Rantai Pasok Nanomaterial Matang, Mengaktifkan Teknologi Komposit Canggih

Janji nanomaterial untuk menyediakan properti mekanik yang tak tertandingi, bersama dengan konduktivitas listrik dan termal yang dapat disesuaikan untuk komposit, telah dinyatakan selama bertahun-tahun. Karena properti unik dan luas permukaan yang luar biasa, nanomaterial memiliki potensi untuk mendorong performa produk melampaui komposit makroskala saat ini. Meski nanomaterial seperti grafen dan nanotubus karbon (CNT) secara komersial tersedia dari sejumlah perusahaan dan situs web, aplikasi yang luas dalam komposit tidak begitu terlihat.

Sementara itu, material dan terminologi berkembang dengan cepat; CW menyediakan primer tentang nanomaterial saat ini, serta perkembangan signifikan dalam material baru dan rantai pasok.

Lanskap nano untuk komposit

Nanomaterial dapat berupa logam, keramik, polimer, berbasis karbon atau dari sumber alami seperti selulosa. Nanomaterial membentuk komposit saat digunakan untuk memperkuat matriks polimer, keramik atau logam, dan biasanya diklasifikasikan berdasarkan bentuk (morfologi) sebagai partikel, serat atau platelet (lihat “Tipe dan definisi nanomaterial,” di bawah). Saat material mengecil dari mikrometer (10^-6 meter) ke nanometer (10^-9 meter), luas permukaan meningkat sehingga antarmuka nanomaterial-matriks mencakup lebih banyak volume komposit. Inilah mengapa peningkatan properti produk jadi 20-50% dapat dicakap dengan satu hingga dua urutan orde lebih sedikit pemuatan dibandingkan mikromaterial seperti carbon black dan serat yang digiling. Ini juga mengapa, sama seperti properti makrokomposit bergantung pada mekanika di antarmuka serat-resin, pemahaman dan kontrol antarmuka nano-komposit bahkan lebih penting untuk mengelola properti dan performa material.

Namun, janji nanomaterial telah terhalang oleh kesulitan dalam meningkatkan skala proses manufaktur biaya-efektif dari material berkualitas tinggi dengan cacat minimal. Selain itu, mencapai dispersi yang homogen dari nanomaterial dalam matriks telah menjadi tantangan karena kecenderungan nanomaterial untuk mengaglomerasi. Yang terakhir dapat diatasi dengan fungsionalisasi permukaan nanomaterial. Teknik umum, yang sering digabungkan, termasuk memodifikasi muatan listrik dari nanomaterial atau matriks, memodifikasi pH atau menambahkan surfactant.

Industri komposit biasanya memikirkan nano-komposit sebagai matriks apa pun dengan nanomaterial yang disperdi di dalamnya. Namun, mikrokomposit dapat dibedakan dari nano-komposit berdasarkan skala utama dari antarmuka. Gambar 1 memberikan contoh kombinasi mikro/nano komposit yang berbeda dan antarmuka. Matriks skala mikro (micronic) diperkuat dengan partikel nano, serat nano atau platelet nano, seperti terlihat di A, B dan C, masing-masing, sementara nano-komposit dibedakan sebagai fase matriks yang dicampur pada skala yang sama dengan nanomaterial, seperti yang ditunjukkan di E dan F.

Gambar 1 Struktur mikro/nano komposit umum untuk bahan keramik. Komposit mikro/nano yang terdiri dari matriks micronic dengan (A) partikel nanorundung bundar, (B) penguat nano dengan aspek rasio tinggi, (C) penguat nano mirip platelet dan (D) keduanya penguat nano bundar dan panjang; (E) komposit bi-fase yang dibuat oleh dua fase ultra-halus yang tidak bercampur; (F) komposit multi-fase yang dibuat oleh tiga (atau lebih) fase nano yang tidak bercampur. Sumber | “Structural Ceramic Nanocomposites: A Review of Properties and Powders’ Synthesis Methods” oleh Paola Palmero, Nanomaterials (Basel). Jun 2015

