30 Saat yang Mengubah Plastik Menjadi Helaian Grafin
30 Saat yang Mengubah Plastik Menjadi Helaian Grafin
Penulis: Muhammad Feidhul Hakim Fatah Yasin1, Nurain Najihah Alias2 dan Muhammad Aniq Shazni Mohammad Haniff3
1Pelajar Pasca Siswazah, Institute of Microengineering and Nanoelectronics, Universiti Kebangsaan Malaysia
2Penyelidik Pasca Doktoral, Institute of Microengineering and Nanoelectronics, Universiti Kebangsaan Malaysia
3Pensyarah Kanan, Institute of Microengineering and Nanoelectronics, Universiti Kebangsaan Malaysia
Sejak ditemui pada tahun 2004, grafin sering digelar sebagai bahan ajaib dunia moden. Bahan yang hanya setebal satu atom karbon ini mempunyai struktur seperti sarang lebah dan terkenal kerana sifatnya yang luar biasa iaitu kuat, ringan serta sangat baik dalam mengalirkan elektrik dan haba. Disebabkan itu, grafin dilihat berpotensi merevolusikan pelbagai bidang teknologi, daripada sensor bioelektrik dan peranti optoelektronik hinggalah kepada sistem penapisan air dan penyahgaraman air laut.
Namun pada hari kini, grafin mempunyai potensi yang hebat namun sukar untuk dipasarkan. Masalahnya berkisar pada kos dan kesukaran dalam menghasilkan grafin berkualiti tinggi. Proses ini selalunya memerlukan suhu pemanasan yang ekstrim (>1000°C), persekitaran vakum, dan bahan kimia yang bernilai tinggi. Namun, segalanya berubah dengan kemunculan idea grafin-teraruh laser (GTL), iaitu satu kaedah ringkas dengan buatan sendiri yang hanya memerlukan sebuah peralatan laser dan kepingan plastik atau polimer untuk menghasilkan grafin 1.
Bayangkan anda mempunyai sekeping plastik berkualiti tinggi seperti poliimida ataupun sebarang polimer semulajadi mahupun buatan sebagai substrat. Dalam keadaan biasa, bahan-bahan tersebut berfungsi sebagai bahan biasa yang bersifat penebat elektrik, namun apabila ianya dipancarkan dengan sinaran laser, ia memulakan proses penukaran fototerma secara spontan (Rajah 1). Penumpuan tenaga laser yang kuat dan berpusat memisahkan ikatan kimia dalam polimer. Apabila atom selain karbon seperti oksigen dan nitrogen terlepas ke udara, sisa-sisa atom karbon yang tinggal akan mula tersusun dengan sendirinya. Ia tidak terus hangus atau menjadi telaga seperti kebiasaan, ianya akan tersimpul menjadi struktur kikisi karbon heksagon yang sinonim dengan kewujudan grafin. Hasilnya ialah rangkaian grafin tiga dimensi yang berliang dan sangat konduktif secara elektrik 2. Menariknya, penyelidikan berkaitan teknologi grafin teraruh laser ini juga sedang dijalankan di Makmal Karbon, Institut Kejuruteraan Mikro dan Nanoelektronik (IMEN), UKM. Antara fokus utama penyelidikan termasuklah pembangunan sensor pintar dan bahan elektronik fleksibel berasaskan grafin untuk aplikasi masa hadapan.
Aplikasi Teknologi Grafin Teraruh Laser
Antara jalan pintas bagi aplikasi GTL adalah melalui teknologi elektronik boleh pakai. Jam pintar kini sememangnya hebat, namun ianya seperti “bata” terikat di pergelangan tangan kita, tegar dan besar. Oleh kerana GTL dihasilkan di atas plastik (ataupun bio-polimer semulajadi), penghasilan pembalut elektronik ataupun “gelang pintar” adalah tidak mustahil. Bayangkan satu tampalan nipis dan lut udara pada lengan yang berupaya memantau kadar glukosa sekiranya anda mempunyai kencing manis, atau mencatat tahap penghidratan ketika anda sedang berlari marathon 3. Penderia elektronik yang dihasilkan melalui proses GTL adalah amat sensitif kerana struktur tiga dimensi berliang yang dimilikinya mempunyai luas permukaan yang tinggi. Kelebihan ini menjadikan GTL sebagai pengesan perubahan kimia atau getaran fizikal (seperti pergerakan nadi) dalam skala yang kecil dengan lebih tepat berbanding peranti berasaskan logam 4.
