NANOMATERIAL

APA ITU NANAOMATERIAL ?

Nanomateral adalah material yang berukuran sangat kecil yakni berkisar antara (1-100) nm atau bersekala nano.

Apa itu nanoteknologi ?

Nanoteknologi mempunya banyak pengertian

Nanoteknologi atau teknologi rekayasa zat  adalah pembuatan / penggunaan materi / devais pada ukuran sangat kecil, yakni 1-100 nm . devinisi kedua adalah memahami dan mengontrol sesuatu pada dimensi 1-100 nm, dimana fenomena2 unik menghasilkan aplikasi baru. Teknologi nano meliputi pencitraan , pemodelaan , pengukuran, fabrikasi dan memanipulasi sesuatu pada skala nano. Fenomena2 unik yang dapat diamati pada sifat2 magnetik , mekanik , listrik, termal , optik , kimia dan biologi . ketika ukuran butir bahan magnetik diperkecil hingga skala nano , bahan feromagnetik berubah menjadi bahan superparamagnetik . salah satu sifat mekanik bahan adalah kekuatan luluh yaitu batas maksimum kekuatan suatu bahan sebelum mengalami deformasi plastis (berubah bentuk). Jika ukuran butir suatu logam atau keramik lebih kecil dari ukuran butir kritis (<100 nm) , sifat mekanik bahan berubah dari keras menjadi lunak.efek termoelektrik adalah konversi langsung perbedaan temperatur menjadi beda tegangan atau sebaliknya. Efisiensi efek termoelektrik akan meningkat pada bahan beskala nano. Partikel logam/semikonduktor berukuran nano memiliki warna emisi berbeda dibandingkan partikel tersebut dengan ukuran skla mikro.

Jadi intinya dengan nanoteknolgi maka setiap bahan / material akan memungkinkan pengurangan berat disertai dengan peningkatan stabilitas dan meningkatkan fungsionalitas.

Latar Belakang perkembanganan teknologi Nano

Motif sains :

Diantaranya adalah

  1. Nanoteknologi atau teknologi rekayasa zat bersekala nanometer atau sepermiliar meter massa pengembangannya belumlah tergolong lama. Munculnya kesadaran terhadap ilmu dan teknologi nano diinspirasi dan didorong oleh pemikiran futuristik dan juga penemuan peralatan pengujjian dan bahan-bahan .Konsepnya pertama kali diperkenalka oleh Richard Feynman , ahli fisika amerika serikat yang kemudian meraih nobel fisika pada 1965 , tepatnya  Pada tanggal 29 Desember 1959 dalam pertemuan tahunan Masyarakat Fisika Amerika (American Physical Society) di Caltech, Richard Phillips Feynman dalam suatu perbincangan berjudul “ There’s plenty of room at the bottom” atau dalam bahasa indonesia nya “Masih banyak ruang dibagian paling Bawah”, hal ini memunculkan suatu isu yaitu permasalahan unutuk memanipulasi dan mengontrol atom (ukuran 0,001 nm) dan molekul (ukuran 0,1 nm) pada dimensi kecil (nanometer).
  2. Namun ternyata  teknologi nano telah diteliti terlebih dahulu oleh Profesor Nario Taniguchi dari Tokyo Science University pada tahun 1940, ia mulai mempelajari mekanisme pembuatan nanomaterial dari kristal kuarts, silikon dan keramik alumina dengan menggunakan mesin ultrasonik . selain itu Norio Taniguchi juga dianggap sebgai orang yang pertamakali menciptakan istilah “nanoteknologi” dalam presentasi konfrensi tahun 1974-nya l “konsep dasar yang berjudul ‘Nano Teknologi’ “ .
  3. Tahun 1981 :  2 peneliti IBM , Gerg K Binnig dan Heinrich Rohrer (pemenang hadial Nobel Fisika tahun 1986) menemukan Scanning Tunneling Microscope (STM) yang memungkinkan pengamatan topografi permukaan dengan format atom-demi-atom
  4. Tahun 1985 : Robert Curl , Harold Kroto, dan Richard Smalley (pemenang hadiah Nobel Kimia tahun 1996) menemukan buckyball/full erene
  5. Tahun 1986 : Gerg Binning , Calfin F Quate , dan Christoph Gerber menemukan Atomic Force Microscope (AFM).
  6. Perkembangan transistor terutama field-effect transistor (FET) mendorong lebih lanjut kebutuhan akan memperkecil ukuran produk dan miniaturisasi
  7. Pada akhirnya, penemuan bahan C60-buckminsterfullerene oleh H.W. Kroto 4 dan carbon nanotubes (CNT) oleh Sumio Ijima 5 semakin meningkatkan kesadaran masyarakat akademik, industri, dan pemerintahan untuk lebih serius mengembangkan ilmu dan teknologi nano.

