Bahan baru yang terinspirasi dari sel menghilangkan kebutuhan akan logam dan plastik dalam penyimpanan energi
Para ilmuwan di Universitas Northwestern telah mengembangkan bahan cair baru yang memanen, menyimpan, dan melepaskan energi dalam satu sistem. Didukung oleh sumber seperti cahaya atau listrik, bahan bebas logam dan plastik ini secara fisik berubah bentuk dari cairan menjadi gel padat energi untuk menyimpan daya, kemudian diubah menjadi cairan hanya dengan terpapar ke udara terbuka. Platform yang berkelanjutan dan mudah beradaptasi ini menghilangkan kebutuhan akan komponen perangkat keras, membuka pintu baru bagi energi ramah lingkungan dan elektronik lunak. “Kemampuan material kami untuk menyimpan dan melepaskan energi sesuai permintaan dapat menjadikannya berguna untuk penyimpanan energi, remediasi lingkungan, dan perangkat lunak elektronik generasi mendatang,” kata Samuel I. Stupp, penulis senior studi tersebut. Kredit: Kimia. Teknik yang terinspirasi dari biologi Untuk membangunnya, tim melihat ke dalam tubuh kita sendiri dan mengambil inspirasi dari sitoskeleton sel. Kerangka seluler sangatlah dinamis. Ia terus-menerus membangun, memecah, dan merekonstruksi dirinya sendiri untuk membantu sel bergerak dan membelah. Peneliti Northwestern merancang material yang secara fisik dapat dibangun, dibongkar, dan dibangun kembali untuk mengelola energi. Didukung oleh elektron eksternal dari sumber seperti sinar matahari atau sinar X, cairan kuning awal berubah menjadi gel hitam kaya energi yang dapat menyimpan energi selama berbulan-bulan dan mendorong reaksi kimia. Seluruh proses diatur ulang secara mulus saat terkena udara terbuka, yang melarutkan gel kembali ke bentuk cairnya, sehingga dapat diisi ulang dan digunakan kembali berulang kali. “Sistem kehidupan sangatlah dinamis,” kata Stupp. “Mereka terus-menerus membangun struktur, memecahnya, dan membangunnya kembali. Kami ingin menciptakan bahan sintetis yang berperilaku serupa sekaligus menjalankan fungsi yang bermanfaat.” Untuk mengatasi keterbatasan di mana pengumpulan, penyimpanan, dan penggunaan energi memerlukan perangkat terpisah, para peneliti menggunakan bahan supramolekul yang dapat mengatur dirinya sendiri ke dalam jaringan yang lebih besar. Molekul khusus, ANI-MV, dirancang. Ini mengintegrasikan dua komponen fungsional ke dalam satu sistem: unit aromatik amino naftalena (ANI) yang merespons cahaya, dan unit metil viologen (MV) yang menyimpan elektron yang ditangkap. Penggunaan dalam elektronik lunak Ketika bagian ANI yang responsif terhadap cahaya menyerap energi, ia mentransfer elektron ke bagian MV, menyebabkan molekul tetangganya saling tarik menarik dan membentuk pasangan yang disebut pimer. Pimer ini tersusun menjadi pita skala nano semikonduktor dengan elektron yang bergerak bebas dan terdelokalisasi yang akhirnya terjerat menjadi gel hitam. Jaringan ini menyimpan elektron di seluruh strukturnya, menandai contoh nyata pertama dari pimer polimer supramolekul yang dibangun dari pasangan molekul penyimpan elektron. Dalam percobaan di laboratorium, para peneliti menunjukkan keserbagunaan material yang luar biasa dengan memicu transformasi dari cairan kuning menjadi gel hitam konduktif yang kaya energi menggunakan bahan bakar kimia, cahaya, listrik, atau sinar-X. Karena cahaya dapat secara selektif menargetkan cairan, para ilmuwan dapat mencetak pola konduktif mikroskopis yang hilang sepenuhnya begitu terkena udara terbuka, yang kemudian mengembalikan gel menjadi kelompok cairan non-konduktif. Selain itu, energi yang tersimpan ini dapat ditransfer ke oksigen, menghasilkan molekul yang sangat reaktif yang memungkinkan gel menggerakkan reaksi kimia dalam kegelapan total. Proses ini dikenal sebagai fotokatalisis gelap. “Sebagian besar material yang digerakkan oleh cahaya berhenti bekerja ketika sumber cahayanya hilang,” kata Stupp. “Material kami memungkinkan terjadinya bentuk ‘fotokatalisis gelap’.” Para peneliti membayangkan material ini mendukung aplikasi mulai dari remediasi lingkungan dan energi ramah lingkungan hingga perangkat elektronik lunak yang adaptif. Studi ini dipublikasikan di jurnal Chem pada 11 Juni.
Diterbitkan : 2026-06-12 16:36:00
sumber : interestingengineering.com
