KIMIA PADATAN “MATERIAL NANO”
OLEH :
NAMA
:
DIAN RATNA SARI
STAMBUK
:
A1C414011
KELAS
:
GANJIL
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2017
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Semakin maju peradaban manusia maka permasalahan yang dihadapi menjadi sangat kompleks dan menantang. Tak jarang solusi yang harus dimunculkan memerlukan perhatian sampai pada ukuran yang sangat kecil yang sebelumnya belum pernah terpikirkan oleh manusia. Sesuai dengan namanya, nanoteknologi atau nanosains adalah ilmu pengetahuan dan teknologi pada skala nanometer, atau sepermilyar meter. Nano teknologi teknologi merupakan suatu teknologi yang dihasilkan dari pemanfaatan sifat-sifat molekul atau struktur atom apabila berukuran nanometer. Jadi apabila molekul atau struktur dapat dibuat dalam ukuran nanometer maka akan dihasilakan sifat-sifat baru yang luar biasa. Sifatsifat baru inilah yang dimanfaatkan untuk keperluan teknologi, sehingga teknologi ini disebut nano teknologi. Nanomaterial adalah bidang ilmu material dengan pendekatan berbasis Nanoteknologi. Material berukuran nano atau yang dikenal dengan istilah nanomaterial merupakan topik yang sedang ramai diteliti dan dikembangkan di dunia sains dan teknologi. Material berukuran nano sendiri bukan merupakan hal baru di dunia penelitian karena material nano atau nanomaterial memang sudah lama diteliti dan dikembangkan terkait banyak kelebihan dan keutungannya. Material berskala nano merupakan material yang sangat atraktif kerena 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 nanomaterial maka setiap bahan atau material akan memungkinkan pengurangan berat disertai dengan peningkatan stabilitas dan meningkatkan fungsionalitas. fungsionalitas. Misalkan manusia ingin mendapatkan air murni dari air laut dengan cara memisahkan kandungan garamnya. Metode lama yang bisa dipakai adalah dengan menguapkan air laut sehingga garam akan tertinggal kemudian uap bisa diembunkan kembali dan didapatkan air suling. Namun metode ini sangat menguras energi yang sudah tidak layak lagi diterapkan dimasa depan karena biaya energi yang menjadi semakin mahal. Salah satu solusi yang dimunculkan adalah bagaimana kita bisa menyaring ion – ion ion garam dalam air laut sehingga kita dapatkan air murni tanpa perlu menaikkan suhu. Maka orang mulai merekayasa saringan molekuler untuk memisahkan air dari ion – ionnya. ionnya. Saringan molekuler membutuhkan perhatian sampai dengan skala nanometer yang 1nm = 1x10 -9 m. Pada perkuliahan Kimia Padatan kali ini akan dibahas mengenai material nano, pembuatan dan aplikasinya.
B. Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang diajukan dalam makalah ini: 1. Apa itu material nano? 2. Bagaimana pembuatan material nano?
3. Apa saja pengaplikasian dari material nano? C. Tujuan
Tujuan dalam pembuatan makalah ini: 1. Untuk mengetahui pengertian material nano 2. Untuk mengetahui cara pembuatan material nano 3. Untuk mengetahui apa saja pengaplikasian dari material nano.
