Carbon Nanotube (CNT) Makalah
Disusun Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah Material Teknik
Romdhoni Nur Huda I0314086
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Pada saat ini telah kita ketahui bersama bahwa penelitian terhadap material material baru sedang sangat dikembangkan, terutama penelitian terhadap
–
penemuan – penemuan penemuan material cerdas / smart / smart materials. materials . Karena dalam beberapa bidang dan pandangan untuk menyelesaikan dan menemukan jalan terhadap sebagian kasus dapat dan hanya dapat diselesaikan dan dipecahkan dengan menggunakan material cerdas. Ditambah lagi dengan terbatasnya sumber daya (resources) resources) saat ini, diharapkan dengan ditemukannya material cerdas dapat meningkatkan keberlanjutan dari suatu perangkat melalui perbaikan efisiensi, kinerja, dan juga performa perangkat tersebut. Banyak material cerdas yang telah ditemukan di berbagai penelitian oleh berbagai peneliti. Sebagai contoh adalah maaterial piezoelektrik, shape memory alloy (SMA), electrochromic material, smart gel, magnetostrictive material, rheological material, photodinamyc material, dan carbon nanotube (CNT). Kesadaran terhadap penelitian teknologi nano di dunia akademik dan industri diprakarsai oleh pandangan
pandangan inspiratif dan visioner oleh
–
ilmuwan – ilmuwan ilmuwan fisika dan juga penemuan – penemuan penemuan alat – alat alat karakterisasi, dan bahan berskala nano. Pada tahun 1981, dua peneliti IBM, Gerg K Binning dan Heinrich Rohrer menemukan Scanning Tunneling Microscop (STM) yang memungkinkan untuk melakukan pengamatan terhadap suatu permukaan dengan format
atom
demi
atom.
Dan
pada
akhirnya
pememuan
bahan
C60
buckminsterfullerene oleh H.W. Kroto semakin meningkatkan kesadaran para ilmuwan untuk lebih serius menemukan dan mengembangkan teknologi nano. I.2 Rumusan Masalah
Pada tahun 1991 seorang peneliti asal Jepang, Sumio Ijima melakukan penelitian terhadap suati material cerdas yaitu Fullerene. Fullerene. Fullerene Fullerene sendiri
merupakan material yang berbentuk menyerupai bola sepak, yang susunannya terdiri dari karbon, sehingga pada saat itu banyak peneliti diseluruh dunia yang tertarik dan saling bersaing untuk mengeluarkan hasi lriset mereka dari pengembangan Fullerene. Fullerene. Sedangkan Ijima sendiri memfokuskan penelitiannya terhadap bagaimana porses pertumbuhan Fullerene Fullerene melalui penggunaan alat mikroskop elektron, dan dalam perkembangannya didapatkanlah Fullerene dalam Fullerene dalam bentuk pipa dengan sifat kimiawi yang stabil yang selanjutnya material tersebut diberi nama Carbon Nanotube Nanotube (CNT). Dari uraian tersebut maka dapat diambil rumusan masalah, yaitu : 1. Apa itu Carbon Nanotube (CNT)? 2. Apa saja karakteristik dari Carbon Nanotube (CNT)? 3. Apa saja aplikasi dari material Carbon Nanotube (CNT)? I.3 Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan makalah tentang Carbon Nanotube (CNT) ini adalah : 1. Mengetahui material Carbon Nanotube (CNT). 2. Mengetahui karakteristik dari Carbon Nanotube (CNT). 3. Mengetahui perangkat – perangkat perangkat yang dapat dibuat dengan menggunakan material Carbon Nanotube (CNT).
