Bagi sebagian orang alam telah memberikan inspirasinya. Setiap keistimewaan yang dimiliki oleh elemen alam merupakan jejak dan petunjuk untuk dibawa ke tingkat yang lebih tinggi. Para peneliti dari Jerman telah mengembangkan semen yang memiliki kekuatan baru yang terinspirasi oleh struktur nano yang ditemukan pada duri landak laut.

Duri landak laut kebanyakan terbuat dari bahan kalsit, biasanya bahan ini bersifat sangat rapuh dan mudah rusak. Namun landak laut, duri-durinya lebih tahan lama dibandingkan bahan penyusunnya sendiri. Hal ini disebabkan karena secara struktural alam telah mengoptimalkan bahan yang rapuh tersebut dengan menggunakan gaya arsitektur batu bata.

manipulator mikro membengkokkan semen  [University of Konstanz]

Tim peneliti Kimia Fisik, dipimpin oleh Profesor Helmut Cölfen, berhasil mensintesis semen pada  tingkat nano sesuai dengan prinsip “batu bata dan mortir” tersebut. Selama prosesnya, molekul makro diidentifikasi yang menggunakan fungsi mortar, membubuhkan blok kristal satu sama lain pada skala nano, setiap blok disusun dengan cara yang teratur.

Sebuah pilar yang terbuat dari semen ini bisa dibangun setinggi 8.000 meter, atau sepuluh kali lebih tinggi dari gedung tertinggi saat ini di dunia, sebelumnya material sebagai bahan penyusun akan hancur oleh beratnya. Baja normal, yang memiliki nilai 250 megapascal, hanya bisa mencapai ketinggian 3.000 meter.

Percobaan membengkokkan pada semen elastis dalam pemindaian mikroskop elektron [Dr Zhaklina Burkhard]

Secara nanosains, arsitektur bergaya batu bata bisa dibandingkan dengan karya seorang petukang: Setiap lapisan batu bata yang diletakkan dilekatkan oleh adukan semen. Prinsip panduannya adalah lapisan keras, lunak, keras, dan lunak. Inilah sifat dasar yang digunakan untuk membuat duri landak laut begitu tangguh. Ketika sebuah kekuatan tekanan diterapkan pada kalsit yang rapuh, blok kristalnya akan retak, sehingga energi tersebut kemudian dipindahkan ke lapisan lembut yang tidak teratur. Karena bahan ini tidak memiliki bidang pembelahan untuk merobek, ini mencegah peretakan lebih lanjut. Bagian tipis tulang belakang landak laut mengungkapkan prinsip struktural ini: blok kristal dalam struktur tertata dikelilingi oleh area amorf yang lebih lembut. Dalam kasus landak laut, bahan ini adalah kalsium karbonat. Kerang atau tulang kerang dibangun dengan cara yang sama.

Semen sendiri memiliki struktur yang tidak teratur – setiap komponen menempel pada komponen yang lainnya. Ini berarti: agar semen benar-benar memperoleh keuntungan dari peningkatan stabilitas yang diberikan oleh konstruksi batu bata dan mortir, strukturnya harus direorganisasi pada tingkat nano. Helmut Cölfen menggambarkan prosesnya sebagai “pengkodean resistansi fraktur pada tingkat nano”. Dalam hal ini, itu berarti mengidentifikasi bahan yang hanya bersentuhan dengan nanopartikel semen dan tidak ada yang lain di semen. Sekitar sepuluh kombinasi peptida bermuatan negatif diidentifikasi bahwa keduanya sesuai dan mengikat dengan baik.

Bekerja sama dengan Universitas Stuttgart, tim tersebut dapat menggunakan berkas ion di bawah mikroskop elektron untuk memotong struktur mikro berbentuk batang dari semen berstruktur nano yang berukuran tiga mikrometer. Struktur mikro ini kemudian ditekuk menggunakan manipulator mikro. Begitu dilepaskan, struktur mikro kembali ke posisi semula. Nilai mekanis dapat dihitung berdasarkan deformasi elastis struktur mikro. Berdasarkan perhitungan tersebut, semen yang dioptimalkan mencapai nilai 200 megapascal. Sebagai perbandingan: Tempurung kerang, yang merupakan standar emas dalam ketahanan fraktur, mencapai nilai 210 megapascal, yang hanya sedikit lebih tinggi. Beton yang umum digunakan saat ini memiliki nilai dua sampai lima megapascal.(ikons.id)