BAB II PEMBAHASAN
A. Material Material Nanometer
Konsep Nanoteknologi secara tidak langsung diperkenalkan oleh Richard P. Feynman dalam ceramahnya di The American Society pada Desember 1959 dengan judul “There’s “ There’s Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics,” Physics,” Artinya adalah ada banyak kesempatan dan ruang jika dapat memproduksi suatu struktur yang sangat kecil. Feynman menghitung bahwa isi keseluruhan dari Encyclopedia Britannica dapat dikurangi menjadi hanya dengan ukuran normal 35 halaman saja. Ia juga menekankan pentingnya mengkombinasikan pengetahuan, peralatan, dan metodologi yang digunakan oleh ahli ilmu fisika, ahli kimia, dan ahli ilmu biologi. Ia menunjuk dunia sebagai suatu contoh dari berapa banyak informasi dan dapat dimasukkan dalam suatu volume yang kecil sebagai fungsi, jika telah diciptakan suatu bentuk dimensi dengan ukuran yang lebih kecil. Sehingga kelak akan banyak ditemukan peralatan robotika yang mampu menembus dimensi yang sangat kecil sehingga dapat diaplikasikan dalam dimensi yang lebih kecil. (Richard P. Feynman, 1960). Dari konsep yang dikemukakan oleh Richard P. Feynman belum menyentuh kata Nanoteknologi, namun hakekatnya mengarah pada nanoteknologi. Kemudian dalam perkembangan selanjutnya konsep tersebut dikembangkan menjadi konsep nanoteknologi. Karena semua benda kecil atau besar bahkan makhluk hidup tersusun dari atom atom berukuran nano. Karakteristik benda sangat bergantung pada susunan
atomnya. Perbedaan struktur/ susunan atom dapat mengubah sifat molekul yang dihasilkannya. Jika atom-atom yang sama disusun ulang membentuk stuktur yang berbeda, molekul atau materi akan membentuk sifat yang berbeda berbeda pula. Atom-atom yang terdapat dalam grafit sama persis dengan atom-atom sejenis yang terdapat dalam berlian (diamond) yang indah. Yang berbeda adalah susunan strukturnya saja. Atom-atom dalam partikel pasir sangat mirip dengan atom-atom dalam chip komputer yang canggih. Bahkan atom-atom penyusun air, udara, dan partikel debu sebenarnya sama dengan atom-atom dalam sebuah kentang. Sedikit saja susunan struktur atomnya diubah, karakteristik suatu benda bisa berubah drastis. Inilah konsep utama dalam nanomaterial. nanomaterial. B. Definisi Nano Material
Karena memiliki ukuran partikel yang sangat kecil dalam skala nanometer maka para ahli bersepakat bahwa yang disebut material nano adalah material dengan ukuran dimensi 1 nm sampai dengan ukuran 100 nm. Material tersebut memiliki keunggulan dibandingkan dengan material yang berukuran lebih besar. Material ukuran nano penting untuk dipelajari karena material ukuran nano memiliki sifat yang khas yang ditimbulkan oleh luasnya fraksi interfasa atau permukaan yang besar ( Jeremi. J.Ramsden, 2009). Berdasarkan standart pengukuran internasional, maka 1 nm sama dengan (1/1.000.000.000 ) meter atau (0,000000001 m), hal ini hampir sama dengan sekitar 1/ 50.000 garis tengah rambut manusia. Material dengan skala 1 nm sampai dengan 100 nm memiliki ukuran yang lebih kecil dari material biologi seperti sel manusia berukuran 5.000 nm sampai 200.000 nm. Material biologi
yang masuk dalam ukuran nano seperti virus berukuran 10 sampai 200 nm (Jeremi. J.Ramsden, 2009). Dalam bidang fisika atom skala nano dapat mencakup atom seperti atom germanium berukuran 1 nm, sedangkan atom yang lebih kecil seperti atam hydrogen h ydrogen berukuran 0,1 nm. Nanomaterial merupakan material yang mempunyai ukuran dalam skala nanometer yaitu berkisar antara 1-100 nm. Banyak orang tertarik dengan nanomaterial, karena dengan ukuran nano, sifat material lebih menguntungkan dari pada ukuran besar. Rekayasa material nanopartikel pada dasarnya adalah rekayasa pengendalian ukuran, bentuk, dan morfologi, serta penataan material pada ukuran nanometer, yang akan menentukan karakteristik nanopartikel hasil sintesis. Secara geometris, nanomaterial dapat dimasukkan dalam material berdimensi rendah (dibawah 3). Karena ukuran yang sangat kecil maka secara umum karakteristik dari material nano adalah: kecil, ringan, properti unggul, dan cerdas. Nanomaterials menjadi penting karena menawarkan kemampuan untuk memanipulasi, mengontrol dan mensintesa material pada level atom dan molekul. Serta mampu menyediakan afinitas, kapasitas dan selektifitas tingkat tinggi dari suatu material dikarenakan sifat kimia, fisika dan bilogi yang unik. Karakteristik material dapat menjadi berbeda setelah menjadi nanomaterial. Nanomaterial memiliki surface memiliki surface area yang besar daripada material mate rial awalnya. awaln ya. Hal ini dapat meningkatkan reaktifitas kimia dan meningkatkan kekuatan sifat elektronik. 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. C. Proses Pembentukan Material Nano
Pembuatan nanomaterial dapat dilakukan dengan menggunakan dua pendekatan, yaitu pendekatan top-down 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 dan dinding wadahnya. Untuk mendapatkan partikel nano dalam jumlah banyak dan dalam waktu relatif pendek, dil akukan 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) (PVA) atau polyethilene glycol glycol (PEG) sehingga membentuk nanokoloid yang stabil (Fahlefi, 2010) b) Ultrasonic milling atau sonikasi Prosesnya dengan cara menggunakan gelombang ultrasonik dengan rentang frekuensi 20kHz – 10MHz. 10MHz. Gelombang ultrasonik ditembakkan ke dalam mediium cair untuk menghasilkan kavitasi bubble 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 fungsi tertentu yang diinginkan. Sintesa nanomaterial dilakukan dengan mereaksikan berbagai larutan kimia dengan langkah-langkah tertentu yang spesifik sehingga terjadi suatu proses nukleasi yang meng-hasilkan nukleus-nukleus sebagai kandidat nonpatikel setelah melalui proses pertumbuhan. Laju pertumbuhan nukleus dikendalikan sehingga menghasilkan nanopartikel dengan distribusi uku-ran yang relatif homogen. a)
Proses nano Milling Proses nano milling adalah proses pembuatan partikel ukuran nano dari
bahan berbentuk serbuk ukuran mikron. Proses penghalusan ukuran partikel secara teori dapat dibuat dengan proses fisik hal ini sesuai dengan prinsip bahwa material apabila bertumbukan dengan material lain yang lebih keras akan pecah. Pada proses nano milling semakin kecil ukuran partikel akan semakin susah untuk digiling terutama untuk ukuran nano hal ini karena adanya gaya Van Der Walls antar partikel yang berakibat munculnya aglomerasi. aglomerasi. Sebagai contoh hasil percobaan pembuatan nano partikel zeolit mampu menghasilkan partikel ukuran 300 nm selama proses penggilingan dalam planetary ball mill selama 60 jam, kemudian dengan penambahan Grinding Agent ammonium cerium Nitrat dan dalam pelarut ethanol mampu menghasilkan partikel ukuran 42 nm. Namun demikian partikel ukuran 42 nm tersebut perlu diuraikan dengan menggunakan gelombang ultrasonik dengan intensitas 750 watt
selama 30 menit. Demikian pula dengan percobaan pembuatan parikel nano LiMnO4 dengan proses penghalusan dengan planetary ball mill selama 80 jam hanya diperoleh partikel nano LiMnO 4 dalam ukuran 178nm. Pada proses pembuatan nano material dengan bantuan peralatan pe ralatan gerus ( milling ) kendala yang dihadapi adalah skala proses, dimana jika diaplikasikan untuk skala besar memerlukan energi yang jauh lebih besar. b) Proses Busur Logam Proses pembuatan nano material yang paling awal dilakukan orang adalah proses dispersi partikel dalam media cair dengan cara mengalirkan arus listrik dalam logam mulia. Pada proses ini partikel dibuat dari dua batang logam yang dicelupkan dalam media cair kemudian dialiri listrik searah sehingga terjadi percikan arus listrik yang mampu melepaskan partikel dari permukaan logam ke dalam media cair. Pada umumnya logam yang digunakan adalah logam mulia seperti emas ( Au ) , perak ( Ag ) dan Platina ( Pt ) yang tidak mudah terkorosi. Proses ini dikenal dengan sebutan “ Bredig Arc Method “, yang menghasilkan butiran logam mulia dengan ukuran nanometer. Butiran tersebut karena ukuran sangat kecil mampu membiaskan cahaya sehingga larutan menjadi berwarna tertentu jika terkena sinar. Metode ini sebenarnya menghasilkan partikel ukuran nano, namun karena masa itu belum ada peralatan yang dapat mendeteksi ukuran partikel nano maka belum muncul istilah teknologi nano. Adapun ilustrasi pembuatan partikel nano dengan busur logam dapat dilihat pada gambar dibawah :
Gambar 1. Ilustrasi pembuatan partikel nano dengan bususr logam c) Proses koagulasi Proses koagulasi adalah cara yang paling banyak dilakukan dalam pembuatan partikel ukuran nano, hal ini karena proses koagulasi adalah proses yang paling sederhana karena mengikuti mekanisme pertumbuhan kristal secara alami. Kemudian pertumbuhan kristal secara alami tersebut dihentikan secara mendadak atau dimodifikasi dengan larutan tertentu. Salah satu contoh proses pembuatan senyawa ukuran nano dengan proses pengendapan adalah pembuatan nano material γ- Al2O3 dari mineral kaolin dengan proses pengaturan pH larutan dan penambahan surfaktan tertentu. Dari hasil penelitian tersebut pada proses pengendapan dengan pengaturan pH diperoleh butiran γ- Al2O3 dengan ukuran partikel 5 – 10 10 nm lebarnya dan tingginya 15 – 15 – 20 20 nm.
