Nano Material Aspek umum

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.