Jenis Baru Bahan Cerdas – Banyak Potensi Penggunaan Dari Pengiriman Obat hingga Penyimpanan Energi

Tim yang menciptakan elektrolit 2D ini dipimpin oleh Profesor Antonio Castro Neto (kanan), Direktur CA2DM. Bersamanya adalah Ms Mariana Costa (kiri), penulis pertama publikasi revolusioner. Kredit: Universitas Nasional Singapura

Dikenal sebagai “elektrolit dua dimensi,” bahan pintar ini dapat digunakan dalam banyak hal mulai dari pengiriman obat hingga penyimpanan energi.

Bahan cerdas, revolusi terbaru di bidang ilmu material, dapat menyesuaikan sifat-sifatnya sesuai dengan perubahan di lingkungannya. Ini dapat digunakan pada segala hal mulai dari layar ponsel berperekat, hingga sayap pesawat yang berubah bentuk, dan pengiriman obat yang ditargetkan. Pengiriman obat ke target tertentu dalam tubuh dengan bahan pintar sangat penting untuk penyakit seperti kanker, karena bahan pintar hanya melepaskan beban obat yang berguna ketika mendeteksi keberadaan sel kanker, membuat sel waras ganti rugi .

Sekarang, para peneliti di Center for Advanced 2D Materials (CA2DM) di National University of Singapore (NUS) telah menciptakan kelas baru bahan cerdas. Ini memiliki struktur bahan dua dimensi (2D), tetapi berperilaku seperti elektrolit – dan bisa menjadi cara baru untuk mengantarkan obat ke tubuh.

Seperti elektrolit tradisional, “elektrolit 2D” baru ini memisahkan atom-atomnya menjadi pelarut yang berbeda, dan menjadi bermuatan listrik. Selain itu, pembuangan bahan-bahan ini dapat dikontrol oleh faktor eksternal, seperti pH dan suhu, yang ideal untuk penghantaran obat yang ditargetkan. Elektrolit 2D juga menjanjikan untuk aplikasi lain yang membutuhkan bahan untuk merespons perubahan lingkungan, seperti otot buatan dan penyimpanan energi.

Tim di belakang elektrolit 2D dipimpin oleh Profesor Antonio Castro Neto, Direktur CA2DM, dan terdiri dari peneliti CA2DM, selain Departemen Fisika NUS, dan Departemen Ilmu dan Teknik Material NUS.

Hasil borosnya dipublikasikan di jurnal bergengsi Bahan Lanjutan Mei 2021.

Ubah perilaku material 2D

Dalam ilmu material, bahan 2D adalah bahan padat yang ada dalam satu lapisan atom. Ini dapat dianggap sebagai lembaran atom sampai memiliki tinggi dan lebar tertentu, tetapi pada kenyataannya tidak ada kedalaman, oleh karena itu, pada dasarnya dua dimensi. Di sisi lain, elektrolit adalah zat yang menghasilkan suspensi yang menghantarkan listrik ketika dilarutkan dalam pelarut, seperti air.

Lembar 2D-Elektrolit

Dengan memodifikasi pH suspensi, peneliti NUS mendemonstrasikan kemampuan lembaran elektrolit 2D untuk berguling dalam roda gulir. Ini mirip dengan cara polimer bermuatan listrik melalui transisi dari rantai molekul ke objek globular. Kredit: Universitas Nasional Singapura

Ada banyak bahan 2D yang ada saat ini, dan perilaku elektrolitik telah ditetapkan dengan baik pada senyawa lain yang tak terhitung jumlahnya. Namun, hasil peneliti NUS menunjukkan contoh pertama bahan yang memiliki struktur 2D dan sifat elektrolit, dengan kecenderungan khusus untuk mengubah bentuknya secara reversibel menjadi medium cair. Tim NUS menyadari fakta ini dengan menggunakan molekul organik sebagai spesies reaktif untuk menambahkan fungsionalitas berbeda ke bahan 2D seperti grafena dan molibdenum disulfida (MoS2).

