Perlengkapan sekolah yang umum menjadi pendeteksi ancaman

Bisakah barang-barang di meja Anda mendeteksi serangan bahan kimia?

Penelitian baru mengatakan ya. Bahkan rata-rata anak sekolah Amerika memiliki apa yang dibutuhkan untuk menggunakan MacGyver: pensil, selembar kertas, dan sedikit bakat artistik.

Dan siapa yang menemukan pendekatan cerdas dan berteknologi rendah terhadap tantangan pendeteksian senjata kimia? Tiga mahasiswa.

Gambarlah detektor kimia
Rata-rata pensil di meja Joe Student tidak terbuat dari timah, melainkan grafit, dicampur dengan pengikat tanah liat dan dibungkus dengan kayu. Grafit pada dasarnya adalah salah satu bentuk karbon, sama seperti berlian.

Saat mendiskusikan sifat konduktif graphene – lapisan grafit yang hanya setebal satu atom – di salah satu kelas mereka pada musim gugur tahun 2011, tiga mahasiswa di Sekolah Teknik McCormick Universitas Northwestern membuat penemuan penting.

“Saat Anda menggambar garis pada selembar kertas, grafit dapat melepaskan banyak lembaran atau lapisan graphene,” kata Jiaxing Huang, profesor ilmu dan teknik material.

“Seorang siswa bertanya: ‘Bisakah kita menggunakan graphene itu untuk sesuatu?’ Ini memulai eksplorasi tentang apa yang bisa dilakukan oleh jejak pensil.” Dan terakhir hingga terciptanya pendeteksi senjata kimia.

Tim ini memulai dengan mengukur konduktivitas jejak pensil di atas kertas dan menggunakannya untuk membuat elektroda yang sangat sederhana. Mereka menemukan bahwa jika kertas digulung ke satu arah, maka konduktivitas jejaknya akan meningkat; pembengkokan memampatkan partikel graphene penghantar, mereka menemukan.

Ketika mereka menggulung kertas ke arah yang berlawanan, hal ini mengurangi konduktivitas dengan melonggarkan jaringan graphene.

Namun tidak untuk semua pensil. Alih-alih bahan pengikat tanah liat dicampur dengan pensil tradisional, beberapa pensil fleksibel menggunakan grafit yang dicampur dengan bahan pengikat polimer. Para siswa mempelajari jejaknya dan sekali lagi menemukan bahwa dengan menekuk selembar kertas dengan gambar pensil, mereka dapat menambah dan mengurangi konduktivitas.

Tidak hanya bersifat konduktif, gambar pensil mereka juga dipengaruhi oleh paparan pelarut industri beracun dan asap kimia yang mudah menguap lainnya. Mereka merancang sebuah “chemiresistor”, sebuah sensor kimia yang dapat mendeteksi keberadaan gas berbahaya.

Detektor buatan sendiri
Chemiresistor mengubah resistansi ketika terkena gas atau uap. Ini adalah perangkat berbiaya rendah tanpa bagian bergerak yang dapat dengan mudah digunakan dalam rangkaian sensor.

Dan mereka dapat digunakan untuk membuat hidung elektronik, yang membantu mendeteksi asap kimia beracun.

Ketika resistor kimia buatan tim Universitas Northwestern terkena bahan kimia, pengikat polimer menyerap uap dan mengembang. Ekspansi tersebut mendorong jaringan graphene terpisah, sehingga mengurangi konduktivitas. (Uap yang paling mudah diserap oleh pengikat polimer menyebabkan konduktivitas paling menurun.)

Banyak tempat, misalnya Laboratorium Nasional Sandia, sedang mengerjakan pengembangan chemiresistor.

Karena ukurannya yang kecil, desain yang sederhana, dan konsumsi daya yang rendah, chemiresistor cocok digunakan sebagai perangkat yang dapat dipakai oleh responden pertama untuk mendeteksi paparan bahan kimia industri beracun atau bahan perang kimia.

Perangkat ini juga dapat digunakan di pabrik dan fasilitas lain untuk melindunginya dan menentukan polusi.

Chemiresistor juga berguna untuk memantau pasokan air kota. Bulan ini saja, tumpahan bahan kimia beracun di West Virginia membahayakan 300.000 orang.

Penelitian para siswa ini dapat mengarah pada jenis ketahanan kimia baru, yaitu alat pelacak bahaya yang terbuat dari bahan yang jauh lebih murah dibandingkan bahan yang saat ini digunakan, seperti tabung nano karbon atau nanopartikel logam.

Penari balet yang menjadi spesialis pertahanan Allison Barrie telah berkeliling dunia untuk meliput militer, terorisme, kemajuan senjata, dan kehidupan di garis depan. Anda dapat menghubunginya di [email protected] atau ikuti dia di Twitter @Allison_Barrie.