MEKANIKA NANOMATERIAL DAN
BIOMATERIAL
MAKALAH NANOMATERIALS
Nama
Kelompok :
Derry Syamsudin
Willy Anderson
Dwi Febi Syahwali
Cipto defri Hariato.S
Murdani Agustian
Irfan Harmapabgia
FAKULTAS
TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK
MESIN
LABORATORIUM TEKNIK
MESIN DASAR
UNIVERSITAS
GUNADARMA
KALIMALANG
2017
NANOMATERIALS ASPEK UMUM , SINTESIS DAN
APLIKASI A.NANOMATERIALS
Pengembangan nanoteknologi atau teknologi rekayasa zat
bersekala nanometer belumlah tergolong lama. Orang yang pertama kali
menciptakan istilah “nanoteknologi” adalah 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. 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.
Material berskala nano merupakan material yang sangat
atraktif karena memiliki sifat-sifat yang sangat berbeda dibandingkan dengan
yang diperlihatkan pada skala makroskopisnya. 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 (Karna, 2010). Sehingga dengan nanoteknolgi maka
setiap bahan atau material akan memungkinkan pengurangan berat disertai dengan
peningkatan stabilitas dan meningkatkan fungsionalitas.
Sejarah
nanomaterials
Munculnya kesadaran terhadap ilmu dan teknologi nano
diinspirasi dan didorong oleh pemikiran futuristik dan juga penemuan peralatan
pengujian dan bahan-bahan. Pada tanggal 29 Desember 1959 dalam pertemuan
tahunan Masyarakat Fisika Amerika (American Physical Society) di Caltech,
Richard Phillips Feynman (Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1965) dalam suatu
perbincangan berjudul “ There’s plenty of room at the bottom”, memunculkan
suatu isu yaitu permasalahan memanipulasi dan mengontrol atom (ukuran 0,001 nm)
dan molekul (ukuran 0,1 nm) pada dimensi kecil (nanometer) . Di tahun 1981,
Scanning Tunneling Microscopy (STM) diciptakan oleh Heinrich Rohrer dan Gerd
Binnig (Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1986).
Beberapa tahun kemudian (1986), Gerg Binnig, Calfin F Quate,
dan Christoph Gerber menemukan Atomic Force Microscope (AFM). Melalui peralatan
STM dan AFM, para ilmuwan dapat melihat, memanipulasi, dan mengontrol atom-atom
secara individu di dimensi nano. Penemuan bahan buckyball/fullerene dan carbon
nanotube semakin mendorong para ilmuwan untuk meneliti ilmu dan teknologi nano.
Robert Curl, Harold Kroto, dan Richard Smalley (Pemenang Hadiah Nobel Kimia
tahun 1996) menemukan buckyball/fullerene di tahun 1985. Buckyball/fullerene
tersusun oleh molekul-molekul karbon dalam bentuk bola tak pejal dengan ukuran
diameter bola 0,7 nm. Sumio Iijima menemukan carbon nanotube pada tahun 1991
saat ia bekerja di perusahaan NEC di Jepang.
a.
Nanomaterials
Nanomaterials adalah bidang yang
membutuhkan ilmu material pendekatan berbasis nanoteknologi . Ini mempelajari
bahan dengan ciri-ciri morfologi pada skala nano , dan khususnya mereka yang
memiliki sifat khusus yang berasal dari dimensi nano mereka. Nano biasanya
didefinisikan sebagai lebih kecil dari sepersepuluh dari satu mikrometer dalam
setidaknya satu dimensi, meskipun istilah ini kadang-kadang juga digunakan
untuk bahan yang lebih kecil dari satu mikrometer.
Pada tanggal 18 Oktober 2011, Komisi
Eropa mengadopsi definisi berikut nanomaterial:
“Bahan alami, insidental atau
diproduksi mengandung partikel, dalam keadaan terikat atau sebagai agregat atau
sebagai menggumpal, dan dari mana, untuk 50% atau lebih partikel dalam
distribusi ukuran nomor, satu atau lebih dimensi eksternal adalah dalam rentang
ukuran 1 nm - 100 nm. Dalam kasus tertentu, dan di mana dijamin oleh
kekhawatiran bagi lingkungan, kesehatan, keselamatan atau daya saing ukuran
jumlah distribusi ambang 50% dapat diganti dengan ambang antara 1 dan 50%”.
