Notulensi Kuliah Online #1 Gambaran umum Nanoteknologi dengan analogi Sebagai gambaran umum seperti ini Teman-teman bisa bayangkan rubik Yang ukuran 4 x 4 x 4? Satu kubus kecil ukuran nya misal 1 cm .. Luas permukaan nya (4 x 4) x 6 sisi = 96cm2 Nah, ada berapa jumlah kubus kecil pada rubik 4 x 4 x 4 ? (64 kubus kecil) Sebuah kubus kecil memiliki luas permukaan (1 x 1) x 6 sisi, Jadi luas permukaan nya 6 cm2 Nah, kan ada banyak sekali ya kubus nya, dikalikan saja 6 cm2 .. maka Hasil nya akan lebih besar dari 64 cm2
Jadi itu analogi nano material, Ukuran nya yang kecil-kecil itu Ternyata ukuran nano yang kecil itu sangat unik .. Memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan material bulk nya (misal ukuran mikro meter)
Nah .. Ternyata secara fisika dan kimia, ukuran yang kecil itu unik Band gap bisa berubah
Contoh,
Itu emas, Emas yang kita tahu kan warna nya kuning emas , Tapi ternyata saat ukuran nano, bisa berubah-ubah
Nah, tadi kan beda ukuran aja beda band gap .. Ternyata ada satu lagi juga Luas permukaan yang tinggi itu menjadikan active site untuk reaksi jadi lebih besar juga
Misal, tadi rubik, yang besar, luas nya 96 cm2 .. Hanya segitu saja dan tembus ke dalam nya sulit Sedangkan klo ukuran nya lebih kecil, active site untuk reaksi nya lebih besar dan tembus ke dalam nya tidak terlalu jauh
Nah, berhubung kita bahas battery nih .. Sebagai ilustrasi nya gini
Jadi battery lithium yang biasa teman-teman pakai untuk HP, laptop, drone, dll mekanisme nya adalah perpindahan lithium-ion dari anoda ke katoda, Itu lah mengapa di sebut li-ion battery Material anoda yang adalah graphite dan katoda nya bisa LiCoO2, LiMn2O4, dll Jadi li-ion nya bolak-balik. Nah, bisa di bayangin rubik yang gede tadi, kita Anggap aja itu sebagai katoda Jadi lithium itu bereaksi dengan permukaan luar dan berusaha masuk terus ke dalam Karena besar, jarak ke dalam nya jauh, jadi susah menjangkau semua, Klo kecil-kecil, luas permukaan tinggi, li-ion bisa reaksi di situ, tembus ke dalam nya juga nda jauh. Itu lah yang berpengaruh ke kapasitas battery
Misal nya material LiFePO4 secara teori kapasitas nya 170 mAh/g, Klo ukuran nya besar, li-ion nya nda bisa masuk dan reaksi semua, jadi bisa nda mencapai 170 mAh/g .. Bisa aja cuma 100 mAh/g
Ilustrasi nya gitu, Li-ion nya keluar masuk Nah, zinc-ion battery juga sama prinsip nya .. Hanya saja ion nya yang berbeda, yaitu ion Zinc Kelebihan nya adalah, zinc itu murah meriah, tidak berbahaya, proses pembuatan nya juga sederhana Jadi pada dasar nya, battery itu cukup penting Untuk power up alat-alat elektronik Terus juga, terkait energi baru dan terbarukan, misal solar cell, juga butuh battery buat nyimpen energy nya Kira-kira seperti itu untuk pengantar materi kali ini Teman-teman ..