BAB II ISI II.1 Carbon
Nanotube
(CNT)
Carbon Nanotube (CNT) yang ditemukan oleh Sumio Ijima ini pertama kalinya adalah CNT dengan dinding berlapis
lapis, atau dikenal dengan Multi
–
Walled Carbon Nanotube (MWCNT) pada tahun 1991. Para peneliti percaya pe rcaya bahwa CNT dengan dinding satu lapis mempunyai keunikan lebih daripada CNT dengan dinding berlapis – lapis, lapis, maka dari itu para penelitipun melakukan penelitian untuk menemukan CNT dengan satu lapis dinding. Baru pada tahun 1993 atau dua tahun setelah penemuan MWCNT, Sumio Ijima dan para grup peneliti di IBM ( International International Business Machines) Machines) ditemukanlah SWCNT (Single (Single Walled Carbon Nanotube). Nanotube). Dengan ditemukannya cara untuk membuat SWCNT, maka grup penelitian Universitas Rice di Amerika, berhasil berhasil mengembangkan metode pebuatan SWCNT dalam kuantitas yang cukup besar dan dapat dibuat dengan ukuran / diameter yang hampir sama. Selain itu, peneliti dari universitas Cambridge juga berhasil menemukan metode untuk memposisikan CNT di suatu sampel, yang antara CNT satu dengan CNT lainnya mempunyai jarak yang teratur Carbon Nanotube (CNT) merupakan material yang teridiri dari sususan atom karbon yang berhibridisasi sp2 dan berikatan satu sama lain secara heksagonal yang membentuk struktur sarang madu (honeycomb ( honeycomb)) seperti induknya yaitu graphene dan grafit. Tidak seperti grafit yang merupakan tumpukan dari graphene, Carbon Nanotube (CNT) merupakan graphene yang tergulung membentuk si linder berukuran nanometer. Pola gulungan dari graphene disebut dengan kiralitas (chirality). Diameter dari Carbon Nanotube (CNT) sendiri berukuran antara 0.4 – 2.5 nanometer dengan panjang yang dapat mencapai lebih dari 10 milimeter. Carbon Nanotube (CNT) ini ditemukan pertama kali oleh peneliti Jepang, Sumio Ijima. Sifat dari CNT sendiri dapat menjadi beragam, hal ini dikarenakan dari proses kiralitasnya (penggulungannya). Dengan kata la in lembaran graphene gra phene yang digulung dengan arah dan diameter yang berbeda akan menghasilkan sifat CNT
yang berbeda pula. Maka dari itu keunikan dari masing – masing masing CNT terletak pada strukturnya, dengan kata lain dalm sebuah CNT dapat bersifat logam atau semikonduktor, tergantung pada proses kiralitas dan ukuran diameternya, sama halnya dengan proses dalam menggulung selembar kertas, arah yang berbeda dalam menggulung lembaran graphene akan menentukan struktur ikatan heksaginal dari CNT.
Secara matematis, penentuan geometri CNTs atau kiralitas didefinisikan dalam istilah vektor kiral. Vektor ini menentukan arah dari gulungan lembaran graphene, yang diindikasikan dengan nilai indeks (n,m). Ada tiga bentuk struktur geometri dari CNTs, yang menunjukkan perbedaan kiralitas, yaitu armchair (n,n), zigzag (n,0), dan selainnya adalah chiral. Berdasarkan teori dan juga pengukuran sifat optis masing-masing CNT, struktur armchair bersifat logam (metallic), sedangkan zigzag dan chiral bisa bersifat logam atau semikonduktor tergantung pada nilai indeksnya. II.2 Karakteristik Karakteristik
) Carbon Nanotube (CNT CN T
Berdasarkan penelitian – penelitian penelitian yang telah dilakukan, CNT merupakan bahan seperti fiber namun memiliki kemampuan yang jauh lebih unggul karena memiliki sifat-sifat yang sangat menakjubkan, yaitu :
Konduktivitas listrik lebih tinggi daripada tembaga
Konduktivitas panas lebih tinggi daripda berlian
Daya tahan terhadap temperatur tinggi
Lebih ringan daripada aluminium