Sebuah aspek penting dari nanoteknologi
adalah jauh meningkat rasio luas permukaan hingga saat volume bahan nano
banyak, yang memungkinkan baru kuantum mekanik efek. Salah satu contoh adalah
" kuantum efek ukuran "di mana sifat elektronik padatan yang diubah
dengan penurunan besar dalam ukuran partikel. Efek ini tidak ikut bermain
dengan pergi dari makro ke dimensi mikro. Namun, menjadi diucapkan ketika
rentang ukuran nanometer tercapai. Sejumlah tertentu dari sifat fisik juga
mengubah dengan perubahan dari sistem makroskopik. Sifat mekanik Novel
Nanomaterials adalah subjek dari nanomechanics penelitian. Aktivitas katalitik
juga mengungkapkan perilaku baru dalam interaksi dengan biomaterial .
b.
Nanoteknologi
Nanoteknologi (terkadang disingkat menjadi
"milyuner-pulsa") adalah studi tentang memanipulasi materi pada atom
dan molekul skala. Secara umum, nanoteknologi berhubungan dengan bahan
pengembangan, perangkat, atau struktur lainnya dengan setidaknya satu dimensi
berukuran dari 1 sampai 100 nanometer . Quantum mekanik efek penting pada dunia
kuantum- skala. Nanoteknologi dianggap sebagai teknologi kunci untuk masa
depan. Akibatnya, berbagai pemerintah telah menginvestasikan miliaran dolar di
masa depan. Amerika Serikat telah menginvestasikan 3,7 miliar dolar melalui
perusahaan National Nanotechnology Initiative diikuti oleh Jepang dengan 750
juta dan Uni Eropa 1,2 milyar.
Nanoteknologi sangat beragam, mulai dari ekstensi
konvensional perangkat fisika untuk benar-benar pendekatan baru berdasarkan
molekul self-assembly , dari pengembangan bahan baru dengan dimensi pada skala
nano untuk langsung kontrol materi pada skala atom . Nanoteknologi mencakup
penerapan bidang ilmu yang beragam seperti ilmu permukaan , kimia organik ,
biologi molekular , fisika semikonduktor , microfabrication , dll
Para ilmuwan memperdebatkan masa depan implikasi dari
nanoteknologi . Nanoteknologi mungkin dapat membuat bahan baru dan perangkat
dengan berbagai macam aplikasi , seperti di kedokteran , elektronik ,
biomaterial dan produksi energi. Di sisi lain, nanoteknologi menimbulkan banyak
masalah sama seperti teknologi baru, termasuk kekhawatiran tentang toksisitas
dan dampak lingkungan Nanomaterials, dan
efek potensial mereka terhadap ekonomi global, serta spekulasi tentang berbagai
skenario hari kiamat . Keprihatinan ini telah menyebabkan perdebatan antara
kelompok-kelompok advokasi dan pemerintah pada apakah khusus peraturan
nanoteknologi dibenarkan.
c.
Katagori, sifat dan karakteristik
Ø Nanomaterials
dapat dibedakan menjadi 2 kategori yaitu :
1.
Nanokristal /
Nanopartikel
Nanopartikel secara effektif menjembatani antara bulk
material dan struktur molekulnya. Bulk material harus memilki sifat fisik dan
ukuran yg konstan, namum dalam skala nano ini sering tidak terjadi. Ukurannya ini
dapat diamati seperti pada pengurungan kuantum dalam partikel semikonduktor,
resonansi plasmon dibeberapa partikel logam, dan superparamagnetism di magnetik
bahan. Nanopartikel menunjukkan sejumlah sifat khusus relatif terhadap bulk
material.
2. Nanotube / Fullerenes
Fullerenes adalah kelas alotrop karbon yang secara
konseptual adalah lembar grafena (graphene) yang digulung ke dalam tabung atau
bola. Termasuk didalamnya karbon nanotube yang digunakan baik karena kekuatan
mekanisnya maupun faktor elektrisnya.