“Dengan menambahkan gugus kimia berbeda yang menjadi bermuatan listrik positif atau negatif dalam pelarut, kami mengubah bahan 2D tradisional dan menciptakan kelas baru bahan cerdas yang sifat elektroniknya dikendalikan oleh konformasi morfologis,” jelas Profesor Castro Neto.

Metode yang digunakan oleh para peneliti untuk membuat elektrolit 2D hanyalah beberapa contoh yang mungkin di antara beberapa opsi potensial, menjadikan penemuan ini sebagai bidang penelitian baru yang menarik untuk dijelajahi.

Dari lembaran datar menjadi lembaran yang digulung

Kemajuan besar dari penelitian ini adalah bahwa orientasi elektrolit 2D dapat berubah secara reversibel dengan memodifikasi kondisi eksternal. Saat ini, tolakan listrik antara muatan permukaan dalam bahan 2D menyebabkannya tersusun dalam lembaran datar. Dengan mengubah pH, ​​suhu, atau konsentrasi ionik suspensi, peneliti NUS telah menunjukkan kemampuan lembaran elektrolit 2D untuk mengubah bentuk dan susunan seperti gulungan. Hasil eksperimen ini didukung oleh analisis teoretis terperinci di mana mereka menjelaskan mekanisme fisik di balik pembentukan dan stabilitas gulungan.

Orientasi geser ini memiliki diameter yang sangat kecil sehingga dapat digambarkan sebagai satu dimensi (1D), yang mengarah ke sifat fisik dan kimia yang berbeda. Selain itu, transisi dari 2D ke 1D ini dapat dibalik dengan mengubah kondisi eksternal ke nilai aslinya

“Elektrolit 2D dapat dianggap sebagai analog dimensi lebih tinggi dari elektrolit 1D, umumnya dikenal sebagai polielektrolit,” kata Profesor Castro Neto. Contoh penting dari polielektrolit mencakup banyak bahan yang relevan secara biologis, mis. DNA dan RNA.

“Ketika asam, basa atau garam ditambahkan, polimer bermuatan listrik ini mengalami transisi konformasi dari rantai molekul 1D, ke objek globular 0D, dan sebaliknya. Elektrolit 2D kami, dalam analogi dengan polielektrolit, menunjukkan transisi reversibel. dari 2D hingga 1D, tergantung faktor eksternal. Sebagai bahan yang merespon rangsangan, cocok untuk kreasi teknologi mutakhir,” imbuhnya.

Langkah selanjutnya

Penemuan kelas material ini telah membuka bidang penemuan baru bagi para ilmuwan material, karena menyatukan dua bidang penelitian yang secara tradisional telah dieksplorasi, yaitu materi 2D di bidang Fisika, dan elektrolit (di bidang Elektrokimia).

“Ada banyak cara untuk memfungsikan graphene dan material 2D lainnya untuk mengubahnya menjadi elektrolit 2D. Kami berharap bahwa pekerjaan kami akan menginspirasi para ilmuwan dari berbagai bidang untuk mengeksplorasi lebih lanjut sifat dan kemungkinan aplikasi elektrolit 2D. Kami mengantisipasi bahwa karena elektrolit 2D memiliki kesamaan dengan sistem biologis atau alami, mereka dapat secara spontan merakit sendiri dan menghubungkan silang untuk membentuk serat nano yang menjanjikan untuk aplikasi dalam filtrasi membran, pengiriman obat, dan tekstil elektronik. cerdas “, menjelaskan Prof Castro Neto.

Referensi: “Elektrolit 2D: Teori, Pemodelan, Sintesis, dan Karakterisasi” oleh Mariana CF Costa, Valeria S. Marangoni, Maxim Trushin, Alexandra Carvalho, Sharon X. Lim, Hang TL Nguyen, Pei Rou Ng, Xiaoxu Zhao, Ricardo K. Donato , Stephen J. Pennycook, Chorng H. Sow, Konstantin S. Novoselov dan Antonio H. Castro Neto, 12 Mei 2021, Bahan Lanjutan.
DOI: 10.1002 / adma.202100442

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.