2D nano ke 3D komposit multifungsi

Dalam lanskap nano, wilayah yang paling aktif mungkin adalah wilayah yang terdiri dari nanomaterial 2D. Yang paling populer di antaranya adalah grafen, yang telah mendapatkan popularitas besar berkat properti luar biasa. Grafen adalah material dengan berat paling ringan (0,77 mg/m²) dan terkuat yang diketahui (100-300 kali besi), lebih keras dari diamond namun lebih elastis dari karet, dengan mobilitas elektron 100 kali lebih cepat dari silikon, konduktivitas listrik 13 kali lebih baik dari tembaga dan luas permukaan yang sangat tinggi. Grafen tampak mampu menembus kesenjangan dalam keterbatasan properti konvensional. Misalnya, saat ditambahkan ke karet, grafen dapat secara simultan meningkatkan grip ban dan mengurangi aus. Penggemar Formula 1 tahu dari menonton mobil balap bertukar antara ban lunak (grip tinggi, resistensi aus rendah) dan ban keras (grip lebih rendah, resistensi aus lebih tinggi), bahwa kedua properti ini biasanya tidak bersamaan. “Carbon black telah menjadi pengisi normal untuk karet dalam ban, tetapi grafen menawarkan performa yang jauh lebih tinggi pada faktor beban yang jauh lebih rendah, menggantikan 1-2% carbon black dengan hanya 0,01% grafen,” menjelaskan Terrance Barkan, direktur eksekutif The Graphene Council (New Bern, N.C., AS), organisasi sumber daya dan dukungan industri.

Peneliti telah bertekad untuk mengembangkan material ini, menyintesis ratusan nanomaterial berlapis 2D selama dekade terakhir dari polimer, logam dan alotrop karbon seperti grafen (lihat “Tipe dan definisi nanomaterial”). Nanomaterial 2D ini kemudian dapat digabungkan, menjahit, ditumpuk dan/atau diatur untuk membentuk arsitektur 3D yang hampir tak terbatas untuk menciptakan material multifungsi baru. Grafen dan nanomaterial 2D lainnya telah digabungkan ke dalam arsitektur 3D dengan volume pori besar, densitas rendah, properti mekanik yang meningkat, luas permukaan spesifik yang tinggi, transportasi elektron dan massa yang cepat (digunakan untuk pendingin permukaan yang sangat panas) serta properti optik yang unik dan kemampuan fotonik.

Pemain awal maju terus

Produk film CNT vertikal terasap NanoStitch diperkenalkan oleh N12 Technologies (Somerville, Mass., AS) pada 2015. Saat diinterleaved dalam laminat komposit, NanoStitch meningkatkan kekuatan geser antar-lapisan (ILSS) >30% dan kekuatan tekan setelah dampak (CAI) sebesar 15%. CW melaporkan pada 2018 bahwa N12 Technologies setuju untuk menggabungkan lini produksi film CNT berkelanjutan lebar 60 inci di University of Dayton Research Institute (UDRI, Dayton, Ohio, AS) sebagai fasilitas manufaktur kedua mereka. “Kami sekarang telah sepenuhnya memvalidasi operasi produksi di fasilitas Kettering, Ohio,” kata Christopher Gouldstone, direktur pengembangan produksi N12, dengan mencatat bahwa perusahaan masih mempertahankan kantor pusat dan aplikasi di Somerville. Dia mengatakan salah satu sorotan aplikasi terbesar untuk NanoStitch pada 2019 adalah menjadi mitra teknologi komposit resmi untuk Santa Cruz Syndicate World Cup Mountain Bike Team. “Setelah proses pengembangan kolaboratif untuk mengimplementasikan NanoStitch ke dalam desain Sepeda Santa Cruz, Syndicate sedang baling pada roda yang diperkuat NanoStitch tahan dampak musim ini,” kata Gouldstone. “N12 terus menerapkan NanoStitch untuk meningkatkan properti dampak, tekanan, geser dan kelemahan komposit untuk berbagai pasar termasuk penerbangan luar angkasa dan barang konsumen. Kami juga telah meningkatkan pengembangan untuk multifungsi, menggunakan konduktivitas tinggi CNT yang terasap vertikal untuk grounding elektrostatis, sensitivitas regangan dan pemanas permukaan.”

