Para peneliti di Universitas Cornell telah mengembangkan metode manufaktur aditif yang menghasilkan bahan superkonduktor dalam satu langkah proses. Pendekatan ini didasarkan pada tinta cetak khusus yang terbuat dari kopolimer blok dan partikel nano anorganik, yang merakit sendiri selama pencetakan 3D dan kemudian diubah menjadi struktur superkonduktor kristal melalui perlakuan panas. Hasilnya dipublikasikan dalam Komunikasi Alam.
Pada awal tahun 2016, tim yang dipimpin oleh Ulrich Wiesner, Profesor Ilmu Material, menunjukkan bahwa kopolimer blok dapat berfungsi sebagai perancah untuk pembentukan struktur superkonduktor. Dalam penelitian saat ini, mereka berhasil mengintegrasikan metode ini secara langsung ke dalam pencetakan 3D. Proses ini menggabungkan pembentukan struktur pada tiga tingkat: pada skala atom, kisi kristal muncul; pada skala mesoscale, kopolimer mengatur diri mereka sendiri ke dalam pola yang teratur; dan pada skala makro, geometri yang rumit seperti kumparan atau heliks dapat dicetak.
“Ini sudah lama dalam proses pembuatannya,” kata Wiesner, yang juga seorang profesor di Departemen Teknologi Desain. “Apa yang ditunjukkan oleh makalah ini adalah bahwa kita tidak hanya dapat mencetak bentuk-bentuk kompleks ini, tetapi pengurungan mesoscale memberikan sifat material yang tidak dapat dicapai sebelumnya.”
Salah satu contohnya adalah pencetakan niobium nitrida, yang, berkat arsitektur nanopori, mencapai medan magnet kritis atas 40 hingga 50 Tesla – nilai yang sebelumnya tidak pernah dilaporkan untuk bahan ini. Sifat ini sangat relevan untuk magnet superkonduktor yang digunakan dalam pencitraan medis dan penelitian kuantum.
“Kami telah memetakan sifat superkonduktor ini ke dalam parameter desain makromolekul yang digunakan dalam sintesis material. Itu adalah sesuatu yang belum pernah ditunjukkan oleh siapa pun sebelumnya,” kata Wiesner. “Peta ini memberi tahu kami massa molar polimer mana yang dibutuhkan untuk mencapai kinerja superkonduktor tertentu, sebuah korelasi yang luar biasa.”
Struktur berpori juga menciptakan area permukaan yang luas, yang bisa menguntungkan untuk sistem kuantum baru. Proyek ini didukung oleh National Science Foundation dan Cornell Material Research Science and Engineering Center.
“Saya sangat berharap bahwa sebagai arah penelitian baru, kami akan semakin mudah membuat superkonduktor dengan sifat-sifat baru,” kata Wiesner. “Cornell memiliki keunikan dalam menyatukan para ahli kimia, fisikawan, dan ilmuwan material untuk mendorong bidang ini ke depan. Studi ini menunjukkan betapa besar potensi yang ada dalam pendekatan materi lunak terhadap material kuantum.”
Metode ini membuka perspektif baru untuk pengembangan komponen superkonduktor yang dapat digunakan baik dalam penelitian dasar maupun aplikasi industri.
