan air yang dijatuhkan ke bahan superhidrofobik yang tidak diregangkan mampu menyebar dan memantul. Kemudian bahan tersebut diregangkan dan diteliti dengan menggunakan alat yang sama. Hasilnya menunjukkan bahwa tetesan air tersebut tetap menyebar dan memantul sama seperti pada saat bahan belum diregangkan. Setelah itu, bahan tersebut diuji apakah mengalami keretakan struktur kerutnya atau tidak setelah diregangkan dan dikendurkan. Ternyata bahan tidak mengalami keretakan sama sekali, bahkan setelah dilakukan proses pengulangan peregangan dan pengenduran sampai 1000 kali.

Bahan yang memiliki struktur berkerut dalam skala nanometer tersebut memiliki karakteristik sudut kontak dengan air sebesar > 160° dan sudut kontak hysteresis yang sangat rendah sebesar < 5°. Anda pasti akan bertanya-tanya berapakah batas sudut kontak dengan air yang membatasi bahan memiliki sifat mudah atau tidak mudah basah. Berdasarkan Yuehua Yuan dari University of Houston, sudut kontak dengan air yang kecil (<<900) akan membuat suatu bahan memiliki sifat mudah basah. Sedangkan sudut kontak dengan air yang besar (>>900) akan membuat suatu benda memiliki sifat tidak mudah basah. Jadi bahan berkerut yang ditemukan para peneliti dari Northwestern University memiliki sifat tidak mudah basah dengan sudut > 160°. Sedangkan sudut kontak hysteresis adalah salah satu parameter selain sudut kontak air yang digunakan untuk mengetahui besarnya gaya adhesi yang juga berpengaruh memberikan sifat superhidrofobik bahan. Semakin kecil sudut kontak hysteresis, maka bahan akan memiliki sifat semakin tidak mudah basah. Hal itu berarti dengan semakin kecilnya sudut hysteresis, maka tetesan air saat sudah berada di atas permukaan bahan akan semakin tidak berikatan dengan bahan dan berbentuk semakin bulat di permukaan bahan. Permukaan bahan yang paling ideal memiliki sudut kontak hysteresis 00. Saat air diteteskan ke permukaan ideal tersebut, maka air akan berbentuk bulat sempurna. Saat ada gaya dari lingkungan terhadap tetesan air yang berada di bahan permukaan ideal, maka air akan segera kembali ke bentuk semula bulat setelah gaya tersebut hilang. Pada penelitian bahan yang ditemukan oleh peneliti dari Northwestern University memiliki sudut kontak hysteresis sebesar < 5°. Hal tersebut berarti permukaan bahan berkerut fleksibel yang ditemukaan memiliki sifat semakin mendekati sifat permukaan ideal 00, sehingga dapat dikatakan bahan memiliki sifat anti air yang baik.

Para peneliti tersebut menjelaskan pula bahwa substrat yang bersifat fleksibel saat diregangkan dapat memungkinkan untuk ditempatkan di suhu yang dingin, sebagai kontrol proses kondensasi, maupun bahan untuk wadah penumpah cairan. Sedangkan pada bahan yang bersifat statis superhidrofobik tidak dijamin dapat digunakan sebagai penumpah cairan secara sempurna ke suatu tempat, karena dimungkinkan ada cairan yang masih menempel pada dinding wadah.

Credit:
Nanowerk, Pubs, MIT.

 

Post Author: Novia Fitriana

Science is my passion...

Leave a Reply