Temuan tersebut diterbitkan pada awal Desember di jurnal Science. Untuk mengujinya, para ilmuwan menggunakan paduan material yang tahan pada suhu yang sangat dingin.

Sebuah paduan yang aneh      

Paduan kromium, kobalt, dan nikel merupakan contoh paduan entropi tinggi (HEA). Tidak seperti kebanyakan paduan yang dibuat terutama dari satu unsur dengan jumlah unsur tambahan yang ditambahkan lebih sedikit, HEA dibuat dari campuran yang sama dari setiap unsur penyusunnya.

HEA ini sangat mudah dibentuk. Artinya, dapat ditekuk di bawah tekanan untuk menahan rekahan. Beberapa keanehan dari struktur molekul paduan membuatnya sangat mudah ditempa.

Salah satu mekanisme utama misalnya menyebabkan atom-atom di dalam paduan terkilir di bawah tekanan yang memungkinkan mereka saling bergeser. Ini bersama dengan berbagai mekanisme lainnya, memungkinkan material terus berubah bentuk saat tekanan meningkat, tanpa patah atau pecah.

"Masing-masing dari mekanisme ini bekerja pada tahap selanjutnya ketika Anda meningkatkan tekanan pada material dan itu adalah resep sempurna untuk ketahanan tinggi. Yang luar biasa adalah mekanisme ini menjadi lebih efektif dalam suhu yang lebih dingin,” kata rekan penulis studi dan profesor teknik di University of California Berkeley, Robert Ritchie, dilansir Live Science, Jumat (23/12/2022).

Awalnya para ilmuwan menguji ketahanan paduan tersebut dengan memaparkannya ke nitrogen cair pada suhu sekitar minus 321 derajat Fahrenheit atau minus 196 derajat Celcius. Ketika ketahanan paduan semakin meningkat, tim bertanya-tanya seberapa jauh mereka dapat mendorong batas material.

Fisikawan di Bristol University, Inggris, Dong Liu dan rekannya merancang percobaan untuk mengekspos paduan tersebut ke helium cair yang dapat mendingin hingga suhu super dingin minus 424 Fahrenheit atau minus 253 Celcius.

Kemudian tim mengamati neutron yang menyebarkan material dalam proses yang disebut difraksi neutron untuk mengintip ke dalam struktur paduan dan melihat bagaimana retakan terbentuk saat tekanan meningkat. Eksperimen menunjukkan dalam hal ketahanan, paduan tersebut mengalahkan grafin.

"Grafin memiliki kekuatan yang sangat tinggi, tetapi tidak memiliki toleransi terhadap kerusakan. Grafin sangat rapuh dan hancur berkeping-keping seperti cangkir yang Anda lempar ke lantai," ujar Liu.

Kelemahan lain dari grafin adalah kekuatannya yang tinggi hanya bertahan pada skala yang sangat kecil, skala nanometer. Sementara itu, sampel paduan kromium, kobalt, dan nikel yang diuji oleh Liu dan timnya berukuran sebungkus rokok. Ini berarti HEA mempertahankan ketangguhannya pada skala objek sehari-hari.

Liu optimis paduan tersebut dapat digunakan untuk banyak proyek, baik di luar angkasa maupun di bumi. Misalnya, HEA dapat digunakan dalam wadah penyimpanan hidrogen yang dapat membuat kendaraan bertenaga hidrogen ramah lingkungan menjadi lebih layak.

“Jika Anda mengendarai mobil dengan bejana hidrogen yang terbuat dari sesuatu yang sangat rapuh, Anda pada dasarnya membawa bom. Tapi tidak dengan bahan ini,” tambahnya.