Sifat dari nanotube telah menyebabkan peneliti dan
perusahaan untuk mempertimbangkan menggunakan mereka dalam beberapa bidang.
Sebagai contoh, karena karbon nanotube memiliki kekuatan tertinggi untuk rasio
berat dari setiap bahan diketahui, para peneliti di NASA menggabungkan nanotube
karbon dengan bahan lain ke dalam komposit seperti yang terlihat pada foto di
bawah ini yang dapat digunakan untuk membangun pesawat ruang angkasa ringan.
Properti lain dari nanotube adalah bahwa mereka dapat dengan
mudah menembus membrances seperti dinding sel. Bahkan, nanotube lama, bentuk
sempit membuat mereka terlihat seperti jarum miniatur, sehingga masuk akal
bahwa mereka dapat berfungsi seperti jarum pada tingkat sel. Peneliti medis
menggunakan properti ini dengan melampirkan molekul yang tertarik pada sel-sel
kanker untuk nanotube untuk memberikan obat langsung ke sel yang sakit.
Properti lain yang menarik dari nanotube karbon adalah bahwa
perubahan resistensi listrik mereka secara signifikan ketika molekul lain
menempel pada atom karbon. Perusahaan menggunakan properti ini untuk
mengembangkan sensor yang dapat mendeteksi uap kimia seperti karbon monoksida
atau molekul biologis.
Anggota
terkecil Fullerene Nanotube
Ø Sifat
Berdasarkan
teori Kubo mengenai energi gap elektron yang dirumuskan sebagai:
ΔE=A/d^E
dimana
ΔE adalah energi gap, d sebagai diameter partikel, dan A adalah konstanta
material Ketika perbedaan energi (delta E) lebih besar dari nilai k.T (maksimal
internal energi dari sistem), maka akan banyak sifat yang ada pada bulk
material yang hilang dan digantikan dengan sifat yang unik.
Pita
energi yang kontinyu tergantikan oleh energi level yang terpisah jika ukuran
partikel mendekati radius Bohr dari elektron dalam padatan hal ini dikenal
dengan efek kuantum. Untuk nanomaterial, energi bandgap sangat sensitif
terhadap morfologinya (ukuran, bentuk, defek) dan dari distribusi komposisinya.
Kombinasi
dari efek – efek tersebut menimbulkan munculnya sifat fisis yang berbeda dari
sifat yang dimiliki oleh bulk materialnya. Fenomena unik yang dapat diamati
pada sifat-sifat magnetik, mekanik, listrik, termal, optik, kimia dan biologi
yaitu :
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: Baterai logam nikel hibrida terbuat dari nanokristalin
nikel dan logam hibrida yang membutuhkan sedikit recharging dan memiliki masa
hidup yang lama. Efisiensi efek termoelektrik akan meningkat pada bahan beskala
nano. Partikel logam/semikonduktor berukuran nano memiliki warna emisi berbeda
dibandingkan partikel tersebut dengan ukuran skala mikro.
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.
Sifat mekanik 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 meningkatkan aktivitas kimia dari material tersebut. Contoh aplikasi
: Teknologi fuel cell dimana dalam fuel cell digunakan logam Pt dan Pt-Ru
6.
Sifat katalisis :Nanomaterial
cenderung memiliki aktivitas katalisis yang lebih baik. Hal ini disebabkan luas
permukaan yang bertambah dan atom diujung – ujung permukaan semakin banyak
mengakibatkan bertambahnya reaktivitas dari bahan. Dibawah ini dicontohkan data
aktivitas dari logam emas untuk mengkatalis oksidasi CO dengan semakin
mengecilnya ukuran partikel.
Bidang
Nanomaterials meliputi subbidang yang mengembangkan atau mempelajari bahan yang
memiliki sifat unik yang berasal dari dimensi nano mereka.
· Interface dan koloid
ilmu pengetahuan
telah melahirkan banyak bahan yang mungkin berguna dalam nanoteknologi, seperti
karbon nanotube dan fullerenes lainnya, dan berbagai nanopartikel dan nanorods . Nanomaterials dengan transpor ion cepat terkait juga
untuk nanoionics dan nanoelectronics.
· Bahan nano juga dapat digunakan
untuk aplikasi massal; aplikasi komersial yang paling sekarang dari
nanoteknologi adalah nanotube.
