Material yang dikenal sebagai MXene ini tersusun dari lembaran-lembaran setebal beberapa atom saja, dan mereka dapat berinteraksi dengan cahaya sedemikian rupa yang berpotensi menjadikan teknologi masa depan lebih cepat, lebih kecil, dan lebih efisien.
Para ilmuwan di Jerman dan Israel telah menemukan cara baru untuk meneliti beberapa material terkecil dan paling menjanjikan di Bumi—sebuah kemajuan yang dapat membantu menciptakan baterai, elektronik fleksibel, dan perangkat energi bersih yang lebih baik.
Material yang disebut MXene ini terdiri dari lembaran-lembaran yang hanya setebal beberapa atom. Mereka dapat menghantarkan listrik, menyimpan energi, dan bahkan berinteraksi dengan cahaya dengan cara yang bisa membuat teknologi masa depan lebih cepat, lebih kecil, dan lebih hemat energi. Namun selama ini, para peneliti hanya dapat mempelajari MXene dalam tumpukan besar lapisan yang saling tumpang-tindih. Hal itu menyulitkan pemahaman tentang apa yang sebenarnya dapat dilakukan oleh setiap lapisan tunggal secara mandiri.
MXene telah menciptakan kegembiraan selama bertahun-tahun karena potensinya dalam teknologi generasi berikutnya—mulai dari baterai dan sel surya yang mengisi daya sangat cepat hingga layar fleksibel dan membran pemurni air. Namun untuk mewujudkan ide-ide tersebut, para ilmuwan pertama-tama perlu memahami secara persis bagaimana material ini berperilaku pada skala terkecil.
Sebuah tim riset yang dipimpin oleh Dr. Andreas Furchner dari Helmholtz-Zentrum Berlin dan Dr. Ralfy Kenaz* dari Universitas Ibrani Yerusalem telah memecahkan masalah tersebut. Mereka menggunakan metode optik baru yang disebut spectroscopic micro-ellipsometry (SME) untuk mengamati serpihan MXene individual satu per satu. Temuan ini diterbitkan dalam jurnal peer-reviewed ACS Nano.
Teknik ini bekerja dengan menyinari sampel mikroskopis dengan cahaya yang dikendalikan secara cermat dan mengukur bagaimana cahaya tersebut dipantulkan kembali. Dari pantulan itu, para ilmuwan dapat mengetahui seberapa baik material itu menghantarkan listrik dan bagaimana strukturnya mempengaruhi kinerja. Tidak seperti metode lama, SME tidak merusak sampel dan dapat menyelesaikan analisis penuh dalam waktu kurang dari satu menit.
Warga Israel berjalan di depan pintu masuk Universitas Ibrani Yerusalem (kredit: MARC ISRAEL SELLEM/THE JERUSALEM POST)
“Yang benar-benar luar biasa dari karya ini adalah bahwa dalam waktu kurang dari satu menit, kita dapat secara langsung mengukur sifat optik, struktural, dan elektrik dari serpihan MXene individual—semuanya dengan cara yang tidak merusak,” kata Kenaz, yang ikut menciptakan metode tersebut. “Biasanya, pengukuran ini memerlukan tiga instrumen berbeda dan waktu yang jauh lebih lama.”
**Bagaimana Setiap Serpihan Berperilaku**
Furchner mengatakan pendekatan baru ini memberi para ilmuwan gambaran yang jelas tentang bagaimana setiap serpihan berperilaku. “Dengan mengukur bagaimana serpihan MXene tunggal berinteraksi dengan cahaya, kami dapat menentukan variasi kecil dalam ketebalan dan konduktivitas,” ujarnya. “Kami sangat antusias melihat bagaimana hasilnya sangat sesuai dengan teknik-teknik yang jauh lebih lambat dan lebih merusak.”
Tim menemukan bahwa ketika lapisan MXene menjadi lebih tipis, resistansi listriknya meningkat—sebuah detail krusial untuk merancang komponen elektronik yang andal dan efisien. Teknik baru ini juga mampu menyamai akurasi alat pencitraan canggih seperti mikroskop elektron, yang mengonfirmasi ketepatannya.
“Karya ini memberikan peta jalan untuk mengintegrasikan MXene ke dalam teknologi nyata dengan menawarkan pandangan langsung tentang sifat intrinsik mereka tanpa interferensi dari lapisan bertumpuk atau ketidakmurnian,” kata Prof. Ronen Rapaport dari Universitas Ibrani. “Dengan menyempurnakan cara kami mempelajari material ini, kami membuka jalan bagi penggunaannya dalam perangkat energi dan optoelektronik.”
Menurut Dr. Tristan Petit dari Helmholtz-Zentrum Berlin, teknik baru ini bisa memiliki dampak yang lebih luas. “Ini membuka bidang-bidang penelitian baru yang sebelumnya hanya mungkin dengan fasilitas sinar-X besar yang mahal,” katanya. “Sekarang kami dapat melakukan pekerjaan serupa di laboratorium biasa, dengan jauh lebih cepat.”
MXene dapat menyimpan dan melepaskan energi listrik dengan sangat efisien, menjadikannya menjanjikan untuk baterai lithium-ion dan solid-state generasi berikutnya. Karena tipis dan dapat ditekuk, MXene dapat menggerakkan perangkat *wearable*, pakaian pintar, atau elektronik lipat. Ini juga membuat MXene ideal untuk digunakan dalam superkapasitor—perangkat yang memberikan semburan daya cepat dan mengisi ulang jauh lebih cepat daripada baterai biasa.
Kemampuan mereka untuk berinteraksi dengan cahaya dan menghantarkan listrik juga membuat MXene berguna untuk sel surya dan sistem fotoelektrokimia yang mengubah sinar matahari menjadi energi bersih. Secara khusus, MXene dapat meningkatkan produksi hidrogen dengan bertindak sebagai katalis dalam reaksi pemisahan air.
Karena MXene dapat menyaring logam berat dan garam dari air, para ilmuwan mengeksplorasinya untuk membran desalinasi dan teknologi pembersihan lingkungan. Para peneliti juga mempelajari MXene untuk penggunaan potensial dalam biosensor, sistem pengiriman obat, dan diagnostik medis.
Sebagaimana diungkapkan oleh Dr. Petit: “Ini adalah demonstrasi yang powerful tentang bagaimana kolaborasi dan fisika mutakhir dapat mempercepat ilmu material. MXene hanyalah permulaan.”
Dalam meniti perjalanan karir, kita acap kali menemui persimpangan yang mengharuskan suatu pilihan yang tidak mudah. Terkadang, langkah paling berani justru adalah mengambil jeda sejenak untuk melakukan refleksi mendalam. Melalui perenungan ini, kita dapat merancang peta perjalanan yang lebih terukur dan sesuai dengan aspirasi sejati kita.