KEGUNAAN KARBON AKTIF SEBAGAI BAHAN DASAR PEMBUATAN LISTRIK NANOTRANSISTOR (CARBON NANOTUBES/CNTs)

 Struktur tiga dimensi Carbon NanoTube (CNT)

Sains dan teknologi pada abad mendatang dipastikan akan terfokus secara serius pada pengembangan material baru, yakni material cerdas atau smart/intelegent materials.

Material disebut sebagai material cerdas jika 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 magnetik, 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, 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, electrochromic material, smart gel, magnetostrictive material, Rheological material, Photodinamyc material, dan Carbon nanotube khusus jenis material ini akan dibahas lebih mendalam lagi.

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 tahun 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.

Dan Karbon NanoTube (CNT) oleh Sumio Ijima semakin meningkatkan kesadaran masyarakat akademik, industri, dan pemerintahan untuk lebih serius mengembangkan ilmu dan teknologi nano.

Beberapa permasalahan yang akan dibahas dalam artikel ini diantaranya:

1.      Metode Pembuatan Carbon NanoTube?

2.      Karakterisasi CNT?

3.      Pemanfaatan dan Potensi CNT?

Melalui penyusunan karya ilmiah dengan metode deskriptif kualitatif yaitu dengan melakukan pengamatan terhadap dokumen-dokumen sekunder (tulisan ilmiah, laporan resmi, dan halaman situs) untuk mendeskripsikan secara umum tentang ilmu dan teknologi nano terutama Carbon NanoTube (CNT).

Dilihat dari aspek definisi, ruang lingkup, pembuatan, karakterisasi, dan potensinya diharapkan mampu mencapai tujuannya dalam penulisan artikel ini yaitu memberikan pengenalan kepada pembaca perihal ilmu dan teknologi nano, terutama Carbon nanotube.

Struktur CNT mirip dengan fullerene. Bedanya, atom-atom karbon pada fullerene membentuk struktur seperti bola, sedangkan CNT berbentuk silinder yang tiap ujungnya ditutup oleh atom-atom karbon yang berbentuk setengah struktur fullerene. Struktur CNT pertama kali ditemukan oleh Sumio Iijima dari NEC Laboratories di Jepang.

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.

Silinder yang dibentuk dikarakterisasi berdasarkan diameter dan sudut kiralnya (chiral angle), atau oleh nilai indeks (n, m).

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).

Reaksi kimia CNT akan meningkat sebanding dengan kenaikan arah kurvatur permukaan karbon nanotube.

Oleh karena itu, reaksi kimia pada bagian dinding karbon nanotube akan sangat berbeda dengan bagian ujungnya.

Diameter karbon nanotube yang lebih kecil akan meningkatkan reaktivitas.

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

Berdasarkan teori zat padat, para fisikawan berhasil memperoleh fakta bahwa CNT memiliki listrik “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.

Share :