Nano-komposit termoplastik menggantikan aluminium

Sementara itu, salah satu komposit nano termoplastik komersial pertama diluncurkan lebih awal pada 2019 oleh Alpine Advanced Materials LLC (Dallas, Texas, AS). HX5 adalah material berkinerja tinggi yang dirancang untuk menggantikan aluminium kelas penerbangan luar angkasa 6061 T6, meningkatkan performa sambil mengurangi bobot hingga 50%. HX5 sedang dikomersialkan melalui lisensi eksklusif dari Lockheed Martin Corp. (Bethesda, Md., AS), tempat produk dikembangkan sebagai APEX (Advanced Polymers Engineered for the Extreme) dan diuji dan terbukti dalam bagian untuk pesawat, helikopter, kendaraan transportasi amfibi, misil, roket dan satelit.

“Alpine Advanced Materials memiliki akses penuh dan hak global ke teknologi APEX untuk aplikasi militer dan komersial,” kata Jon Bennett, vice president pengembangan korporat untuk Alpine Advanced Materials. “HX5 dapat dipotong, dilapisi, dicat, di las dan direkatkan secara adesif seperti logam, namun dapat diproses menggunakan injeksi cetak.” Karena Alpine saat ini tidak diizinkan untuk berbagi banyak detail, CW telah mengumpulkan riwayat pengembangan material ini dari informasi yang tersedia secara publik.

Gambar 2 Brakti nano-komposit termoplastik. Tampilan depan dari brakti destruct depan misil ini menunjukkan manfaat injeksi cetak dengan nano-komposit termoplastik HX5, mengurangi biaya 93% dan bobot 15% dibandingkan dasar aluminium. Sumber | Alpine Advanced Materials LLC

Menurut brosur APEX Lockheed Martin 2013, HX5 kompatibel dengan palet penuh proses komposit termoplastik termasuk cetakan kompresi, ekstrusi, termoforming, penempatan serat otomatis, gulungan filamen dan pencetakan 3D. Ini juga memungkinkan metode penggabungan seperti pengelasan dan overmolding. Menurut artikel yang diterbitkan dari 2011-2016, pengembangan nano-komposit termoplastik diawasi oleh Dr. Slade Gardner, kini konsultan teknologi utama untuk Alpine Advanced Materials dan sebelumnya rekan Mitra Lockheed di Advanced Manufacturing and Materials untuk Space Systems Co. Lockheed. Gardner mengumpulkan tim peneliti yang mengembangkan formulasi untuk APEX pada 2008 dan membuat prototipe bagian untuk pelanggan pada 2009. Tim mulai memproduksi hardware prototipe pesawat ruang angkasa pada 2010, termasuk brakti destruct depan untuk misil yang 93% lebih murah dan 15% lebih ringan daripada dasar aluminium (Gambar 2). “Bagian aluminium memiliki waktu produksi 28 hari; sebaliknya, kami mencetak 300 bagian APEX dalam satu hari kerja,” kata Gardner dalam artikel berita Lockheed 2014.

Tampilan belakang brakti nano-komposit termoplastik. Sumber | Alpine Advanced Materials LLC

Tim mulai bekerja untuk menggabungkan APEX yang dicetak injeksi dengan komposit serat panjang untuk membuat struktur hibrid yang menawarkan keterjangkauan maksimal dan performa tinggi. Dalam satu aplikasi — badan roket padat biaya rendah generasi berikutnya — 40 kerucut depan roket dicetak injeksi dalam dua shift kerja untuk menunjukkan kemampuan bagian skala besar. “Kerucut depan kami mewakili penghematan biaya 98% dan perbaikan waktu produksi 99%,” kata Gardner. Pada 2011, APEX disetujui untuk menggantikan komposit terpelapis serat kontinu yang lebih mahal dalam sayap bawah pesawat tempur F-35. Material ini juga digunakan dalam lebih dari 1.000 klip yang menstabilkan struktur utama satelit A2100, dan untuk klip, brakti dan laci kabel dalam produk pertahanan misil Lockheed lainnya.

