Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Upaya gabungan dari eksperimen dan simulasi membuka jalan ke aplikasi baru – ScienceDaily


Bahan yang terdiri dari komponen anorganik dan organik dapat menggabungkan yang terbaik dari dua dunia: dalam keadaan tertentu, yang disebut MOFs – kependekan dari kerangka logam-organik – terstruktur dalam urutan yang sama seperti kristal dan pada saat yang sama berpori dan berubah bentuk. Ini membuka prospek material cerdas untuk aplikasi teknis hemat energi. Akan tetapi, sejauh ini hanya sedikit Kemenkeu fleksibel yang telah diidentifikasi.

Sebuah tim peneliti dari Ruhr-Universität Bochum (RUB) dan Technical University of Munich (TUM) telah menggunakan eksperimen dan simulasi untuk mencari tahu dengan cara apa MOF dapat dibuat fleksibel dan mengapa: mereka mengelabui sistem dengan menggunakan manipulasi kimia yang cerdas untuk mengaktifkan berbagai pengaturan yang mirip secara energik dalam urutan kristal.

Potensi aplikasi MOF pertama kali ditemukan sekitar 20 tahun yang lalu, dan hampir 100.000 bahan berpori hibrida tersebut telah diidentifikasi. Ada harapan besar untuk aplikasi teknis, terutama untuk MOF yang fleksibel.

Sebagai peredam kejut, misalnya, mereka dapat bereaksi terhadap tekanan tinggi yang tiba-tiba dengan menutup pori-porinya dan kehilangan volume, yaitu berubah bentuk secara plastik. Atau mereka dapat memisahkan zat kimia satu sama lain seperti spons dengan menyerapnya ke dalam pori-pori dan melepaskannya kembali di bawah tekanan.

“Ini akan membutuhkan energi yang jauh lebih sedikit daripada proses distilasi biasa,” jelas Rochus Schmid. Namun, sampai saat ini hanya sedikit Kementerian Keuangan yang fleksibel seperti itu.

MOF di bawah tekanan

Untuk mengetahui dasar dari mekanisme yang mendasari materi tersebut, tim Munich telah melakukan analisis eksperimental yang lebih rinci dari MOF yang sudah dikenal luas. Untuk tujuan ini, para peneliti memberikan tekanan seragam dari semua sisi, sambil mengamati apa yang terjadi di dalam menggunakan analisis struktur sinar-X.

“Kami ingin mengetahui bagaimana material berperilaku di bawah tekanan dan faktor kimia apa yang merupakan kekuatan pendorong di balik transisi fase antara kondisi pori terbuka dan pori tertutup,” kata Gregor Kieslich. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pori-pori tertutup tidak stabil; di bawah tekanan sistem kehilangan urutan kristalnya, singkatnya: ia rusak.

Ini tidak terjadi pada varian dari struktur dasar yang sama: jika tim memasang rantai samping fleksibel dari atom karbon ke potongan penghubung organik MOF yang menonjol ke pori-pori, material tetap utuh saat dikompresi dan kembali ke bentuk aslinya saat tekanan menurun. Lengan karbon mengubah bahan non-fleksibel menjadi MOF yang fleksibel.

Rahasia transformasi fase

Tim Bochum menyelidiki prinsip dasar menggunakan kimia komputer dan simulasi dinamika molekuler. “Kami telah menunjukkan bahwa rahasianya terletak pada derajat kebebasan rantai samping, yang disebut entropi,” kata Rochus Schmid. “Setiap sistem di alam berjuang untuk mendapatkan entropi sebesar mungkin, sederhananya, sebanyak mungkin derajat kebebasan untuk mendistribusikan energi sistem.”

“Sejumlah besar kemungkinan pengaturan lengan karbon di pori-pori memastikan bahwa struktur pori terbuka MOF distabilkan secara entropis,” lanjut Schmid. Hal ini memfasilitasi transformasi fase dari pori terbuka ke struktur pori tertutup dan kembali lagi, alih-alih rusak saat pori-pori diremas bersama seperti yang terjadi tanpa lengan karbon. “

Untuk menghitung sistem sebesar itu yang terdiri dari banyak atom dan untuk mencari banyak kemungkinan konfigurasi lengan di pori-pori, tim mengembangkan model teoritis yang tepat dan efisien secara numerik untuk simulasi.

Hasil utama dari studi ini adalah identifikasi opsi kimiawi lain untuk mengontrol dan memodifikasi perilaku respons makroskopik dari material cerdas dengan faktor termodinamika. “Temuan kami membuka cara baru untuk secara khusus mencapai transformasi fase struktural dalam MOF berpori,” Gregor Kieslich menyimpulkan.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney