Karakteristik Dan Langkah Pembentukan Carbon Nanotube (CNT)

Oleh : Muhammad Rokhim

0

Pada masa yang akan datang pengembangan material baru akan terfokus kepada pengembangan material cerdas atau smart/intelegent materials. Disebut sebagai material cerdas dikarenakan mempunyai satu atau beberapa sifat yang dapat berubah secara terkontrol  oleh stimulus atau rangsangan dari luar. Sifat-sifat penting dari material tersebut antara lain berhubungan dengan bentuk, dimensi, sifat listrik, sifat megnetik, sifat optis dan konformasi. Sementara itu penyebab perubahan sifat –sifat atau stimulus tersebut antara lain : suhu, kelembaban, pH, medan listrik, medan magnet, dan tekanan mekanis.

Dalam beberapa perspektif, material cerdas merupakan jawaban atas masalah-masalah kontemporer. Dengan terbatasnya sumberdaya (resources), material cerdas diharapkan dapat meningkatkan keberlanjutan (sustainability) dari suatu barang melalui perbaikan efesiensi, kinerja, dan performanya.

Beberapa jenis material cerdas diantaranya : material piezoelektrik, Shape Memory Alloy (SMA), electrochromic material, smart gel, magnetostrictive material, rheological material, photodinamyc material, dan carbon nanotube (Triyana, 2007).

Gambar 1. Struktur tiga dimensi Carbon nanotube

Kesadaran terhadap ilmu dan teknologi nano di dunia akademik dan industri dimulai dengan pandangan inspiratif dan visioner oleh ilmuwan fisika dan penemuan alat-alat karakterisasi, dan bahan berskala nano.  Pada tahun 1981, dua peneliti IBM, Gerg K Binnig dan Heinrich Rohrer (pemenang nobel Fisika th 1986) menemukan scanning Tunneling Microscope (STM) yang memungkinkan pengamatan topografi permukaan dengan format atom-demi- atom. Pada akhirnya penemuan bahan C60 buckminsterfullerene oleh H.W. Kroto (Kroto. et al, 1985). Dan karbon nanotube (CNT) oleh Sumio Ijima semakin meningkatkan kesadaran masyarakat akademik, industri, dan pemerintahan untuk lebih serius mengembangkan  ilmu dan teknologi nano (Iijima, 1991).

Berdasarkan jumlah dindingnya, CNT secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu CNT berdinding tunggal (single-walled CNT atau SWNT) dan CNT berdinding banyak (multi-walled CNT atau MWNT). Sifat-sifat CNT yang luar biasa itu kemudian dapat diturunkan secara spesifik dengan menganalisis lembaran penyusun dinding tersebut, yaitu graphene (grafit berbentuk lembaran) yang digulung menjadi silinder.Ada banyak cara untuk menggulung lembaran graphene menjadi sebuah CNT, persis seperti ketika kita ingin menggulung selembar kertas. Arah dari penggulungan lembaran tersebut akan menentukan arah ikatan heksagonal pada CNT, yang kemudian sangat menentukan sifat listrik CNT dengan geometri tersebut. Untuk mengkarakterisasi sebuah CNT dengan geometri tertentu, diberikan parameter bilangan bulat (n, m), yang disebut dengan vektor chiral. Panjang dari vektor chiral ini akan menjadi keliling CNT, yaitu bagian panah vektor harus bertemu dengan bagian ekornya ketika diputar menjadi lingkaran (Nur Adrian, Paryanto, Jumari Arif, Dyartanti Endah Retno, 2007).

Silinder yang dibentuk dikarakterisasi berdasarkan diameter dan sudut kiralnya (chiral angle), atau oleh nilai indeks (n,m) (Gambar 3). Struktur CNT bernilai  indeks (n,0) disebut struktur zigzag. Jika nilai indeksnya (n,n), strukturnya disebut struktur armchair. Struktur- struktur lainnya disebut struktur intermediate  (antara zigzag dan armchair) (Mintmire, JW; Dunlap, BI; White, CT, 1992).

 

Gambar 2. Nilai indeks struktur CNT

KARAKTERISTIK DAN LANGKAH PEMBENTUKAN CNT

Sifat  elektrik,  molekul,  dan  struktur  karbon  nanotube      ditentukan struktur  satu dimensinya. Beberapa sifat penting karbon nanotube adalah

(a)    Reaktifitas kimia

Reaktifitas kimia CNT akan meningkat sebanding dengan kenaikan arah kurvatur  permukaan  karbon nanotube. Oleh  karena itu, reaktifitas  kimia pada bagian dinding karbon nanotube akan  sangat  berbeda dengan  bagian  ujungnya.  Diameter  karbon nanotube yang  lebih  kecil akan meningkatkan  reaktivitas.

(b)   Sifat listrik dan Konduktivitas elektrik

Karbon  nanotube dengan  diameter  yang  lebih kecil  dapat  menjadi  semi  konduktor  atau menjadi metalik tergantung pada vektor khiral. Perbedaan  konduktifitas  ini  disebabkan  oleh struktur molekul.

Berdasarkan teori zat padat, para fisikawan berhasil memperoleh fakta bahwa CNT memiliki kelakuan listrik yang “ganda”, yaitu sebagai logam atau semikonduktor. Jika (n–m)/3 merupakan bilangan bulat, maka CNT bersifat logam, sedangkan jika (n–m)/3 bukan bilangan bulat, maka CNT bersifat semikonduktor. Menarik sekali karena ternyata kemampuan hantaran listrik CNT, apakah sebagai logam atau semikonduktor, hanya bergantung pada geometrinya.

Gambar 3. Geometri CNT

Keunikan sifat listrik CNT pada dasarnya merupakan ‘turunan’ sifat dari struktur elektronik yang tidak biasa dari graphene dengan ikatan karbon sp2. Graphene memiliki keadaan yang mampu menghantarkan listrik dengan tingkat energi yang ada di perbatasan struktur elektronik. Keadaan ini biasa disebut zero bandgap semiconductor atau semimetal karena bersifat logam (konduktor) pada arah tertentu dan semikonduktor pada arah lainnya.

(c)    Kekuatan mekanik

Karbon nanotube mempunyai  modulus Young  yang  sangat  besar  pada  arah  aksialnya.  Nanotube menjadi  sangat  fleksibel  karena ukurannya  yang  panjang.  Karbon  nanotube sangat  potensial  untuk  aplikasi  material  komposit sesuai dengan kebutuhan (Arief. 2008).

Langkah-langkah pembentukan CNT tidak diketahui secara pasti. Mekanisme pertumbuhan masih menjadi subyek kontroversi dan lebih dari satu mekanisme yang berjalan selama pembantukann CNT. Salah satu mekanisme menyebutkan bahwa CNT terbentuk dalam 3 langkah (Schulz dkk, 2006). Pertama sebuah percusor pembentuk CNT dan fullerenes C2terbentuk  pada  permukaan  partikel  katalis logam. Partikel karbida metastabil ini kemudian  membentuk  karbon  batang  secara cepat. Selanjutnya terjadi pembentukan dinding CNT secara perlahan.

Proses  pertumbuhan  karbon  nanotube  telah banyak  dipelajari  baik  untuk  SWNT  (Lee, dkk.,  1997  dan  Murakami,  dkk.,  2004)  dan MWNT  (Kwon,  1997)  Kondisi  secara  tepat tergantung pada teknik yang digunakan dalam pembantukan CNT. Namun pertumbuhan secara umum sama untuk semua teknik.

 

KESIMPULAN

Carbon nanotube (CNT ) adalah satu rantai atom karbon yang berikatan secara heksagonal berbentuk silinder tabung yang berdiameter 1-2 nanometer. Silinder tabung CNT ini memiliki panjang beberapa puluh mikrometer dengan ujung- ujungnya memiliki tutup seperti layaknya pil obat. 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

Penggunaan material CNT pada produksi alat-alat elektronik mengundang sangat banyak perhatian. CNT selain merupakan material yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan material lain juga memiliki ukuran yang sangat kecil sehingga sangat efektif dan efisien untuk digunakan. Selain itu, CNT merupakan material yang sangat kuat dan memiliki usia operasi yang jauh lebih lama serta tidak mudah rusak karena berbenturan dengan material yang ingin dideteksi. Carbon Nanotube merupakan material masa depan yang sangat potensial sebagai salah satu alternatif nanomaterial yang ada saat ini.

 

DAFTAR PUSTAKA

H.W. Kroto. et al. 1985, C60-Buckiminsterfullerene, Nature, 318 (6042), 162-163.

Kuwat Triyana. 2007, Penelitian dan perkembangan Smart Material dan Aplikasinya. Lembaga Penelitian dan Pengabdian Universitas Gajah Mada.

Mintmire, JW; Dunlap, BI; White, CT. 1992. “Are Fullerene Tubules Metallic?”. Physical Review Letters 68 (5): 631–634.

Natiq Shouny Arief. 2008, Pengaruh Komposisi Ferrocene-Benzena pada Sintesis Carbon Nanotube dengan Metode Spray Pyrolysis.

Nur Adrian, Paryanto, Jumari Arif, Dyartanti Endah Retno. 2007, Sintesis Karbon Nanotube dari Etanol Dengan Metode Chemical Vapor Deposition.Gema teknik –No.2/Tahun X Juli.

Iijima. 1991, Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, 354 (6348), 56-58.

Shanov, Yeo-Heung Yun , M. J. Schulz. 2006,  Synthesis and Characterization of Carbon nanotube Materials (Review). Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006, 377-390.

Tinggalkan pesanan

Alamat email anda tidak akan disiarkan.