MAKALAH NANOMATERIAL DAN APLIKASINYAOleh :

Nama

: Ahmad Juheri

Nim

: 4211410021

Jurusan: Fisika

Fakultas: FMIPAJURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2013

A. Nanosains dan NanoteknologiNanosains dan nanoteknologi (Iptek Nano) merupakan bidang kajian ilmu dan rekayasa material dalam ukuran nanometer. Nanoteknologi telah dipandang sebagai cara yang memberikan perubahan besar terhadap peradaban manusia abad ke-21. Dengan teknologi ini, manusia dapat membangun sesuatu objek dalam skala nanometer dengan cara menyusun atom demi atom. Secara fundamental objek dalam skala nano memiliki sifat dan fungsi yang baru dan berbeda sama sekali dengan sifat dan fungsinya dalam ukuran yang lebih besar.

Sifat elektronik, sifat magnetik, sifat optik, dan reaktivitas katalitik baru akan dijumpai dalam material berukuran nano (nanomaterial) di mana sifat baru ini tidak dijumpai pada material berukuran lebih besar dari 100 nanometer. Dua alasan utama yang mendasari perubahan sifat tersebut adalah meningkatnya luas permukaan dan munculnya efek ukuran kuantum (quantum size effect) pada material berukuran nanometer.

Nanomaterial menjanjikan peluang untuk menciptakan teknologi baru dengan pencapaian melampaui apa yang telah dicapai oleh bidang komputer dan bioteknologi saat ini. Penerapan nanoteknologi ini diharapkan akan membawa perubahan drastic pada perubahan infrastruktur, semisal pembuatan komputer supercepat, pembuatan pesawat terbang yang lebih ringan, sintesis obat yang berperilaku seperti bom cerdas yang dapat terbawa oleh aliran darah tanpa kehilangan sifat aktifnya dan hanya akan meledak membunuh sel yang sakit saja serta dapat mengontrol jumlah keluarnya obat sehingga pasien tidak akan mengalami over dosis obat, pembuatan sel surya yang sangat efisien dan dapat menyimpan energi dalam baterai-baterai berkinerja tinggi dari material nano, yang tahan lama dengan waktu isi ulang yang cepat, dan aplikasi-aplikasi luar biasa lainnya yang dapat terus dieksplorasi dari nanomaterial (Arryanto et al., 2007).

B. Metode Pembuatan NanomaterialMaterial nano merupakan susunan materi yang berukuran 1 hingga 100 nm yang menunjukkan karakteristik yang unik yang disebabkan oleh ukurannya. Sebagai contoh, sifat fisik karbon berubah secara signifikan jika atom-atom elemen karbon membentuk pipa nano (carbon nanotube, CNT).

Karbon adalah penghantar listrik yang buruk dan tidak kuat strukturnya (kecuali intan yang terbentuk akibat tekanan tinggi). Namun, gabungan pipa nano karbon (CNT) beberapa kali lipat lebih kuat dibandingkan dengan kawat baja dan dapat menghantar listrik lebih baik dibandingkan dengan kawat tembaga. Atom karbon juga dapat disusun membentuk struktur nano (fullerene atau buckyball) yang kekuatannya setara dengan gundukan formasi batuan. Carbon nanotube (CNT) dapat digunakan untuk menyimpan hidrogen pada sel bahan bakar dan buckyball dapat digunakan untuk menyimpan senyaw-senyawa berguna lainnya seperti obat-obatan.

Gambar 5.1. Carbon Nano Tube (CNT)

Nanomaterial secara garis besar dapat dibuat melalui dua metode, yaitu metode top-down dan metode bottom-up. Metode top-down adalah metode pembuatan material nano dengan cara memotong-motong atau menghancurkan material berukuran besar menjadi berukuran nanometer. Termasuk dalam metode ini adalah metode litografi beserta dengan metode modifikasinya yang secara luas dipergunakan dalam produksi chip komputer dan berbagai peralatan mikroelektronik.

Metode bottom-up merupakan teknik yang digunakan untuk menata dan mengendalikan atom-atom dan molekul-molekul menjadi material berukuran nano. Termasuk metode bottom-up adalah metode penataan posisi (positional assembly) dan metode penataan sendiri (self assembly).