Gardner menggambarkan material APEX sebagai campuran serat pendek dan serat nano yang diperkuat dari “ultrapolymer.” Ini juga dijelaskan sebagai platform yang tidak terbatas pada satu polimer, sehingga memungkinkan formulasi yang dapat disesuaikan dan dapat diproduksi, termasuk penggunaan dengan penguat serat woven dan unidireksional kontinu. HX5 telah lulus pengujian kebakaran, asap dan toksisitas (FST) untuk interior pesawat dan pengujian performa suhu tinggi pada 520˚F/270˚C.

“Alpine berencana untuk mengomersialkan berbagai material spesial, tetapi HX5 adalah produk unggulan kami untuk masa depan yang dapat ditentukan,” kata Bennett. Perusahaan tidak menjual material HX5 tetapi merancang dan memproduksi bagian khusus. “Kami membuat prototipe bagian HX5 yang akan digunakan di banyak industri,” katanya tambah, dengan mencatat penggantian aluminium di pesawat komersial dan rotorcraft dengan fokus khusus pada interior dan bagian kecil untuk pengurangan bobot, yang pada gilirannya mengurangi emisi karbon. HX5 cocok untuk merancang ulang rangkaian aluminium atau komposit konvensional untuk mengurangi jumlah bagian.

Meski bagian HX5 pertama akan dicetak injeksi, Alpine berencana untuk mengeksploitasi proses manufaktur canggih lainnya, seperti overmolding. “Alpine juga tetap berkomitmen untuk meningkatkan posisi kompetitif Amerika Serikat melalui partisipasi dalam berbagai program pengembangan pertahanan,” kata Bennett.

Nano-CMCs untuk hipersonik

Lebih jauh dari tanah dan pada kecepatan yang jauh lebih tinggi adalah area aplikasi baru lainnya untuk nanomaterial: Nano keramik matriks komposit (CMC) untuk hipersonik. Hipersonik adalah istilah aerodinamis untuk kecepatan jauh lebih besar dari kecepatan suara, biasanya kurang dari Mach 5. Secara luas, hipersonik adalah kategori senjata dan kendaraan militer yang dirancang untuk bergerak pada kecepatan hipersonik. Teknologi semacam ini sedang dikembangkan di seluruh dunia, termasuk di AS.

Kecepatan di luar Mach 5 menuntut material struktural ringan yang dapat menahan suhu 2480˚C tanpa meleleh atau berubah bentuk, sambil menahan erosi dan proyektil. Ini berarti mereka harus keras, mechanically tough dan resistensi kecacatan. Kendaraan ini juga memerlukan properti listrik dan termal spesial untuk menghantarkan listrik dan/atau melindungi komponen tertutup. Bahkan teknologi logam terbaru masih kesulitan memenuhi semua permintaan ini.

Keramik refraktori — termasuk karbida logam, nitrida logam dan borida logam — memiliki daya tahan ringan untuk menangani lingkungan ekstrim semacam itu, tetapi sintesis dan penegerannya memerlukan tekanan tinggi dan suhu di atas 1980˚C, sehingga intensif energi dan mahal. Keramik refraktori murni juga terlalu rapuh.

Pusat Penelitian Laut Amerika Serikat (NRL, Washington, D.C., AS) menggunakan keahliannya dalam mengembangkan resin phthalonitrile tahan api dan suhu tinggi baru untuk maju metode yang potensial murah untuk pembuatan langsung keramik refraktori berbentuk kristal nano. Teknologi ini menggunakan senyawa polimerik baru untuk menyintesis dan menegerakan keramik ini secara in-situ, dalam satu langkah tanpa kebutuhan untuk mengecer serbuk keramik pada tekanan dan suhu tinggi. Pengembangan ini dipimpin oleh Dr. Matthew Laskoski, ilmuwan penelitian NRL dan kepala bagian material canggih yang memegang jabatan, dan diuraikan dalam artikelnya tahun 2018 “Naval Research Lab designs composites for new platforms,” yang diterbitkan di Vol. 5, No. 2 majalah Naval Science and Technology Future Force.