Sifat elektronik dapat diatur (superkonduktor, semikonduktor, dan insulator)
Modulus young dan kekuiatan regang yang tinggi
Keras, kuat tetapi mudah dibengkokkan
Mempunyai fleksibilitas yang tinggi
II.3 Aplikasi penggunaan penggunaan material
Car bon Nanotu bes bes
(CNT)
Dengan ditemukannya Carbon Nanotube (CNT) yang mempunyai karakteristik
karakteristik yang unik, yang diantaranya adalah konduktivitas
–
listriknya lebh tinggi daripada tembaga, konduktivitas panasnya lebih tinggi daripada berlian, tahan terhadap temperatur temperatur tinggi, fleksibel, kuat tapi mudah untuk dibengkokkan, dan juga ringan. Sehingga dengan karakteristik yang unik seperti diatas, Carbon Nanotube (CNT ) dapat dimanfaatkan untuk membuat berbagai perangkat, yaitu : 1. Baterai Kertas Dengan ditemukannya Carbon Nanotube (CNT) para ilmuwan di Universitas Stanford telah menemukan cara menggunakan CNT sebagai material untuk membuat baterai kertas. Kelebihan dari perangkat perangkat ini selain sangat ringan, perangkat ini sangat fleksibel (dapat ditekuk) dan juga dapat mempunyai kapasitas yang besar. Dengan menggunakan kertas dan melapisinya dengan tinta Carbon Nanotube Nanotube dan Silver Nanowire Nanowire tercipta suatu alat yang berkonduksi tinggi mengutip perkataan salah satu asisten profesor material Sciences and Engineering dari dari Universitas Stanford, Yi Cui. Dengan diameter CNT yang sangat kecil, hal ini dapat membantu tinta nanomaterial melekat kuat pada serat kertas, sehingga dapat membuat baterai tahan lama, dan menjadikan superkapasitor. superkapasi tor. Sehingga kedepannya diharapkan baterai kertas ini dapat diproduksi secara massal dan dapat segera digunakan oleh masyarakat luas. 2. Sel bahan bakar murah
Menurut peneliti di Ohio, Ohio, tabung karbon berukuran nano ( Carbon Nanotubes) Nanotubes) yang didopping dengan Nitrogen memiliki potensi yang dapat menggantikan katalis platina yang mahal yang biasanya digunakan untuk mereduksi Oksigen didalam sel bahan bakar. Meskipun penemuan ini merupakan teknologi yang menjanjikan yaitu dapat menurunkan harga sel bahan bakar, tetapi penemuan ini masih menemui kendala yaitu pada pengaplikasiannya pada skala yang besar seperti pada kendaraan bermotor, karena harga katalis yang cukup mahal. Sebuah penelitian yang dipimpin oleh Liming Dai dari University of Dayton menemukan Dayton menemukan bahwa sekumpulan CNT yang tersusun vertikal, yang sebagian atom karbonnnya digantikan dengan nitrogen dapat mereduksi Oksigen didalam larutan alkali lebih baik debandingkan dengan katalis Platina yang telah lama dipakai sejak dahulu, selain itu CNT tidak terpengaruh oleh racun katalis yang berupa Karbon Monoksida yang telah terbukti mendeaktivasi katalis Platina.
Nanotube yang didoping terbuat dari karbon berwarna kuning kuning yang didoping dengan nitrogen warna biru yang mampu menggantikan katalis platina dalam fuel cells.
Dai menambahkan bahwa penyebab utama dari aktivitas yang tinggi oleh
CNT
yang
didopping
Nitrogen
karena
kemampuannya
menerimaelektron dari aton Nitrogen yang menghasilkan muatan positif pada atom atom karbon karbon disebelahnya, dan muatan ini menarik elektron dari anoda anoda dan mendorong reaksi reduksi Oksigen. Sehingga dapat ditarik pernytaan bahwa pengungkapan pengungkapan peran baru CNT berdopping berdopping Nitrogen pada penelitian yang dipimpin oleh Liming Dai ini sangat penting dan dapat diaplikasikan untuk mengembangkan berbagai katalis pereduksi Oksigen berbahan non – logam yang efisien diluar aplikasinya dalam fuel dalam fuel cells. cells.