Inovasi untuk Masa Depan Mampan (SDG 9: Industri, Inovasi dan Infrastruktur)
Dunia kini sedang bergerak ke arah masa depan di mana sisa bukan lagi satu beban, sebaliknya menjadi tunjang kepada inovasi industri di bawah SDG 9. Apabila dibandingkan dengan pencetakan elektronik konvensional, kelebihan GTL menjadi semakin jelas. Proses pencetakan elektronik konvensional biasanya kompleks, melibatkan pelbagai langkah, subtraktif (menghasilkan sisa), memerlukan dakwat dan substrat yang spesifik, serta masa pencetakan yang lama. GTL, sebaliknya, adalah proses pembuatan yang berlaku dalam satu langkah sahaja. Ia membolehkan kita mencetak litar elektrik pada permukaan bahan tanpa memerlukan salutan atau bahan kimia yang kompleks, secara langsung boleh mengurangkan kos dan masa pembuatan.
Ekonomi Kitaran dan Pengurusan Sisa (SDG 12: Pengeluaran dan Penggunaan Bertanggungjawab)
Kebolehan teknologi GTL dalam memacu SDG 12 melalui konsep “kitar tinggi” juga penting. Meskipun plastik poliimida dianggap sebagai kayu ukur kualiti bagi GTL, saintis kini mampu menukarkan apa sahaja bahan pepejal yang mempunyai kandungan hidrokarbon tinggi kepada grafin, termasuklah sisa makanan seperti cengkerang kelapa dan kulit kentang, sisa plastik buangan malah kertas dan kadbod terpakai. Dunia sedang bergerak ke arah masa depan di mana “kitar tinggi” bahan buangan kepada elektronik bernilai adalah sesuatu yang boleh direalisasikan. Hal ini boleh mengubah persepsi terhadap sisa daripada bahan buangan yang sukar terurai kepada aset elektronik bernilai tinggi.
Sejak 20 tahun yang lalu, bahan berteknologi tinggi didominasi oleh syarikat gergasi yang mempunyai fasiliti berprestij tinggi dan saintis yang bertaraf dunia. Walau bagaimanapun, kaedah penghasilan GTL dengan mudah ini boleh mengubah persepsi umum. Oleh kerana bahan yang diperlukan mudah didapati, syarikat tempatan, sekolah mahupun individu kreatif kini boleh mengkaji grafin untuk mendapat pelbagai manfaat. GTL ini boleh dianggap sebagai revolusi penyelidikan dan pembangunan untuk perkembangan teknologi pencetakan nano. Sebagaimana mesin pencetak yang sedia ada membolehkan sesiapa sahaja menerbitkan idea sendiri, perkara ini juga membenarkan sesiapa untuk berinovasi dengan GTL dan menjadi pencipta solusi kepada masalah setempat.
Kredit foto utama-ChinGlobalTech
Rujukan
(1) Oh, I. J.; Kim, D.; Kim, S.-Y.; Choi, S.; Yeo, W.-H.; Lim, H.-R. Advances in laser-induced graphene: materials, fabrication, and emerging applications in flexible electronics. Frontiers in Nanotechnology 2026, Volume 7 – 2025. https://doi.org/10.3389/fnano.2025.1750193
(2) Movaghgharnezhad, S.; Kang, P. Laser-induced graphene: synthesis advances, structural tailoring, enhanced properties, and sensing applications. Journal of Materials Chemistry C 2024, 12 (19), 6718-6742. https://doi.org/10.1039/D3TC04677J
(3) Hamidi, H.; Murray, R.; Vezzoni, V.; Bozorgzadeh, S.; O’Riordan, A.; Pontiroli, D.; Riccò, M.; Quinn, A. J.; Iacopino, D. A high performance laser induced graphene (LIG) dual biosensor for simultaneous monitoring of glucose and lactate. Biosensors and Bioelectronics: X 2025, 24. https://doi.org/10.1016/j.biosx.2025.100600
(4) Yang, S.; Ling, Y.; Wu, Q.; Zhang, H.; Yan, Z.; Huang, G.; Lin, J.; Wan, C. Lignin-derived porous graphene for wearable and ultrasensitive strain sensors. Journal of Materials Chemistry C 2022, 10 (32), 11730-11738. https://doi.org/10.1039/D2TC00953F
(5) Katubi, K. M.; Alzahrani, F. M.; Alsaiari, N. S.; Amari, A.; Rebah, F. B.; Tahoon, M. A. Partially Reduced Graphene Oxide Modified with Polyacrylonitrile for the Removal of Sm3+ from Water. Processes 2021, 9 (5). https://doi.org/10.3390/pr9050818