Dalam proses ini, resin baru yang kaya karbon dengan kimia tipe polyphenol dicampur dengan serbuk logam melalui ball milling, teknik umum yang digunakan dalam pemrosesan nanomaterial. Prekursor keramik yang dihasilkan dapat ditekan menjadi cakram, kerucut, bola atau bentuk khusus aplikasi lainnya. Proses infiltrasi leleh reaktif — proses semacam ini biasanya digunakan untuk menghasilkan (CMC) — menghasilkan karbida yang padat dalam furnace argon terisi tekanan 1370˚C, tanpa tekanan. Karbida padat ini terbentuk dalam reaksi satu langkah pada suhu lebih rendah dan tanpa tekanan dari teknik sintering dan pemanas konvensional. Karena ukuran kristal karbida kurang dari 40 nanometer, nanokeramik yang dihasilkan tidak rapuh seperti material berbutir kasar.

Keuntungan lain adalah polimer termoset bertindak sebagai sumber karbon yang dapat dileleh yang bereaksi dengan partikel serbuk logam. Ini juga memfasilitasi penguatan keramik dengan logam, serat karbon dan keramik sekunder. (Contoh keramik sekunder dapat dilihat di Gambar 1 (E) di mana komposit bi-fase terdiri dari matriks keramik primer dan penguat keramik sekunder.) CMC yang dihasilkan memberikan jalan untuk kontrol lebih lanjut atas properti mekanik, termal, listrik dan ablasi.

Menurut Laskoski, karbida refraktori seperti karbida zirconium dan karbida titanium tidak terpengaruh oleh suhu yang sangat tinggi dan tidak dapat dibakar oleh api, plasma atau pemanas atmosfer selama perjalanan hipervelositas. Namun, nanokeramik kristal nano yang berasal dari polimer NRL melampaui karbida untuk mencakup resin kaya nitrogen yang dapat bereaksi dengan logam untuk membentuk nitrida logam. NRL telah mengembangkan komposit nitrida silikon, nitrida zirconium dan diborida titanium serta metode untuk memperkuat CMC yang dihasilkan dengan serat keras. Keramik refraktori ini menunjukkan kekuatan tinggi, stabilitas termal dan konduktivitas listrik dan termal yang variabel yang memungkinkan mereka memenuhi persyaratan komponen kendaraan hipersonik.

Mesin untuk kendaraan semacam itu menyerap besar jumlah panas dan harus menyarapkannya secara efektif, yang bahkan logam alloy paling canggih tidak dapat melakukan tanpa kehilangan kekuatan dan integritas struktural. Laskoski mengatakan bahwa komponen nitrida dan borida logam lebih cenderung untuk menyelesaikan tantangan ini, sementara komposit nitrida silikon menawarkan potensi untuk radome komunikasi tahan oksidasi dan kekuatan tinggi. NRL sedang mengembangkan teknologi manufaktur tambahan yang akan memasukkan struktur nano ke dalam material ini dan menyesuaikan lebih lanjut properti dielectric, termal dan perlindungan elektromagnetik dengan resolusi yang lebih tinggi dari yang mungkin dengan material yang tersedia saat ini.

Toksisitas nano-komposit dan penanganan yang aman

Karena nanomaterial lebih kecil dari sel tubuh manusia dan sel darah, ada kekhawatiran tentang toksisitasnya, tidak hanya dari paparan pekerja selama manufaktur dan pemrosesan material, tetapi juga saat bagian dipotong, dikupas dan didaur ulang. The Graphene Council baru-baru ini menerbitkan webinar di mana Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (NIOSH, Washington, D.C., AS) membahas isu-isu ini dan mencantumkan sumber daya mereka, termasuk tiga publikasi 2018: “Melindungi Pekerja selama Operasi Reaktor Nanomaterial,” “Melindungi Pekerja selama Penanganan Nanomaterial” dan “Melindungi Pekerja selama Pemrosesan Menengah dan Hilir Nanomaterial.”

NIOSH menyatakan bahwa telah menyelesaikan studi toksikologis yang luas pada hanya beberapa nanomaterial, termasuk nanotubus karbon (CNT). Karena tikus dan elang yang terpapar CNT dan serat nanokarbon (CNF) telah menunjukkan inflamasi pulmonal persisten, tumor dan fibrosa (penyakit paru-paru progresif yang membuat bernafas sulit), NIOSH menekankan bahwa penting untuk mengontrol paparan pekerja selama produksi nanomaterial. Panen nanomaterial dari reaktor dan membersihkan reaktor menghasilkan paparan yang potencial tinggi. Pekerja juga dapat terpapar selama spraying dan pemesinan (misalnya, ball milling) serta penanganan nanomaterial untuk penimbangan, kemasan dan pencampuran/kumpul. NIOSH menyatakan bahwa kontrol paparan pekerja tampak dapat dilakukan dengan teknik standar termasuk penutupan sumber, ventilasi buangan lokal, perlengkapan pelindung diri (PPE) dan praktik terbaik dalam pembersihkan dan kebersihan rumah untuk partikel halus.

Batas paparan yang direkomendasikan NIOSH (REL) untuk CNT/CNF adalah di bawah 1 μg/m³ sebagai rata-rata waktu tertimbang 8 jam (TWA). Teknik analitik seperti mikroskopi elektron pemindai dan transmisi (SEM, TEM) dapat digunakan untuk memastikan ambang ini terpelihara. NIOSH secara khusus menasihati bahwa tidak aman untuk menggunakan batas paparan yang diizinkan OSHA (PEL) untuk grafit (5.000 μg/m³) atau carbon black (3.500 μg/m³), dan juga bahwa lebih banyak penelitian diperlukan untuk sepenuhnya mengkarakterisasi risiko kesehatan CNT dan CNF, termasuk studi hewan jangka panjang dan studi epidemiologis pada pekerja.

“CNT telah cukup banyak diteliti,” kata Jo Anne Shatkin, presiden Vireo Advisors LLC (Boston, Mass., AS), konsultan kesehatan dan keselamatan tempat kerja. “Sepuluh tahun lalu, kami tidak tahu, tetapi sekarang studi menunjukkan bahwa toksisitas yang lebih drastis yang kami takuti belum benar-benar terwujud.” Dia mengatakan bahwa kekhawatiran tentang nanomaterial dengan rasio aspek tinggi seperti CNT adalah bahwa mereka berperilaku seperti serat silica dan asbestos karsinogenik. “Tetapi sangat sedikit dari studi material CNT yang memenuhi paradigma serat pada titik ini,” menjelaskan dia. “Namun, masih ada banyak tantangan. Kami sebagian besar telah menguji nanomaterial murni, tidak difungsikan, seperti yang digunakan. Ketidakpastian tetap ada karena nanomaterial sangat bervariasi dalam komposisi, bentuk dan fungsionalisasi.” Semua faktor ini dapat mempengaruhi toksisitas, termasuk metode dan kimia fungsionalisasi yang digunakan. “Anda menciptakan properti yang membuat CNT bereaksi lebih baik dengan polimer, tetapi kami tidak tahu bagaimana itu mempengaruhi interaksi material dengan darah atau sel tubuh,” katanya. Kami belum berada pada tahap prediktif. Itulah yang kami jelajahi sekarang. apakah kami dapat mencari model standar untuk mengevaluasi paparan dan toksisitas yang memperhitungkan semua variabel ini?”

Shatkin menggambarkan pekerjaan yang dilakukan dan sejumlah metode pengujian standar yang sedang dikembangkan di American Society for Testing and Materials (ASTM, Conshohocken, Pa., AS) dan American National Standards Institute (ANSI, Washington, D.C., AS). “Grup Pengembangan Standar Teknologi Nano ISO/ANSI TC 229 memiliki puluhan standar untuk pengujian nanomaterial,” katanya, “serta metode kesehatan dan keselamatan pekerja, seperti cara melakukan SEM dan TEM untuk pengukuran distribusi partikel relatif terhadap PEL dan REL.” Shatkin mencatat bahwa baik ISO maupun ASTM memiliki standar yang sedang dikembangkan yang melihat risiko pelepasan nanomaterial dari komposit melalui pemesinan, pengupasan dan operasi sekunder lainnya. Di sini, setidaknya, lampu hijau sementara telah diberikan. Shatkin mengatakan pekerjaan yang diselesaikan oleh konsorsium industri NanoRelease menunjukkan bahwa pengupasan dan pemesinan bagian yang mengandung nanomaterial tidak menimbulkan ancaman kesehatan dan keselamatan baru. “Anda memeroleh pelepasan nanomaterial, tetapi mereka terikat pada polimer, bukan partikel nano bebas,” menjelaskan dia. “Jadi, pedoman kami saat ini untuk partikel dari pemesinan komposit sudah cukup.” Namun, perusahaan — terutama yang memiliki karyawan dan sumber daya terbatas — mungkin tidak melihat debu pemesinan sebagai ancaman kesehatan yang serius. Oleh karena itu, mereka mungkin tidak selalu mengikuti pedoman dan praktik terbaik untuk PPE dan respirator, tidak perlu menyebutkan penutupan dan peralatan ventilasi. Namun karena masih ada ketidakpastian, kepuasan diri semacam itu bukan opsi saat bekerja dengan nanomaterial.

