Bahan karet bertulang banyak dipakai pada ban, segel industri, dan alat medis, dan menjadi inti industri ban global senilai $260 billion. Meskipun sudah digunakan hampir satu abad, para ilmuwan belum sepenuhnya memahami mengapa penambahan partikel mikroskopis memperkuat karet. Kini tim yang dipimpin Profesor David Simmons dari University of South Florida memecahkan teka-teki itu, dengan hasil yang dipublikasikan di Proceedings of the National Academy of Sciences.
Kelompok ini menjalankan 1.500 simulasi dinamika molekuler dengan total waktu komputasi sekitar 15 tahun pada klaster milik USF. Mereka memurnikan model carbon black dan cara penyebarannya, serta memodelkan interaksi ratusan ribu atom di dalam karet untuk menguji mekanisme yang sukar diamati langsung pada skala nano.
Mekanisme kunci adalah ketidaksesuaian rasio Poisson: partikel carbon black berfungsi sebagai penopang kecil yang mencegah karet menipis saat diregangkan, sehingga material dipaksa mengalami peningkatan volume. Karena karet menahan perubahan volume, keseluruhan sistem menjadi jauh lebih kaku. Penelitian juga menunjukkan bahwa hipotesis sebelumnya—jaringan partikel, interaksi lengket di sekitar partikel, dan efek pengisian ruang—tidak bertentangan melainkan turut memperkuat penahanan volume.
Penemuan ini dapat mengubah cara insinyur merancang ban dan komponen karet lain karena membantu menangani "Magic Triangle" desain ban: efisiensi bahan bakar, traksi, dan daya tahan. Selain ban, karet bertulang juga relevan untuk pembangkit listrik, sistem dirgantara, dan infrastruktur penting. Penelitian ini didukung oleh US Department of Energy Office of Science dan sumbernya berasal dari University of South Florida.
Kata-kata sulit
- karet bertulang — karet yang diperkuat dengan partikel atau serat
- simulasi dinamika molekuler — perhitungan komputer gerak partikel pada skala atom
- carbon black — partikel hitam halus dari karbon industri
- rasio Poisson — angka yang menggambarkan perubahan bentuk saat ditarik
- penahanan volume — ketidakmampuan material untuk mengubah volumenya
- traksi — gaya gesekan yang membantu kontak dan cengkeraman
- memurnikan — menghilangkan kotoran atau variabel yang tidak diinginkan
Tips: arahkan kursor, fokus, atau ketuk kata yang disorot di dalam teks untuk melihat definisi singkat sambil membaca atau mendengarkan.
Pertanyaan diskusi
- Bagaimana pemahaman tentang penahanan volume dapat mengubah cara insinyur merancang ban?
- Teks menyebutkan pembangkit listrik, sistem dirgantara, dan infrastruktur. Pilih salah satu dan jelaskan bagaimana karet bertulang yang lebih kuat bisa bermanfaat di bidang itu.
- Tim menggunakan komputasi sekitar 15 tahun pada klaster. Apa tantangan praktis yang mungkin muncul ketika penelitian membutuhkan sumber komputasi besar?
Artikel terkait
Rumah Aman Butuh Struktur Kuat dan Regulasi Cerdas
Penelitian menemukan bahwa rumah yang lebih tahan bencana memerlukan struktur bangunan yang lebih kuat dan regulasi yang disesuaikan dengan kondisi lokal. Studi ini dipimpin peneliti dari University of Notre Dame dan diterbitkan di jurnal ilmiah.
Pakaian Pintar dengan MXenes untuk Pantau dan Lindungi Kesehatan
Penelitian menelaah penggunaan MXenes — bahan tipis berbasis logam — pada tekstil pintar untuk memantau tanda vital, melawan bakteri, dan menyimpan energi matahari. Ulasan menyorot potensi aplikasi dan batasan produksinya.
AUC dan Minapharm dirikan akademi bioteknologi di Afrika
American University in Cairo (AUC) bekerja sama dengan Minapharm untuk mendirikan akademi bioteknologi yang menghubungkan pendidikan dan kebutuhan industri. Inisiatif ini fokus pada pelatihan praktik, penelitian, dan inovasi di Mesir, Timur Tengah, dan Afrika.