Motif industri

  1. Sebagian orang berpendapat bahwa mikroelektronika sudah sampai pada tingkat saturasi. Dimana tidak ada lagi kemajuan-kemajuan berarti yang akan dicapai .
  2. Miniaturisasi material hingga orde molekuler itu dilakukan , antara lain dipicu oleh tuntutan pengecilan ukuran perangkat elektronik dan komputer. Dengan adanya nano itu, rangkaian terpadu atau IC berukuran 1 sentimeter persegi , misalnya , dapat dijejali miliaran transistor sehingga rangkaian tersebut berkapasitas terabyte, bukan lagi gigabyte.
  3. Komersialisasi (potensi penerapan nanoteknologi sesungguhnya tidak hanya pada piranti mikroelektronik saja tetapi juga pada berbagai industri membuka peluang aplikasi bahan dan teknologi nano di berbagai bidang , yakni pada produk makanan ,kemasan, mainan anak , peralaatan rumah / kebun , kesehatan , kebugaran, obat-obatan, tekstil, keramik dan kosmetik (Pada kosmetik, ada pelembab berbahan nanosel. Unsur nano ini dapat menutup keriput lebih baik dan mencerahkan wajah) )
  4. Peluang mereduksi ukuran komponen-komponen mikroelektronikan untuk meningkatkan densitas komponen dalam satu chip makin pupus
  5. Pangsa pasar (maksudnya banyak orang yang lebih menyukai produk berukuran nano , mengapa ? alasanya karena lebih simpel dan efesien ) Penggunaan nanoteknologi dalam dunia komputer telah mengubah ukuran komputer menjadi semakin kecil, namun disertai dengan peningkatan kemampuan dan kapasitasnya. Seperti halnya komputer, telepon genggam juga disempurnakan dengan nanoteknologi, sehingga harganya menjadi semakin murah, tetapi dengan kemampuan dan kapasitas yang jauh lebih baik. Produk-produk lainnya seperti nano-tekstil, nano-keramik, nano-coating, nano-film, nano-farmasi dan sebagainya telah berkembang dan dipasarkan secara luas.  

Karakteristik material dapat menjadi berbeda setelah menjadi nanomaterial ,

  1. nanomaterial memiliki surface area yang besar daripada material awalnya. Hal ini dapat meningkatkan reaktifitas kimia dan meningkatkan kekuatan sifat elektronik,
  2. efek kuantum yang mendominasi bahan nanoscale terutama pada pengaruh optikal dan sifat magnetik material. Terdapat berbagai fenomena quantum atraktif yang timbul sebagai akibat pengecilan ukuran material hingga ke dimensi nano. Logam platina meruah yang dikenal sebagai material inert dapat berubah menjadi material katalitik jika ukurannya diperkecil mencapai skala nano. Material stabil, seperti aluminium, menjadi mudah terbakar, bahan-bahan isolator berubah menjadi konduktor.