Battery itu TRL nya udah 9 (Technology Readiness Level) Jadi sudah widely used banget, Tapi tapi ada tantangan nya,yaitu bagaimana menemukan material baru yang performa nya bagus, murah, juga ramah lingkungan
Selain itu tantangan nya adalah bagaimana battery itu jadi sangat ringan Klo Teman-teman lihat ya, misal nya HP, coba copot battery nya, angkat HP nya, pasti enteng HP nya Battery itu salah satu komponen paling berat Jadi bagaimana menemukan battery yang ringan, performa bagus, murah, ramah lingkungan Sebelum ke sana, di lab itu yang di teliti basic sekali, seperti mekanisme apa yang terjadi ketika lithiumion atau zinc-ion itu masuk ke dalam katoda Ketika Li-ion atau Zn-ion itu masuk ke katoda, banyak hal yang terjadi Misal nya yang paling sederhana adalah perubahan struktur kimia yang diiringi dengan ekspansi katoda (jadi membesar ukuran unit cell nya)
Ilustrasi struktur LiFePO4 Jadi pas Li-ion masuk, Fe-ion ter reduksi jadi Fe 2+ Akan terjadi banyak hal saat Li-ion masuk Karena itu perlu di teliti .. Setelah jelas mekanisme nya, diteliti performa nya (di cycle) .. Berapa kali dischare/charge .. Apa kah stabil atau malah drop .. Di cari penyebab nya .. Kemudian penyebab nya ditanggulangi ...
Itu baru satu sisi yaitu katoda,battery komponen nya buanyaaak. Ada anoda, belum electrolyte nya, ada separator, belum packaging nya dll Jadi sampai proses battery yang komersil seperti kita pakai sekarang ini, panjang sekali proses nya Mungkin itu ya sementara yang bisa aku share .. Semoga bermanfaat dan ada insight yang Teman-teman dapat kan
Sesi Tanya Jawab 1.
Yuli Arti_2014
yang ingin saya tanyakan adalah mengenai inovasi apakah yg cocok dan sesuai utk diaplikasikan dalam dunia pendidikan IPA (ex:media ajar) kaitannya dengan jenis dan sifat material tertentu (ex:material komposit) 2.
Shinta_pend.kimia_
pada prinsipnya nanoteknologi hanya rekayasa tingkat tinggi, nah adakah implementasi dari nanoteknologi yang dapat dimanfaatkan dan diolah oleh masyarakat biasa yang dihasilkan secara sederhana?
Jawab: Nano teknologi ini memang terlihat advance atau maju sekali dengan alat-alat yang rumit .. Tapi tidak selalu demikian. Contoh sederhana adalah pupukbuat tanaman Pupuk yang ada kebanyakan sekarang itu ukuran nya mikro, sehingga tanaman tidak mampu menyerap secara optimal. Dengan rekayasa nano, perubahan jadi kecil, atau bahkan yang berbentuk cair, pupuk itu lebih efektif di serap tanaman. Analogi advance nya nano kalsium pada susu anlene yang mudah di serap tulang Di Indonesia juga udah mulai ada yang bikin temulawak ukuran nano, Itu sederhana sekali dan luar biasa Spesifik untuk media ajar, ada software simulasi yang bisa digunakan atau dengan ilustrasi-ilustrasi gambar/video .. Jadi anak-anak bisa mendapatkan gambaran tentang dunia material ..
3.RA Azeti_Fisika_ Ka sy mau tanya mngenai material nano kan ada banyak contohnya ZnO, menurut kk perbedaan ZnO dlm bentuk thin film dan nanorods itu apa, jika dikaitkan dgn luas permukaan yg lbh banyak (sy msh ga ngerti hehe). Lalu ZnO lbh baik thin film atau nanorods jika diaplikasikan di bidang EBT (energi baru terbarukan)?
Di pembahasan kk menyampaikan adanya perubahan struktur kimia yang diiringi dengan ekspansi katoda (jadi membesar ukuran unit cell nya), sy blm paham mngenai perubahan struktur kimianya, bisa dijelasin lbh detail ga ka?
