Para peneliti KAUST telah mengembangkan sebuah bahan berlapis yang dapat bertindak sebagai termometer dengan memanfaatkan prinsip yang sama dengan yang digunakan dalam kanal ion biologis. Apa itu kanal ion?

Sel manusia menghasilkan berbagai protein yang bertindak sebagai kanal bagi ion bermuatan. Di dalam kulit, kanal ion tertentu mengandalkan panas untuk menggerakkan aliran ion yang akan menghasilkan sinyal listrik, dimana kita menggunakannya untuk merasakan suhu lingkungan kita.   

Terinspirasi dari sensor biologis ini, para peneliti KAUST membuat senyawa titanium karbida (Ti 3 C 2 T x ) yang dikenal sebagai MXene, yang mengandung banyak lapisan dengan ketebalan hanya beberapa atom. Setiap lapisan ditutupi dengan atom bermuatan negatif, seperti oksigen atau fluor. Kelompok-kelompok ini bertindak sebagai pemisah untuk menjaga nanosheet disebelahnya tetap terpisah, memungkinkan molekul air memasuki saluran antar planar,Hal tersebut disampaikan oleh Seunghyun Hong. Saluran antara lapisan MXene lebih sempit dari satu nanometer.  

Para peneliti menggunakan teknik difraksi sinar-X dan pemindaian mikroskop elektron, untuk menyelidiki MXene, dan mereka menemukan bahwa menambahkan air ke material dapat sedikit memperlebar kanal antar lapisan. Ketika material menyentuh larutan kalium klorida, saluran ini cukup besar untuk memungkinkan ion kalium positif bergerak melalui MXene, tetapi menghalangi jalannya ion klorida negatif.   

Tim membuat perangkat kecil yang berisi MXene dan mengekspos salah satu ujungnya ke sinar matahari. MXene sangat efisien dalam menyerap sinar matahari dan mengubah energi itu menjadi energi panas. Kenaikan suhu yang dihasilkan akan mendorong molekul air dan ion kalium mengalir melalui saluran nano dari ujung yang lebih dingin ke bagian yang lebih hangat, efek yang dikenal sebagai aliran termo-osmotik. Hal ini menyebabkan perubahan tegangan yang sebanding dengan yang terlihat pada sensor suhu saluran ion biologis. Hasilnya, perangkat dapat mendeteksi perubahan suhu kurang dari satu derajat Celcius.

Penurunan salinitas larutan kalium klorida meningkatkan kinerja perangkat, sebagian dengan lebih meningkatkan selektivitas saluran untuk ion kalium.

Saat para peneliti meningkatkan intensitas cahaya yang menyinari material, suhu material naik dengan kecepatan yang sama, seperti halnya respons pengangkutan ion. Ini menunjukkan bahwa selain bertindak sebagai sensor suhu, material juga dapat digunakan untuk mengukur intensitas cahaya.

Karya tersebut merupakan hasil kolaborasi antara grup riset Husam Alshareef dan Peng Wang dari KAUST. Prof. Alshareef mengklaim bahwa saluran kation MXene menjanjikan banyak aplikasi potensial, termasuk penginderaan suhu, fotodeteksi atau pemanenan energi foto termoelektrik
Info selengkapnya: Seunghyun Hong et al. Photothermoelectric Response of Ti3C2Tx MXene Confined Ion Channels, ACS Nano (2020). DOI: 10.1021/acsnano.0c04099