Pembagian nano

a. Nol dimensi

Nanopartikel (oksida logam, semikonduktor, fullerenes)

b. Satu dimensi

Nanotubes, nanorods, nanowires

c. Dua dimensi

Thin films (multilayer, monolayer, self-assembled, mesoporous)

d. Tiga dimensi

Nanokomposit, nanograined, mikroporous, mesoporous, interkalasi, organi-anorganik hybrids..

Sifat-sifat keunggulan

  1. Sifat elektrik : Nanomaterial dapat mempunyai energi lebih besar dari pada material ukuran biasa karena memiliki surface area yang besar. Hal ini berkaitan dengan resistivitas elektrik yang mengalami kenaikan dengan berkurangnya ukuran partikel. Contohnya : material yang bersifat isolator dapat bersifat konduktor ketika berskala nano , sedangkan contoh aplikasinya : Batrai logam nikelhibrida terbuat dari nanokristalin nikel dan logam hibrida yang membutuhkan sedikit recharging dan memiliki masa hidup yang lama
  2. Sifat magnetik : tingkat kemagnetan akan meningkat dengan penurunan ukuran butiran partikel dan kenaikan spesifik surface area persatuan volume partikel sehingga nanomaterial memiliki sifat yang bagus dalam peningkatan sifat magnet (ketika ukuran butir bahan magnetik diperkecil hingga skala nano , bahan feromagnetik berubah menjadi bahan superparamagnetik). Contohnya : Magnet nanokristalin yttrium-samarium-cobalt memiliki sifat magnet yang luar biasa dengan luas permukaan yang besar .
  3. lebih besar bila dibandingkan dengan material dengan ukuran biasa (salah satu sifat mekanik bahan adalah kekuatan luluh yaitu batas maksimum kekuatan suatu bahan sebelum mengalami deformasi plastis (berubah bentuk). Jika ukuran butir suatu logam atau keramik lebih kecil dari ukuran butir kritis (<100 nm) , sifat mekanik bahan berubah dari keras menjadi lunak.Contoh aplikasinya :Apabila material nano digunakan pada cat, akan berefek antigores, antiluntur, dan memantulkan panas. Cat berpartikel nano akan membuat rumah atau kendaraan tetap sejuk meski terpapar sinar matahari.
  4. Sifat optik : Sistem nanomaterial memiliki sifat optik yang menarik, yang mana berbeda dengan sifat kristal konvensional. Kunci penyumbang faktor masuknya quantum tertutup dari pembawa elektrikal pada nanopartikel, energi yang efisien dan memungkinkan terjadinya pertukaran karena jaraknya dalam sekala nano serta memiliki sistem dengan interface yang tinggi. Dengan perkembangan teknologi dan material mendukung perkembangan sifat nanofotonik. Dengan sifat optik linier dan nonlinier material nano dapat dibuat dengan mengontrol dimensi kristal dan surface kimia, teknologi pembuatan menjadi faktor kunci untuk mengaplikasikan.Contoh: Electrochromik untuk liquid crystal display (LCD)
  5. Sifat kimia : Merupakan faktor yang penting untuk aplikasi kimia nanomaterial yaitu penumbahan surface area yang mana akan mngningkatkan aktivitas kimia dari material tersebut. Contoh aplikasi : Teknologi fuel cell dimana dalam fuel cell digunuakan logam Pt dan Pt-Ru

Aplikasi :

  1. Kesehatan
  • Contrast agent untuk pencitraan sel dan terapi untuk mengobati kangker
  • Nanoteknologi-on-a-chip
  • Drug delivery vehicles
  • Kosmetik yang dapat melindungi diri dari bahaya sinar  ultraviolet .

2. Lingkungan Hidup

Nanofiltration terutama digunakan untuk menghilangkan ion atau pemisahan fluida yang berbeda.

3. Elektronika

salah satu aplikasi dalam elektronika adalah sebagai Memori Storage.

