NANOKOMPOSIT

Istilah nanoteknologi digunakan untuk mendeskripsikan kreasi dan ekploitasi suatu material yang memiliki ukuran struktur diantara atom dan material ukuran besar yang didimensikan dengan ukuran nanometer (1 nm = 10^-9m). Sifat dari material dengan dimensi nano sangat berbeda secara signifikan dari atomnya juga dari partikel besarnnya. Kontrol yang baik terhadap sifat tersebut bias menuntun ke pengetahuan baru yang sesuai dengan peralatan dan teknologi baru. Pentingnya nanoteknologi pertama kali dikemukakan oleh Feynman pada tahu 1959 (Muller, 2006).

Terjadi perkembangan yang sangat cepat dari ilmu dan teknologi nano pada beberapa tahun terakhir, terutama karena ketersediaan strategi baru untuk mensintesis nanomaterial dan alat-alat baru untuk karakterisasi dan manipulasi. Terdapat banyak contoh untuk mendemonstrasikan pergeseran hasil dan paradigma terakhir pada masalah ini. Beberapa metode sintesis nanopartikel (kabel nano dan tabung nano) dan perakitanya telah ditemukan. Kabel nano dan tabung nano dengan variasi materi anorganik telah ditemukan, disamping atom karbonnya. Nanostruktur juga cocok untuk simulasi dan pemodelan komputer, ukuranya menjadi cukup kecil untuk mendukung kekuatan yang tinggi (Rao,et.al, 2004).

Nanokomposit merupakan material padat multi fase, dimana setiap fase memiliki satu, dua, atau tiga dimensi yang kurang dari 100 nanometer (nm), atau struktur padat dengan dimensi berskala nanometer yang berulang pada jarak antar bentuk penyusun struktur yang berbeda. Material-material dengan jenis seperti itu terdiri atas padatan anorganik yang tersusun atas komponen organik. Contoh nanokomposit yang ekstrem adalah media berporos, koloid, gel, dan kopolimer. Nanokomposit dapat ditemukan di alam, contohnya adalah kulit tiram dan tulang (Anonim, 2009)

Ikatan antar partikel yang terjadi pada material nanokomposit memainkan peran penting dalam peningkatan dan pembatasan sifat material. Partikel-partikel yang berukukuran nano itu mempunyai luas permukaan interaksi yang tinggi. Makin banyak partikel yang berinteraksi, kian kuat pula material. Inilah yang membuat ikatan antarpartikel makin kuat, sehingga sifat mekanik materialnya bertambah. Namun penambahan partikel-partikel nano tidak selamanya akan meningkatkan sifat mekaniknya. Ada batas tertentu yang mana saat dilakukan penambahan, kekuatan material justru makin berkurang. Namun pada umumnya, material nanokomposit menunjukkan perbedaan sifat mekanik, listrik, optik, elektrokimia, katalis, dan struktur dibandingkan dengan material penyusunnya (Hadiyawarman,dkk, 2008)

Pembuatan Nanokomposit

Pembuatan material nanokomposit dapat dilakukan dengan melakukan pendekatan-pendekatan yang mudah dan kompleks. Salah satunya adalah menggunakan pendekatan simple mixing.

Dalam metode ini, peningkatan kekuatan mekanik material terjadi akibat penambahan nanopartikel SiO₂ pada epoxy resin. Permukaan nanopartikel yang sangat luas berinteraksi dengan rantai polimer, sehingga mereduksi mobilitas rantai polimer. Interaksi ini meningkatkan kekuatan mekanik komposisit tersebut jauh di atas kekuatan polimer itu sendiri. Hasil yang diperoleh adalah material yang ringan dengan kekuatan tinggi. Makin banyak jumlah SiO₂ yang dimasukkan, kekuatan material nanokomposit juga bertambah sampai titik kritisnya (Nano, 2009).

Kelebihan Nanokomposit

Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan bahan konvensional seperti logam. Misalnya memiliki densiti yang jauh lebih rendah daripada bahan konvensional. Hal ini jelas memberi implikasi yang penting dalam konteks penggunaan. Pasalnya, komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional.

Komposit juga memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability), tahanan lelah (fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, dan memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi (Hadiyawarman,dkk, 2008).

Aplikasi dan penggunaan Nanokomposit

Beberapa aplikasi penting teknologi yang didasarkan material nano antara lain: produksi bubuk nano keramik dan material lain, nanokomposit, pengembangan sistem nanoelektrokimia, aplikasi penggunaan tabung nano untuk menyimpan hidrogen, chip DNA dan chip untuk menguji kadar logam dalam kimia ataupun biokimia. Teknologi nano juga digunakan dalam mendeteksi gen maupun mendeteksi obat dalam bidang kedokteran. Selain itu, juga dapat digunakan dalam alat-alat nanoelektronik. Pengembangan teknologi nano lebih lanjut dapat diaplikasikan dalam pebuatan laser jenis baru, nanosensor, nanokomputer (yang berbasis tabung nano dan material nano), dan banyak lagi aplikasi lainnya. (Rao,et.al, 2004)

Struktur nano yang diperkuat dengan memamfaatkan materi keramik dan metalik penting dipertimbangkan dalam membuat bahan super kuat generasi baru, tipe baru dari ferromagnets, serta semen kuat yang mudah dibentuk. Contoh materi dari struktur nano yaitu nanokomposit Co/WC serta Fe/TiC. (Rao,et.al, 2004)

Semikonduktor – Metal Nanokomposit

Dengan mendisain semikonduktor-metal komposit partikel nano memungkinkan untuk meningkatkan sifat katalis dari photocatalysts (gambar berikut)

Proses transfer muatan antar permukaan pada metal-semikonduktor partikel nano

Pertemuan antara logam dengan semikonduktor secara tidak langsung mempengaruhi energi dan proses transfer muatan antarmuka. Deposisi dari logam inert pada partikel nano semikonduktor merupakan sebuah faktor yang penting untuk memaksimalkan efisiensi dari reaksi fotokatalitik. Dalam reaksi ini, secara normal dianggap bahwa logam inert berperan sebagai pusat untuk pembawa muatan pada induksi foto dan proses transfer muatan antar permukaan. (Rao,et.al, 2004)

Dalam industri angkasa luar, ada kecenderungan untuk mengganti komponen yang dibuat dari logam dengan komposit karena terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik, terutama komposit yang menggunakan serat karbon. Penggunaan bahan komposit pun sangat luas, yaitu untuk komponen kapal terbang, helikopter, satelit, industri pertahanan, jembatan, terowongan, kaki palsu, dan yang terpopular adalah penggunaan bahan baku mobil Formula One (F1).

Manfaat utama penggunaan komposit adalah mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk struktur dan tujuan tertentu (Hadiyawarman,dkk, 2008).

By: Dewa Putu Agus Wahyu Erawan

Anonim. 2009. Nanokomposit Material Superkuat dan Ringan. www.wikipedia.org/nanokomposit. Diakses pada 12 Maret 2010.

Hadyawarman, dkk. 2008. Fabrikasi Material Nanokomposit Superkuat, Ringan dan Transparan Menggunakan Metode Simple Mixing. Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. Vol 1, No 1, Februari 2008: 14-21.

Muller, Ulrich. 2006. Inorganic Strctural Chemistry. USA: Jhon Willey & Sons

Nano. 2009. Nanokomposit Material Superkuat dan Ringan. http://www.pustaka-deptan.go.id/agritek/ppua0158. Diakses pada 12 Maret 2010.

Rao, C. N. R. et. al. 2004. The Chemistry of Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications. Volume 1 : 3-527-30686-2