Makasih banyak ka, sukses selalu ��
Jawab: Luas permukaan itu ada pengujian nya nama nya BET surface area measurement di Indonesia ada Jadi di uji saja luas area nya jadi ketahuan perbandingan luas area nya .ZnO ini juga di pakai untuk solar cell. Solar cell itu layer nya banyak .. Ada solar absorber nya seperti Si, CuInSe2, CuInGaSe2, dll Nah ZnO juga berfungsi di layer yang lain: buffer layer Thin film atau rod juga tergantung aplikasi untuk apa .?. Bisa juga malah thin film nya punya struktur rod kaya pillar gitu bila di deposisi dengan sputtering misal nya Terus, perubahan struktur kimia nya, misal saja tadi nya MnO2 .. Kemudian Li-ion masuk .. Bisa jadi LiMnO2 atau Li(MnO2)2 .. Dari orthorhombic bisa jadi spinel structure dll (ini materials science banget)
4.Aisyah_2013 Dari materi hari ini, saya membayangkan bahwa perkembangan teknologi terbarukan itu menuju ke nanoteknologi. Akan tetapi, energi nano itu membutuhkan bahan dan pengolahan dana yang besar. Yang saya tanyakan, sebenarnya arah perkembangan energi terbarukan itu lebih mendekat pada bidang apa ? Selain nanotek apakah ada isu2 lain yang sdg menjadi bahasan di luar sana untuk permasalahan energi terbarukan ?
Jawab: Selain nanotek, isu lain nya banyak .. Bahkan sampai masalah hukum dan undang-undang .. Karena regulasi nya juga perlu di atur .. Bahkan teman aku anak sosial juga meneliti energi baru dan terbarukan dari sisi undang-undang nya
5. Syifa' Robbani _ UB 1. Belajar dari mana dulu untuk belajar nanotek? Buku awal pdf nanotechnology yg mendukung untuk pelajar pemula kk. 2. Kuliah lanjut S2 sgt mendukung nanotek???
Jawab: Belajar dari video di YouTube aja .. Kuliah-kuliah nano, physics, atau chemistry dari MIT misal nya .. Buku ada banyak juga .. 2. Iya S2 itu kita akan spesifik meneliti nya pada aplikasi tertentu ..
6. Putranto_kimia_ Pada prosesnya nanozink yang telah digunakan (telah dipakai dan charge) apakah saat melalui tahap charge material zink yang kembali ke anode masih tetap sama ukurannya? (apakah ukuran nanopartikel tersebut dapat bertahan lama?)
terima kasih Jawab: Klo zinc-ion yang kembali ke anode, adalah ion (bukan nano particle) .. Jadi memang tidak berubah ukuran ion nya ..
: 7. Istiqomah_Pendidikan Biologi_Kak, apakah teknologi zinc-ion ini juga bisa diterapkan pada battery accu /baterai aki? Terimakasih. Jawab: Bukan di terapkan pada aki, tapi memang diharapkan untuk menggantikan battery yang ada sekarang .. Tapi masih panjang �
8. Erwan aditya_2014 Baterai ini baru penelitian sekala leb apa sudah di terapkan atau d produksi? Kalau misal diterapkan di Indonesia bisa tidak? Mengingat nanoteknologi bisa dibilang bidang ilmu yg baru di Indonesia. Kira2 para peneliti butuh apa dalam pengembangannya? Apakah semua bahan jika berukuran nano memiliki perubahan fungsi?
Jawab: Untuk sampai produksi, panjang proses nya .. Bisa sekali Indonesia .. Memang tergolong baru, tapi dalam beberapa hal, Indonesia bisa memulai Peneliti butuh alat-alat maju juga selain bahan-bahan nya .. Material berukuran nano memiliki sifat yang unik dengan material ukuran non-nano
9. Endra Pamudi_teknik mesin_ kak apakah ukuran terbaik untuk penelitian mas itu nano? apa tidak bisa lebih kecil lagi?
Jawab: Untuk lebih kecil dari nano tidak mudah membuat nya .. Tapi udah jadi penelitian fundamental beberapa research groups
10. Nanda Reni_kimia_ sudah sejauh mana penelitian mana? mau tanya juga penelitian kak Hilmy meneliti bagian mana? kan tadi kak hilmy menyyebutkan komponen abterai itu banyak. terima kasih
Jawab: Aku di bagian katoda dan anoda .. Sudah meneliti mekanisme beberapa katoda pada aplikasi battery ..
11. Maulana_fisika Bagaimana prinsip kerja dari pembuatan nanopartokel yg d gunakan untuk baterai dan prinsip kerja dari pengujian ukuran, gk nungkin pakai mikroskop kan. Hehe
Jawab: Metode sintesis nya banyaaak sekali .. Misal hydrothermal, co-precipitation, dll
Uji pake microscope bisa .. Tapi electron microscope