Gambar 2. Mekanisme proses koagulasi pembentukkan material nano γ Al A l2O3 dari mineral kaolin
D. Aplikasi Material Nano
a)
Lingkungan hidup Nanofiltration terutama digunakan untuk menghilangkan ion atau
pemisahan fluida yang berbeda. b)
Elektronika
Salah satu aplikasi dalam elektronika adalah sebagai Memori Storage. c)
Kesehatan
Contrast agent untuk pencitraan sel dan terapi untuk mengobati kanker Nanoteknologi-on-a-chip
Drug delivery vehicles
Kosmetik yang dapat melindungi diri dari bahaya sinar ultraviolet
E. Dampak Material Nano
Potensi manfaat material nano bagi kesehatan dan lingkungan telah banyak dipelajari, walaupun demikian pengaruh negatif materi al tersebut terhadap kesehatan dan lingkungan atau lebih khususnya dapat menyebabkan keracunan tidak dapat lepas dari pemikiran. Diantaranya pemikiran tersebut tentang efek samping penggunaan material nano dalam bidang kesehatan serta kemampuan alam untuk menguraikan partikel tersebut. Partikel nano mempunyai skala ukuran sama dengan komponen seluler dan protein-protein yang lebih besar. Berdasarkan pemikiran ini ada kemungkinan partikel nano menghindari pertahanan alami tubuh manusia dan makhluk hidup yang lain serta dapat merusakan sel. Secara umum manusia telah banyak menerima paparan berbagai jenis partikel nano yang bersumber dari alam seperti fotokimia dari atmosfer, kebakaran hutan. Manusia
menghirup jutaan polutan partikel nano pada waktu menggunakan api untuk pembakaran.
BAB III KESIMPULAN
1. Material nano merupakan material dengan ukuran diameter antara 1 sampai 100 nanometer. Pada skala ukuran ini partikel dapat mempunyai sifat dan fungsi yang jauh berbeda dibandingkan dengan partikel yang sama tetapi dengan ukuran ukuran yang lebih besar. Banyak orang tertarik dengan nanomaterial, nanomaterial, karena dengan ukuran nano, sifat material lebih menguntungkan dari pada ukuran besar. Satu nanometer setara dengan sepersatu miliar meter , kurang lebih seratus ribu kali lebih kecil dari diameter rambut manusia , seribu kali lebih kecil dari sel darah merah , dan setengah kali diameter DNA. 2. Sebagaimana disebutkan di atas material nano berukuran sangat kecil yaitu antara 1 nm sampai dengan 100 nm sehingga diperlukan proses khusus dalam pembuatan nano material. Pembuatan material ukuran nano secara garis besar terdiri dari dua cara yaitu dengan memperkecil ukuran partikel dari partikel ukuran besar dengan skala mikron ke atas dan memperbesar partikel atau menumbuhkan partikel baru sampai ukuran nano, proses pertumbuhan dihentikan. 3. Aplikasi a) Lingkungan hidup Nanofiltration terutama digunakan untuk menghilangkan ion atau pemisahan fluida yang berbeda. b) Elektronika Salah satu aplikasi dalam elektronika adalah sebagai Memori Storage.
c) Kesehatan
Contrast agent untuk pencitraan sel dan terapi untuk mengobati kanker Nanoteknologi-on-a-chip
Drug delivery vehicles
Kosmetik yang dapat melindungi diri dari bahaya sinar ultraviolet
DAFTAR PUSTAKA
Sulistiyono, Eko. 2012. Pembuatan Nano Magnesium Karbonat Hasil Ekstraksi Mineral Dolomit dengan Gelombang Ultrasonik. Tesis: Tesis: Jakarta. Universitas Indonesia. Riwayati, I. 2007. Analisa Resiko Pengaruh Partikel Nano Terhadap Kesehatan Manusia. Momentum, Vol. 3(2).