· Kemajuan telah dibuat dalam
menggunakan bahan-bahan untuk aplikasi medis..
· Bahan nano kadang-kadang digunakan
dalam sel surya yang memerangi biaya tradisional Silikon sel surya
· Pengembangan aplikasi semikonduktor
menggabungkan nanopartikel untuk digunakan dalam generasi
berikutnya dari produk, seperti teknologi layar, pencahayaan, sel surya dan
pencitraan biologis.
Ø Karakterisasi
Pengamatan pertama dan pengukuran ukuran nano-partikel
dibuat selama dekade pertama abad ke-20. Mereka sebagian besar terkait dengan
nama Zsigmondy yang membuat studi terperinci dari sols emas dan Nanomaterials
lain dengan ukuran ke 10 nm dan lebih sedikit. Ia menerbitkan sebuah buku pada
tahun 1914. Dia menggunakan ultramicroscope yang menggunakan metode lapangan
gelap untuk melihat partikel dengan ukuran jauh lebih sedikit dari cahaya
panjang gelombang .
Ada beberapa teknik tradisional yang dikembangkan selama
abad ke-20 di Antarmuka dan Ilmu Koloid untuk karakterisasi Nanomaterials. Ini
banyak digunakan untuk Nanomaterials generasi pertama pasif ditentukan dalam
bagian berikutnya. Metode ini mencakup beberapa teknik yang berbeda untuk
karakteristik distribusi ukuran partikel . Karakterisasi ini sangat penting
karena banyak bahan yang diharapkan akan menjadi berukuran nano sebenarnya
dikumpulkan dalam solusi. Beberapa metode didasarkan pada hamburan cahaya .
Lain menerapkan USG , seperti spektroskopi USG atenuasi untuk pengujian
terkonsentrasi nano dispersi dan mikroemulsi.
Ada juga sekelompok teknik tradisional untuk karakteristik
muatan permukaan atau potensi zeta nano-partikel dalam solusi. Informasi ini
diperlukan untuk stabilzation sistem yang tepat, mencegah agregasi atau
flokulasi . Metode-metode termasuk microelectrophoresis , hamburan cahaya elektroforesis
dan Elektroakustik . Yang terakhir, misalnya koloid getaran saat ini metode ini
cocok untuk karakteristik sistem terkonsentrasi.
B. SINTESIS
Pembuatan
nanomaterial dapat dilakukan dengan menggunakan dua pendekatan, yaitu
pendekatan top-down dan bottom-up.
1)
Top down
Dalam
pendekatan top-down, pertama bulk material dihancurkan dan dihaluskan
sedemikian rupa sampai berukuran nano meter. Pendekatan top-down dapat
dilakukan dengan teknik MA-PM (mechanical alloying-powder metallurgy) dan atau
MM-PM (mechanical milling-powder metallurgy), Dalam mekanisme mechanical
alloying, material dihancurkan hingga menjadi bubuk dan dilanjutkan dengan
penghalusan butiran partikelnya sampai berukuran puluhan nanometer. Kemudian,
bubuk yang telah halus disinter hingga didapatkan material final. Contohnya
nano baja diperoleh dari penghalusan bubuk besi dan karbon hingga berukuran 30
nm, dan disinter pada suhu 723°C pada tekanan 41 Mpa dalam suasana gas
nitrogen.