Nano-komposit memang memungkinkan performa yang lebih tinggi, kemampuan multifungsi yang lebih besar dan potensi biaya lebih rendah serta struktur yang lebih ringan untuk berbagai aplikasi dan pasar. “Ada peluang besar untuk manfaat dengan nanomaterial, dan kami telah banyak belajar,” kata Shatkin, “tetapi masih ada banyak ketidakpastian. Jalur terbaik kami ke depan adalah untuk waspada, meminimalkan paparan dan memastikan, seingat mungkin, bahwa kami membuat manufaktur, penanganan dan penggunaan semakin aman.”

Memverifikasi produsen dan mendukung pengembang

Salah satu tantangan yang dihadapi teknologi yang dinamis dan cepat matang adalah membangun kepercayaan dalam rantai pasok. Untuk itu, The Graphene Council bekerja untuk mematangkan rantai pasok global melalui program Verified Graphene Producer mereka. Versarien plc (Cheltenham, Inggris) adalah penyedia grafen pertama yang berhasil menyelesaikan sistem verifikasi independen, pihak ketiga ini yang melibatkan inspeksi fisik fasilitas produksi dan tinjau seluruh proses produksi dan prosedur keselamatan. “Kami juga mengambil sampel acak dari produk mereka dan menyerahkannya untuk pengujian buta untuk dikarakterisasi secara ketat di Laboratorium Fisika Nasional (NPL, Teddington, Inggris), institusi kelas dunia yang mengikuti ISO/TR 19733:2019 untuk Teknologi Nano,” kata Barkan dari The Graphene Council. NADCAP adalah program audit yang analog yang lama digunakan oleh industri penerbangan luar angkasa untuk tujuan yang sama. “Tanpa program semacam ini, pelanggan tidak memiliki ide apa yang mereka dapatkan saat mereka membeli dan menerima produk grafen,” kata Barkan. “Program Verified Graphene Producer kami adalah langkah penting untuk memberikan tingkat kepercayaan pada baik produk maupun produsen di seluruh dunia.”

The Graphene Council juga bekerja untuk meningkatkan pengembangan aplikasi grafen. “Kami menghubungkan perusahaan dengan sumber daya untuk membantu mereka dengan cepat menavigasi produk, produsen, ilmu material dan pengujian untuk pengembangan yang lebih cepat dan lebih sukses,” kata Barkan. “Kami juga memberikan layanan perumus independen, pihak ketiga untuk membantu perusahaan yang ingin menggunakan grafen, tetapi tidak tahu mulai dari mana. Kami tidak hanya memiliki jangkauan ke anggota resmi kami, tetapi juga melacak lebih dari 200 perusahaan yang terlibat dengan grafen di seluruh dunia. Kami memantau apa yang sedang dikembangkan dan hasil ilmiah dan penelitian terbaru, membantu memahami jenis grafen yang akan digunakan, cara fungsionalisasi dan dispergensinya dan cara menguji performa.” Dia mencatat hubungan erat dengan Graphene Engineering & Innovation Center (GEIC) di Universitas Manchester (Manchester, Inggris), tempat grafen pertama kali ditemukan. “Ini adalah pusat prototipasi cepat,” kata Barkan, “dan membantu kami memanfaatkan apa yang dapat dilakukan grafen.”