Sistem material merdu mudah beradaptasi untuk berbagai aplikasi dalam transportasi bahan bakar, iles, sistem optik, dan banyak lagi. Pastikan dan lihat video kerennya!
Bayangkan sebuah tenda yang menghalangi cahaya pada hari yang kering dan cerah, dan menjadi transparan dan anti air pada hari yang redup dan hujan. Atau lensa kontak penyesuaian diri yang sangat presisi yang juga membersihkan diri. Atau pipa yang dapat mengoptimalkan laju aliran tergantung pada volume cairan yang melewatinya dan kondisi lingkungan di luar.
Saat duduk diam, bahan adaptif dan multifungsi halus, jelas, dan rata; tetesan air atau minyak pada permukaan omniphobiknya mengalir bebas ke permukaannya. Meregangkan atau menekuknya membuat permukaan cairan lebih kasar, yang memberikan kemampuan untuk secara tepat mengontrol pergerakan tetesan air atau minyak.
Sebuah tim peneliti di Institut Wyss di Universitas Harvard dan Sekolah Teknik dan Ilmu Pengetahuan Terapan Harvard (SEAS) baru saja memindahkan gagasan menarik ini lebih dekat dengan kenyataan dengan merancang jenis baru bahan adaptif dengan transparansi yang dapat ditembus dan fitur keterbasahan, seperti yang dilaporkan kemarin di versi online Bahan Alam.
"Keindahan sistem ini adalah sistem ini adaptif dan multifungsi," kata penulis senior Joanna Aizenberg, Ph.D., seorang anggota Fakultas Inti di Institut Wyss dan Amy Smith Berylson, Profesor Ilmu Material di SEAS.
Materi baru ini terinspirasi oleh sistem dinamis yang memulihkan diri di Nature, seperti film cair yang melapisi mata Anda. Air mata individu bergabung untuk membentuk film cair yang dinamis dengan fungsi optik yang jelas signifikan yang menjaga kejernihan, sekaligus menjaga mata tetap lembab, melindunginya dari debu dan bakteri, dan membantu memindahkan limbah apa pun - melakukan semua ini dan lebih banyak lagi secara harfiah dalam kedipan mata.
Bahan adaptif baru yang terinspirasi biologis yang dikembangkan oleh Joanna Aizenberg dan timnya adalah film cair kontinu yang melapisi, dan dimasukkan ke dalam, substrat berpori elastis. Segala bentuk perubahan bentuk media - seperti peregangan - mengubah ukuran pori-pori, yang menyebabkan permukaan cairan berubah bentuk. Hingga saat ini, tim peneliti telah menunjukkan kemampuan untuk secara dinamis mengontrol dua fungsi utama dengan sangat presisi: transparansi dan keterbasahan. Seperti yang ditunjukkan di sini, ketika diregangkan, materi memberikan kemampuan untuk "menyematkan" tetesan air secara terbalik - menghentikannya di jalurnya.
Bahan yang diinspirasikan oleh bio adalah film cair kontinu yang melapisi, dan dimasukkan ke dalam, substrat berpori elastis - yang membuatnya sangat fleksibel. Ini didasarkan pada konsep inti: setiap deformasi substrat - seperti peregangan, poking, atau pembengkakan - mengubah ukuran pori-pori, yang menyebabkan permukaan cairan berubah bentuk.
Dengan arsitektur desain ini, tim sejauh ini telah menunjukkan kemampuan untuk mengontrol secara dinamis - dengan presisi tinggi - dua fungsi utama: transparansi dan keterbasahan, kata Xi Yao, Ph.D, Institut Wyss dan rekan postdoctoral LAUT, dan penulis utama dari pembelajaran.
Duduk diam, bahannya halus, bening dan rata; tetesan air atau minyak di permukaannya mengalir bebas dari material. Meregangkan material membuat permukaan cairan lebih kasar, Yao menjelaskan. Permukaan kasar membuatnya buram untuk satu hal, dan memungkinkan seseorang untuk melakukan sesuatu yang tidak pernah mungkin sebelumnya: Ini menawarkan kemampuan untuk membuat setiap tetesan minyak atau air yang ditempatkan di atasnya secara terbalik mulai dan berhenti di jalurnya. Kemampuan ini jauh lebih unggul daripada "keterbasahan yang dapat beralih" dari bahan adaptif lain yang ada saat ini, kata Yao, yang hanya beralih di antara dua keadaan - dari hidrofobik (pembenci air) ke hidrofilik (pencinta air).
Atas: Skema yang menunjukkan desain bahan dinamis yang dialiri cairan. Dua foto bawah menunjukkan substrat elastis kering dan berpelumas (transparan saat istirahat).
"Selain transparansi dan keterbasahan, kami pada dasarnya dapat menyempurnakan apa pun yang akan menanggapi perubahan topografi permukaan, seperti perilaku perekat atau anti-pengotoran," kata Yao. Mereka juga dapat merancang padatan elastis berpori sehingga merespon secara dinamis terhadap suhu, cahaya, medan magnet atau listrik, sinyal kimia, tekanan, atau kondisi lingkungan lainnya, katanya.
Materi tersebut merupakan generasi berikutnya dari platform material yang dirintis Aizenberg beberapa tahun yang lalu yang disebut SLIPS. SLIPS adalah singkatan dari Slopey Liquid-Infused Porous Surfaceaces, dan merupakan pelapis yang mengusir apa saja yang dengannya ia bersentuhan - dari minyak hingga air dan darah.
Tetapi sementara SLIPS adalah permukaan berpori kaku yang diresapi cairan, “material baru adalah permukaan berpori elastis yang diresapi cairan, yang memungkinkan kontrol yang baik atas begitu banyak respons adaptif di atas dan di luar kemampuannya untuk mengusir berbagai macam zat. . Berbagai macam sifat permukaan sekarang dapat disetel, atau dinyalakan dan dimatikan sesuai permintaan, melalui deformasi yang diinduksi oleh stimulus dari bahan elastis, ”kata Aizenberg.
“Kelas baru bahan adaptif canggih yang dirancang oleh platform Adaptive Materials Technologies yang dipimpin oleh Joanna Aizenberg memiliki potensi untuk menjadi pengubah permainan dalam segala hal mulai dari jaringan pipa minyak dan gas, hingga sistem mikofluida dan optik, desain dan konstruksi bangunan, dll. dan banyak lagi, ”kata Direktur Pendiri Wyss Donald Ingber, MD, Ph.D.
Melalui Institut Wyss