Teknik
MM-PM (mechanical alloying-powder metallurgy) ini dapat dilakukan dengan :
a)
Ball milling
Teknologi
ball milling yaitu menggunakan energi tumbukan antara bola-bola penghancur dann
dinding wadahnya. Untuk mendapatkan partikel nano dalam jumlah banyak dan dalam
waktu relatif pendek, dilakukan inovasi pada mesin ball mill, dengan merubah
putaran mill menjadi berlintasan planet (planetary) di dalam wadahnya yang
memiliki tuas pada kedua sisi, untuk mengatur sudut putaran yang optimal. Dan
distabilisasi dengan meng-gunakan larutan kimia seperti polyvinyl alcohol (PVA) atau polyethilene glycol (PEG) sehingga membentuk nanokoloid yang stabil
(Fahlefi, 2010)
b)
Ultrasonic milling atau sonikasi
Prosesnya
dengan cara menggunakan gelombang ultrasonik dengan rentang frekuensi 20 kHz –
10 MHz. Gelombang ultrasonik ditembakkan ke dalam mediium cair untuk
menghasilkan kavitasi bubble yang dapat membuat partikel memiliki diameter
dalam skala nano. Gelombang ultrasonik bila berada di dalam medium cair akan
dapat menimbulkan acoustic cavitation. Selama proses cavitation akan terjadi
bubble collapse (ketidakstabilan gelembung), yaitu pecahnya gelombang akibat
suara. Akibatnya akan terjadi peristiwa hotspot yang melibatkan energi yang
sangat tinggi. Dimana hotspot adalah pemanasan lokal yang sangatintens sekitar
5000 K pada tekanan sekitar 1000 atm, laju pemanasan dan pendinginannya sekitar
1010 K/s
2)
Bottom up
Dalam
pendekatan bottom-up, material dibuat dengan menyusun dan mengontrol atom demi
atom atau molekul demi molekul sehingga menjadi suatu bahan yang memenuhi suatu
fungsi tertentu yang diinginkan. Sintesa nanomaterial dilaku-kan dengan
mereaksikan berbagai larutan kimia dengan langkah-langkah tertentu yang spesifik
sehingga terjadi suatu proses nukleasi yang meng-hasilkan nukleus-nukleus
sebagai kandidat nanpar-tikel setelah melalui proses pertumbuhan. Laju
pertumbuhan nukleus dikendalikan sehingga menghasilkan nanopartikel dengan
distribusi uku-ran yang relatif homogen (Gambar 1).
Pembentukan
nanomaterial logam koloid secara bottom up (Kumar, 2005)
Paduan
logam organik didekomposisi (di-reduksi) secara terkontrol sehingga ikatan
logam dan ligannya terpisah. Ion-ion logam hasil posisi bernukleasi membentuk
nukleus-nukleus yang stabil, yang dibangkitkan baik dengan meng-gunakan katalis
maupun melalui proses tumbukan. Selanjutnya nukleus-nukleus stabil tersebut
ber-tumbuh membentuk nanopartikel. Untuk menghindari proses aglomerasi antara
nanopartikel-nanopartikel yang ada, lang-kah stabilisasi dilakukan dengan
menggunakan larutan separator.
Pendekatan
bottom up ini dapat dilakukan dengan:
a)
Dekomposisi termal
1.
Evaporasi
Dekomposisi
lapisan tipis dengan cara penguapan dan pengembunan yang dilakukan di ruang
vakum.
2.
Sputtering
Proses
sputering adalah proses dengan cara penembakan bahan pelapis atau target dengan
ion-ion berenergi tinggi sehingga terjadi pertukaran momentum. Proses
sputtering mulai terjadi ketika dihasilkan lucutan listrik dan gas sputer
secara listrik menjadi konduktif karena mengalami ionisasi.
3.
CVD (Chemical Vapour Deposition)
Merupakan
proses yang didasarkan pada hidrolisis dan polikondensasi dari prekusor yang
dibentuk melalui metode dip coating atau spin coating.
4.
MOCVD
Merupakan
teknik deposisi uap kimia dengan metode pertumbuhan epitaksi pada material.
Misalnya material semikonduktor yang berasal dari material metalorganik dan
hidrida logam.
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, organik dan anorganik hybrids.
Sintesis diruang terbatas
Sintesis
diruang terbatas ini adalah untuk membatasi pertumbuhan partikel dengan
mengadakan reaksi dalam reaktor berukuran nano. Setiap reaktor mempunyai
pori-pori atau saluran dalam padatan atau tetesan kecil.
Misel
terbalik (air-dalam-minyak-mikroemulsi). Ketika sejumlah kecil misel
terbalik ditambahkan ke dalam larutan
surfaktan dalam pelarut hidrokarbon, molekul polar dari molekul surfaktan
berkumpul bersama dengan demikian menjadi tetesan. Tetesan air dapat bertindak
sebagai reaktor berukuran nano. Sebagai contoh, ketika garam Cd dilarutkan
dalam tetesan air CdS diendapkan dalam tetesan air. Partikel diatur oleh ukuran
tetesan emulsiyang dikendalikan oleh rasio surfaktan. Reaksi sol-gel juga
sama-sama dilakukan dalam mikroemulsi persiapan oksida serbuk berukuran nano.
