JURNAL ILMU BERBAGI
Mengenal Nanosains Murni Handayani Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)
[email protected]
Abstract. Nanosains atau ilmu nano yang lebih umum dikenal dengan sebutan Nanoscience, saat ini sangat banyak diminati dan diteliti oleh para ilmuwan luar negeri terutama di negara maju seperti Amerika, Eropa dan Jepang. Nanosains pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli fisika yang bernama Richard Phillips Feynman pada tanggal 29 Desember 1959 dalam pertemuan tahunan Masyarakat Fisika Amerika (American Physical Society) di California Institute of Technology (Richard Phillips Feynman merupakan Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1965). Pada pertemuan tersebut Richard Phillips Feynman memberikan gambaran dari istilah nanosains yang kita kenal sekarang ini dalam pidatonya yang berjudul “There’s Plenty of Room at the Bottom”. Keywords: nanosains, ilmu nano, fisika
1
Pendahuluan
Nanosains adalah study dan pengembangan dari perilaku bendabenda dan struktur pada skala yang sangat kecil yaitu sekitar 1 nanometer (10-9 m) sampai 100 nanometer (100 x 10-9 = 10-7 m). Istilah nano berasal dari kata Yunani yang berarti kerdil. Seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1, satuan nano merupakan ukuran panjang sebesar sepermillyar meter atau 1/1.000.000.000 meter (atau 1 nm = 10-9 m), atau panjang 1 nanometer merupakan panjang dari barisan 10 atom hydrogen. Sebuah ukuran yang sangat kecil sekali. Untuk lebih mudah membayangkan seberapa kecil ukuran nano maka kita dapat mengambil contoh seekor kutu yang mempunyai ukuran dalam millimeter. Ukuran seekor kutu ini adalah 1000 kali lebih kecil dibandingkan manusia. Kemudian coba kita bayangkan bakteri atau amuba (amuba berukuran 1-2 mikron) adalah 1000 kali lebih kecil
Jurnal Ilmu Berbagi, Ilmu Teknologi dan Komputer, Vol.1, April 2014 38 | P a g e
JURNAL ILMU BERBAGI dibandingkan seekor kutu. Dan benda berukuran nanometer adalah 1000 kali lebih kecil dibandingkan dengan amuba (lihat gambar 1). Tabel 1. Satuan ukuran dan ilustrasi seberapa besar dari masing-masing satuan
Unit/Satuan
Dalam exponensial
Meter
100
Centimeter
10
Milimeter
10
Dalam desimal
1
Seberapa besar?
Sepanjang meteran kayu Selebar kuku tangan Setebal uang logam
0.000001
Sebuah sel tunggal
-9
0.000000001
-10
0.0000000001
10
0.001
-6
Angstrom
-3
10
0.01
Mikrometer Nanometer
-2
10
Sepuluh baris atom hidrogen Sebuah atom besar
Gambar 1. Scale down dari millimeter menuju nanometer
Jurnal Ilmu Berbagi, Ilmu Teknologi dan Komputer, Vol.1, April 2014 39 | P a g e
JURNAL ILMU BERBAGI
2
Mengapa nanosains menjadi sangat penting dan menarik?
Yang membuat nanosains menjadi special adalah bahwa pada jenis material yang sama tetapi material tersebut mempunyai ukuran beberapa nanometer maka seringkali material tersebut akan menunjukkan sifat yang sangat berbeda dan unik dibandingkan material yang sama pada skala yang lebih besar. Sebagai contoh pada gambar 2 dan 3 adalah unsur Au yang mempunyai warna indah coklat kekuningan yang kita ketahui sebagai “emas”. Akan tetapi jika kita hanya mempunyai 100 atom Au dan disusun dalam sebuah kubus maka warnanya akan jauh lebih merah dan sangat berbeda dengan warna emas. Dan faktanya, partikel Au akan menghasilkan warna berbeda seperti merah, biru, kuning atau warna lain tergantung dari ukuran partikel.
Gambar 2. Nanogold 12nm: warna kemerahan
Gambar 3. Nanogold: beda ukuran partikel menghasilkan warna yang berbeda
Warna merupakan salah satu sifat (optik) yang berbeda pada material skala nano, sifat lainnya seperti fleksibilitas /kekuatan (mekanik) dan konduktivitas yang sering sangat berbeda pada material skala nano. Hal inilah yang membuat material skala nano mempunyai sifat yang unik, dimana nanomaterial secara umum mempunyai karakteristik : ringan, kecil,mempunyai properti unggul dan super.
