Para Ilmuwan Memecahkan Kode untuk Kaca yang Lebih Kuat dan Tahan Lama
Para ilmuwan di Universitas Tohoku menemukan bagaimana gerakan atom pada kaca mengurangi tekanan internal, sehingga membuatnya lebih tahan lama.
Kita semua pernah merasakan kepanikan ketika sebuah gelas terlepas dari tangan kita dan pecah berkeping-keping saat menyentuh tanah. Namun bagaimana jika kecelakaan biasa ini hanya terjadi di masa lalu?
Kini, penemuan baru yang dilakukan para peneliti di Universitas Tohoku telah memberikan wawasan tentang bagaimana kaca tahan terhadap pecah, sehingga berpotensi membuka jalan bagi material yang sangat tahan lama dan tahan pecah. Terobosan ini mempunyai dampak luas terhadap industri yang berhubungan dengan kaca.
Rincian temuan mereka dipublikasikan di jurnal Acta Maeterialia pada tanggal 2 Desember 2024.
“Kaca, meski kuat, rentan pecah ketika tekanan melebihi toleransinya, namun yang menarik, pergerakan atom dan molekul di dalam kaca dapat mengurangi tekanan internal, membuat material lebih tahan terhadap patah,” kata Makina Saito, seorang profesor di Sekolah Pascasarjana Sains Universitas Tohoku. “Meskipun kita tahu bahwa beberapa atom 'melompat' ke ruang kosong di dekatnya, bagaimana proses ini mengurangi stres telah lama menjadi misteri.”
Teknik Tingkat Lanjut Mengungkap Gerakan Atom
Saito dan rekan-rekannya, yang terdiri dari peneliti dari Universitas Kyoto, Universitas Shimane, Institut Nasional untuk Ilmu Material, dan Institut Penelitian Radiasi Synchrotron Jepang, menemukan mekanisme relaksasi stres yang sebelumnya tidak diketahui dalam kaca ionik, sebuah sistem model kaca.
Penelitian mereka menggunakan eksperimen radiasi sinkrotron canggih dan simulasi komputer untuk mengamati gerakan atom dalam kaca pada skala waktu nanodetik hingga mikrodetik.
Tim menemukan bahwa ketika beberapa atom di dalam kaca 'melompat' ke ruang kosong di dekatnya, kelompok atom di sekitarnya perlahan-lahan bergerak bersama untuk mengisi kekosongan tersebut. Interaksi antara lompatan atom dan gerakan kolektif ini mengurangi tekanan internal, melindungi kaca agar tidak pecah akibat gaya eksternal.
“Hasil penelitian kami mempunyai implikasi yang luas bagi industri seperti elektronik konsumen, konstruksi, dan manufaktur otomotif, di mana kaca tahan pecah sangat penting,” tambah Saito.
Ke depan, tim peneliti berencana untuk mengeksplorasi apakah mekanisme atom serupa juga berlaku pada jenis kaca lain. Tujuan utama mereka adalah untuk menetapkan pedoman universal untuk merancang kaca dengan ketahanan benturan yang unggul, yang dapat merevolusi aplikasi yang membutuhkan bahan tahan lama.
Referensi: “Penemuan gerakan non-lompatan kolektif yang mengarah pada proses relaksasi stres Johari–Goldstein dalam model kaca ionik” oleh Makina Saito, Takeaki Araki, Yohei Onodera, Koji Ohara, Makoto Seto, Yoshitaka Yoda dan Yusuke Wakabayashi, 4 November 2024, Akta Materialia.
DOI: 10.1016/j.actamat.2024.120536