Domain
dalam ionomer. Semikonduktor partikel kecil juga dipersiapkan dalam
ionomer-kopolimer yang mengandung ion samping rantai kelompok-kelompok seperti
COO-atau-SO3. Kelompok ion cenderung domain bersama-sama membentuk agregat.
Analog dengan misel (glossary). Ion logam dapat mudah ditukar ke domain ini
ionik mana sintesis semikonduktor yang diinginkan dapat dilakukan. Misalnya,
kelompok PbS stabil, telah disintesis dalam kopolimer asam etilena-metakrilat.
Kerangka
zeolit ini telah digunakan untuk membatasi pertumbuhan nanopartikel
semikonduktor. Untuk contoh. Ion Cd dimasukkan pada zeolit dengan pertukaran
ion. Cd kering diganti dengan zeolit
kemudian dianalisis dengan H2S dan kemungkinan sangat kecil CdS dibentuk dalam
kerangka zeolit.
Lain
bahan padat berpori dapat juga digunakan. Seperti membran atau bahkan nanotube
karbon.
Gesekan mekanis
Diameter
partikel serbuk biji-bijian dapat dirduksi menjadi skala nanometer (2-20 nm)
oleh bola penggiling berenergi tinggi. Ketika terjadi pencampuran elemen serbuk
tersebut, proses ini menghasilkan campuran partikel serbuk.
Serbuk
dengan diameter tipe partikel sekitar 50 μm ditempatkan bersama-sama dengan
sejumlah baja dikeraskan, dilapisi, kemudian di tekan dalam wadah berbentuk bola. Rasio yang paling
efektif dengan perbandingan bola: serbuk (5:10).
Selama
gesekan mekanis partikel bubuk dikenakan deformasi mekanik berat dari tumbukan
dengan bola keras. . Perubahan bentuk ini terjadi pada tahap awal. Dengan
ketebalan sekitar 1 μm kemudian meluas keseluruh partikel dan menjadi sebuah
susunan yang mempunyai kepadatan tinggi. Biji-bijian yang berukuran nanometer
yang tidak merekah dalam pita-pita penggeseran. Untuk jangka waktu yang lebih
lama dari bola penggilingan menghasilkan struktur mikro yang sangat halus.
C. APLIKASI
Teknologi nano saat ini berada pada masa pertumbuhannya.
Beberapa terobosan penting telah muncul di bidang nanoteknologi. Pengembangan
ini dapat ditemukan di berbagai produk yang digunakan di seluruh dunia. Sebagai
contohnya adalah katalis pengubah pada kendaraan yang mereduksi polutan udara,
devais pada komputer yang membaca-dari dan menulis-ke hard disk, beberapa
pelindung terik matahari dan kosmetik yang secara transparan dapat menghalangi
radiasi berbahaya dari matahari, dan pelapis khusus pakaian dan perlengkapan
olahraga yang dapat meningkatkan kinerja dan performa atlit.
Namun pada kesempatan kali ini, kami hanya akan membahas
aplikasi nanomaterial pada baterai High Power Ni-MH (Nickel Metal hydrate).
Battery
Battery
(Baterai) merupakan sel elektris yang dapat menghasilkan listrik dari reaksi
kimia. Secara umum Battery dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu Primary battery
dan secondary battery. Primary battery adalah battery yang dapat digunakan
sekali saja tanpa dapat diisi ulang setelah kapasitasnya habis. Secondary
battery adalah battery yang dapat diisi ulang setelah kapasitasnya habis.
NICKEL
METAL HYDRATE (Ni-MH) BATTERY
Konstruksi
Battery NiMH terdiri dari lapisan positif yang terbuat dari nickel hydroxide
sebagai bahan aktif utama, lapisan negatif yang terdiri dari campuran logam
yang menyerap hydrogen, pemisah yang terbuat dari fiber halus, elektrolit
alkaline, sebuah kotak logam serta sebuah lapisan penyekat dengan ventilasi
pengaman. Hydrogen disimpan dalam logam penyerap hydrogen pada elektroda
negatif. Sebuah larutan encer yang terdiri dari potassium hydroxide untuk
elektrolitnya.