3. Lift Luar Angkasa (Space (Space Elevator ) Seperti yang telah dilansir oleh Geek, bahwa meluncurkan objek ke luar angkasa, bahkan objek yang kecil sekalipun membutuhkan biaya yang sangat mahal. Karena bahan bakar roket diperlukan roket untuk mencapai orbit memerlukan biaya yang sangat mahal. Dari masalah tersebut maka muncullah sebuah ide untuk membuat lift luar angkasa yang diperkirakan dana yang dibutuhkan akan lebih dapat ditekan. Dengan digaasnya lift luar angkasa ini, muncullah permasalahan
–
permasalahan yang harus diselesaikan oleh para peneliti, yaitu harus membuat lift yang kuat, terjaga dari gerakan sekecil apapun. Selain itu lift ini nantinya harus memiliki kekuatan dan fleksibilitas. Tidak hanya itu, lift harus dibuat dari material yang paling kuat dan sumber energi harus tersedia. Dengan ditemukannya Carbon Nanotube Nanotube ide untuk membuat lift luar angkasa ini pun tidak hanya menjadi wacana. Menurut berita, NASA telah melakukan percobaan untuk membuat proyek ini tapi masih gagal, dan saat ini mereka sedang berusaha membuatnya untuk yang ketiga kalinya melalui proyek yang bernama “Space Elevator Challenge”. Selain NASA, Jepang pun telah berencana untuk melakukan riset yang sama dengan meluncurkan dana sebesar USD 7,3 Milyar.
Seperti yang telah kita ketahui dari penulisan diatas, bahwa CNT ini mempunyai sifat sebagai konduktor, sehingga nantinya CNT ini tidak hanya akan menjadi pegangan mengangkat lift, tetapi juga dapat dimanfaatkan sebagai kabel power/listrik. Dengan kata lain, kebutuhan listrik dalam lift nantinya dapat terpenuhi.
BAB III PENUTUPAN 3.1 Kesimpulan Dari penulisan diatas dapat kita simpulkan bahwa Carbon Nanotube (CNT) merupakan graphene yang digulung. Penggulungan yang berbeda akan menghasilkan sifat yang berbeda – beda beda pula. Sifat – sifat sifat dari CNT adalah :
Konduktivitas listrik lebih tinggi daripada tembaga,
Konduktivitas panas lebih tinggi daripda berlian,
Daya tahan terhadap temperatur tinggi,
Lebih ringan daripada aluminium,
Sifat elektronik dapat diatur (superkonduktor, semikonduktor, dan insulator),
Modulus young dan kekuiatan regang yang tinggi,
Keras, kuat tetapi mudah dibengkokkan,
Mempunyai fleksibilitas yang tinggi.
Dari sifat – sifat yang ditemukan, maka Carbon Nanotube (CNT) dapat diaplikasikan sebagai sumber energi (baterai) kertas yang ringan dapat mempunyai kapasitas yang besar, sel bahan bakar yang murah, dan kedepannya dapat diaplikasikan untuk membuat lift luar angkasa ( space elevator ). ). 3.2 Saran Dengan penulisan ini saya berharap penemuan terhadap peangkat
–
perangkat lain dapat ditemukan dengan menggunakan bahan Carbin Nanotube (CNT) ini, sehingga dapat memudahkan masyarakat untuk kepentingan bersama yang bersifat positif.
DAFTAR PUSTAKA
1. Stanford News, Nanotubes Ink Paper http://news.stanford.edu/news/2009/december7/nanotubes-ink-paper120709.html 2. Cabon Nanotubes dan Teknologi Nano https://leauxities.wordpress.com/2009/05/14/carbon-nanotube-dan-teknologinano/ 3. Bikin Lift ke Luar Angkasa https://www.facebook.com/FisikaBerkesan/posts/513263932100553 4. Lift Luar Angkasa, Terwujud Segera http://madriyanto.blogspot.com/2008/09/lift-luar-angkasa-terwujudsegera.html 5. Karbon nanotube dengan doping nitrogen untuk sel bahan bakar yang murah http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_material/karbon-nanotubedengan-doping-nitrogen-untuk-sel-bahan-bakar-yang-murah/ 6. Lift Luar Angkasa http://forum.indogamers.com/showthread.php?t=154342&s=b6e7a7229c5ae4c bb625ad0becdf3fae