Jurnal Ilmu Berbagi, Ilmu Teknologi dan Komputer, Vol.1, April 2014 40 | P a g e
JURNAL ILMU BERBAGI
3
Aplikasi dari nanosains dalam berbagai bidang
3.1 Material Material berstruktur nano yang bisa dibuat (artificial nanostructure) dan banyak diteliti oleh ilmuwan antara lain Carbon Nanotubes dan Carbon Buckyball. Carbon Nanotubes (Gambar 4) mempunyai kekuatan 100 kali lebih kuat dibanding dengan baja dan sangat fleksibel sehingga bila Carbon Nanotubes ini ditambahkan ke dalam material seperti bumper mobil maka mempunyai kekuatan dan fleksibilitas yang sangat tinggi.
Gambar 4. Model dari Carbon Nanotubes
Gambar 5. Model dari Carbon buckyball
Sedangkan Carbon Buckyball (Gambar 5) mempunyai kekuatan yang luar biasa karena struktur ikatan yang berbentuk “soccer ball”. Struktur nano dari Carbon Buckyball ini pada aplikasi nanomedicine mampu berfungsi sebagai kulit untuk pengiriman obat karena material ini mampu menembus dinding sel dan bergerak aman melalui aliran darah (non-reactive).
3.2 Coating: nanopaints Nanopaint adalah jenis lapisan atau coating yang diterapkan ke permukaan benda dengan cara yang mirip dengan cat berbasis minyak atau air. Perbedaan utama dari nanopaint adalah bahwa senyawa tersebut mengandung partikel skala nano yang dikenal sebagai
Jurnal Ilmu Berbagi, Ilmu Teknologi dan Komputer, Vol.1, April 2014 41 | P a g e
JURNAL ILMU BERBAGI nanotube. Sebuah nanotube membantu menciptakan sebuah penghalang efektif yang mencegah banyak hal dari gangguan eksternal. Sebagai contoh adalah aplikasi nanopaint pada mobil yang membuat permukaan mobil lebih halus dan berwarna sangat mengkilat, serta tahan terhadap goresan (gambar 6).
Gambar 6. Nanopaints pada mobil : warna mengkilap dan tahan goresan
3.3 Energi : contoh nano solar cell Dengan skala nano pada sel surya / nano solar cell (gambar 7) maka efisiensi akan meningkat, ukuran sel surya akan menjadi lebih kecil dan praktis akan tetapi mempunyai kapasitas yang tinggi. Ahli kimia Paul Alivisatos, seorang profesor kimia di Universitas California, Berkeley mengembangkan penelitian untuk meningkatkan efisiensi dari sel surya selain itu juga mampu mengurangi biaya produksi yaitu nano solar cell. Nano solar cell ini menggunakan nanorod sangat kecil yang tersebar dalam polimer.
Gambar 7. Nano solar cell
Jurnal Ilmu Berbagi, Ilmu Teknologi dan Komputer, Vol.1, April 2014 42 | P a g e
JURNAL ILMU BERBAGI
4
Kesimpulan
Beberapa terobosan yang muncul di bidang nanosains di atas mengindikasikan bahwa saat ini ilmu skala nano telah banyak dikembangkan dan semakin banyak dilakukan penelitian oleh para ilmuwan untuk mengetahui potensi potensi yang masih banyak tersimpan dalam sebuah material berskala nano. Dimungkinkan beberapa tahun ke depan, segala aspek kehidupan manusia akan menggunakan produkproduk berskala nano seperti pada bidang otomotif, kosmetik , farmasi, tekstil, militer, lingkungan hidup, energi dan konservasinya. Referensi 1. Kenneth J,k. “Nanoscale Materials in Chemistry”, A John Willey and Sons, New York 2001. 2. http://www.oureverydayearth.com/solution-for-big-cuts-in-power-consumptioncould-be-found-in-the-very-very-small/ 3. http://www.science.org.au/nova/077/077key.htm 4. http://www.nanocare-ag.com/kunststoffe_edelmetalle/ 5. http://www.businessgreen.com/bg/news/1939991/berkeley-researchers-createcheap-spectrum-solar-cell
Jurnal Ilmu Berbagi, Ilmu Teknologi dan Komputer, Vol.1, April 2014 43 | P a g e