Nano-scale
material Ni(OH)2 dan Co(OH)2 pada batere Ni-MH
Keuntungan
dari penambahan nanomaterial Ni(OH)2 dan Co(OH)2 adalah menambah kecepatan elektron (EV) dari
batere tersebut.
Penambahan
bahan tersebut melalui proses granulasi.
Granulasi
merupakan proses pembentukan butir butir kecil menjadi kristal.
Beberapa Penemuan Penting di Bidang Nanomaterial
1. Bahan yang
tetap mengalirkan listrik meskipun berubah bentuknya. Seorang peneliti dari
Universitas Tokyo Jepang merilis dalam Journal of Science mengenai penemuannya
sekitar bahan seperti karet yang berisi pipa carbon berukuran nano. Bahan ini
mampu memanjang atau memendek sampai beberapa kali lipat asalnya, namun tetap
mengalirkan listrik secara normal/tidak terputus. Mengalirkan listrik disini
bermakna ada transistor atau sirkuit electronic pada bahan ini, tidak hanya
sekedar kawat. Penemuan ini bisa diaplikasikan pada bidang robotika, dimana
memungkinkan desain “sendi” robot yang lebih efisien. Atau membuat bentuk
khusus yang diperlukan dari sirkuit electronic seperti jantung buatan/implan
dan komponen robot lain yang memerlukan perubahan ukuran setiap waktu seperti
pupil mata atau sensor pada kulit persendian.
2. Bahan yang bisa tembus pandang.
Sekelompok
Ilmuwan dari Nanoscale Science Engineering Center di University of California,
Berkeley dipimpin Xiang Zhang telah membuat bahan komposit perak-alumunium
oxida yang mampu membelokkan cahaya yang diterima ke arah berlawanan dengan
sifat alamiah benda yang seharusnya memantulkan cahaya. Efeknya, benda yang
diselubungi “kain” ini akan terlihat tembus cahaya. Fenomena ini disebut index
negatif dari suatu benda Secara teknis, bahan ini terdiri dari lapisan-lapisan komposit yang merelay
cahaya dari tiap lapisan ke lapisan selanjutnya, sedemikian rupa sehingga
membentuk channel atau saluran cahaya yg membelokkan alur cahaya normal. Tiap
lapisan terdiri dari perak seukuran seperseratus rambut manusia yang dijalin
oleh lembar alumunium oxida.
Para peneliti dan perusahaan sedang bekerja untuk
menggunakan nanotube karbon di berbagai bidang. Daftar di bawah ini
memperkenalkan banyak dari menggunakan. Nanotube terikat ke antibodi yang
dihasilkan oleh ayam telah terbukti berguna dalam tes laboratorium untuk
menghancurkan tumor kanker payudara. Antibodi membawa nanotube tertarik pada
protein yang dihasilkan oleh satu jenis sel kanker payudara. Kemudian nanotube
menyerap cahaya dari laser inframerah, membakar nanotube dan tumor mereka
melekat.
Para peneliti sedang mengembangkan bahan, seperti komposit
carbon nanotube berbasis dikembangkan oleh NASA yang tikungan dengan ketika
tegangan diterapkan, yang akan hanya perlu tegangan listrik untuk mengubah
bentuk (morphing) dari sayap pesawat terbang dan struktur lainnya. Ini video
dari NASA memberi Anda gambaran tentang apa pesawat morphing datang mungkin
terlihat seperti.
Bahaya atau Efek Samping dari
Nanomaterial.
1. Bioavailability, didefinisikan sebagai kemampuan
bahan untuk menembus membran/lapisan jaringan tubuh melalui berbagai cara
paparan (kulit, pernafasan, dan pencernaan).
2. Bioaccumulation, didefinisikan sebagai kemampuan
partikel yang terabsorpsi untuk terakumulasi didalam jaringan tubuh organisme
dengan berbagai jalur paparan.
3. 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.
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 fenomena unik diatas maka banyak inovasi baru misalnya : 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.