Metode positional assembly menggunakan alat Bantu untuk menata atom- atom sesuai dengan posisi yang dikehendaki. Keberhasilan menata atom-atom xenon membentuk kata IBM telah membuktikan kehandalan metode ini dalam menata dan memanipulasi atom-atom. Metode self assembly dilakukan dengan cara mencampur atom, molekul, atau partikel nano yang berbeda dengan material berpori dengan ukuran geometrid an struktur pori tertentu. Karena gometri dan struktur elektronik yang unik, secara spontan atom-atom mengorganisasikan diri membentuk struktur tertentu yang stabil dalam pori.a bGambar 5.2.

Nanomaterial yang dibuat secara self assembly (a). Atom-atom xenon disusun membentuk kata IBM dimana tiap huruf berukuran sekitar 5 nm dari atas ke bawah, (b). Differential Gear, dibuat dari ribuan atom C,N, H, O, Si, P. (Courtesy of Institute of Molecular Manufacturing, Copyright IMM, http://www.imm.org)C. Keunggulan Nanoteknologi\

`Dengan pendekatan baru dalam perekayasaan produk yang ditawarkan nanoteknologi molekular, beberapa keunggulan pun didapatkan. Yang pertama adalah presisi produk hingga tingkat molekular atau bahkan atomik. Produk- produk yang dibuat dengan pendekatan top-down seringkali memiliki cacat atau defect. Pada molecular manufacturing, produk dibuat dengan menyusun atom- atom atau molekul-molekul-nya dengan penuh kontrol, sehingga produk tanpa cacat pun bisa dibuat. Sebagai ilustrasi aplikasinya, ambillah contoh bodi pesawat. Bodi pesawat yang ada saat ini dibuat dengan rekayasa top-down. Untuk memperoleh kekuatan, seringkali dibutuhkan bahan yang lebih berat, akibatnya rasio akhir strength/mass tetap kecil. Dengan nanoteknologi, struktur yang tanpa cacat dapat dibuat, dan dengan menggunakan atom C yang disusun dengan struktur diamondoid, material pesawat yang ringan tapi kuat pun dapat diperoleh.

Keunggulan kedua nanoteknologi (jika idealnya tercapai) adalah tidak adanya atau sedikitnya limbah yang dihasilkan. Pada proses top-down, seringkali ada sisa bahan yang terpaksa harus dibuang. Pada nanoteknologi hal ini bisa di- hindari karena struktur dibangun dari dasar, atom demi atom. Keunggulan ketiga nanoteknologi mole-kular adalah hemat energi dan tidak mencemarkan lingkungan. Sistem nanoteknologi molekular nanti-nya bisa memakai acetone atau CO2 dari udara se-bagai bahan bakunya, dan mengekstrak C sebagai atom utama yang digunakan untuk membuat nano-struktur. Limbah yang mungkin dihasilkan adalah H2O, air. Bandingkan dengan mesin-mesin konvensional yang juga menghasilkan limbah-limbah bera-cun seperti CO, dan gas NOx. Tapi, sebetulnya, keunggulan utama nanoteknologi molekular adalah kemampuannya untuk memanipulasi material dengan fleksibel sesuai keinginan desainernya. Fleksibilitas ini disebabkan oleh pengontrolan pada level molekul tadi.

Suatu mesin nanoteknologi molekular dapat diibaratkan seperti komputer yang mengolah data dan informasi. Bedanya, mesin nanoteknologi molekular mengolah bahan riil. Sebagai ilustrasi fleksibilitas nanoteknologi molecular adalah seperti yang terlihat di film fiksi ilmiah Startrek. Awak Startrek dapat dengan mudah memesan makanan apa saja pada komputer, dan dalam sekejap tersedia. Struktur makanan telah tersimpan di komputer, mesin sintesa yang mema-kai nanoteknolgi molekular menyusun atom/molekul pembentuk makanan berdasarkan informasi struktur tadi (Wicaksono, 2001).

D. Penerapan NanoteknologiPenerapan nanoteknologi sudah banyak dilakukan oleh ilmuwan maupun pihak industri. Berikut ini beberapa contoh penerapan nanoteknologi yang dilakukan maupun yang baru tahap kajian intensif (Arryanto et al., 2007).

1) Tabir surya (sunscreen) dan kosmetika

2) Komposit

3) Material sangat keras dan liat untuk pemotong

4) Pelapisan permukaan (surface coating)

5) Pembuatan cat

6) Remediasi

7) Fuel Cell

8) Layer (display)

9) Additive bahan baker

E. KekuranganNanopartikel 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.