Kelebihan

  •  Dengan ukuran partikel yang sangat kecil namun efisiensi yang jauh lebih tinggi dibanding pada saat partikel berukuran normal.
  • Fenomena unik sifat-sifat mekanik , fisika , kimia, biologi, listrik, termal dan elektrik pada skala nano membuka peluang aplikasi bahan dan teknologi nano diberbagai bidang.
  • Dengan adanya fenomena2 unik diatas maka banyak inovasi2 baru Ex : mengubah polusi panas menjadi energi listrik, mobil berbahan baku nanas.
  • Penerapan material nano bukan hanya pada bidang teknik, melainkan juga pada produk makanan , obat-obatan , dan kosmetik.
  • Produk yang dihasilkan jauh lebih berkualitas, yaitu tidak mudah aus, hemat enrgi karena tahan panas, dan tidak memerlukan pendinginan, dengan demikian , akan menghemat biaya oprasional dan pemeliharaan serta ramah lingkungan.

Kekurangan

  • Nanopartikel berbahaya bagi kesehatan karena Nanopartikel dapat mengganggu jalannya transportasi substansi vital masuk dan keluar sel ,sehingga mengakibatkan kerusakan fisiologis sel dan mengganggu fungsi sel normal.
  • Bioavailability, didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk menembus membran/lapisan jaringan tubuh melalui berbagai cara paparan (kulit, pernafasan, dan pencernaan).
  • Bioaccumulation, didefinisikan sebagai kemampuan partikel yang terabsorpsi untuk terakumulasi didalam jaringan tubuh organisme dengan berbagai jalur paparan.
  • Toxic Potential, efek dari toksisitas nanomaterial dimungkinkan melalui berbagai sebab yaitu kemampuan oksidasi, inflamasi dari iritasi fisis, pelepasan dari radikal yang terkandung dan dari pengotor (impurities) dari pembuatan nanomaterial misalkan sisa katalis, pengotor bahan baku yang kurang murni.

Proses pembentukan

Banyak nanoteknologi dan nanoscience yang dilakukan untuk memproduksi nanomaterial. Nanometerial dapat dibuat dengan tekhnik top down dan bottom up, dimana top down merupakan pembuatan struktur yang kecil dari material yang berukuran besar, sedangkan tekhnik bottom up penggabungan atom-atom atau molekul-molekul menjadi partikel yang berukuran lebih besar.

Karakterisasi

Terdapat beberapa macam alat untuk mengkarakterisasi material yang berukuran nanometer. Mikroskop cahaya tidak dapat digunakan untuk mengkarakterisasi material yang berukuran nanometer. Hal ini dikarenakan panjang gelombang cahaya tampak yang digunakan pada mikroskop cahaya memiliki panjang gelombang yang lebih besar daripada dimensi sistem yang diamati. Seperti yang diketahui bahwa panjang gelombang cahaya tampak sekitar 400-700 nm. Oleh karena itu, mikroskop cahaya tidak bisa mengamati sistem yang berukuran nanometer.

A. SEM

SEM merupakan alat yang digunakan untuk mengkarakterisasi nanomaterial. Beberapa hal yang dikarakterisasi yaitu permukaan material tersebut. Jadi, setelah material diamati dengan SEM ini maka akan diperoleh bagaimana bentuk permukaan material tersebut.

B. TEM

Sama seperti SEM, TEM juga digunakan untuk mengkarakterisasi suatu material, biasanya untuk material berukuran nanometer. Namun TEM memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada SEM. Malah, High Resolutin TEM (HR-TEM) dapat menentukan lokasi atom-atom dalam material. Cara kerjanya pun sangat mirip dengan prinsip Rontgen dalam kedokteran.

C. AFM

AFM merupakan alat pengkarakterisasi material dengan menggunakan gaya atom antar tip dan substrat.

2 Comments Add yours

  1. hasan mengatakan:

    makasih udah di kasih tau

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s