Top Banner
NANOMATERIAL
34

Nano Material

Jan 02, 2016

Download

Documents

Reza Akbar

spp
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Nano Material

NANOMATERIAL

Page 2: Nano Material

KELOMPOK 10

1. Andew Suriaputra2. Ellan Siregar3. Elroy Fransiskus4. Ichsan Manzali5. Saomi Tanzil6. Tendy Arya Pranata7. Willy Yuswardi

Page 3: Nano Material
Page 4: Nano Material

DEFINISI

Nanomaterial adalah bidang ilmu material dengan pendekatan berbasis Nanoteknologi

Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi atau devais pada ukuran sangat kecil. Materi atau devais ini berukuran antara (1 – 100) nanometer. Satu nm sama dengan satu-per-milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil dari ukuran rambut manusia. Ukuran (1 – 100) nm ini disebut juga dengan skala nano (nanoscale).

Jadi, dapat disimpulkan bahwa nanomaterial itu adalah bahan atau material yg berukuran sangat kecil (skala nano) yaitu 1-100 nm.

Page 5: Nano Material

DEFINISI

• Dengan nanoteknologi, material dapat didesain dan disusun dalam orde atom-per-atom atau molekulper-molekul sedemikian rupa

• Dengan menyusun ulang atau merekayasa struktur material di level nanometer, maka akan diperoleh suatu bahan yang memiliki sifat istimewa jauh mengungguli material yang lain

• Carbon nanotube (CNT) adalah sebuah bentuk kristal baru dari gugus karbon, yang tersusun dari beberapa atom karbon berbentuk pipa dengan diameter beberapa nanometer

Page 6: Nano Material
Page 7: Nano Material

1981Scanning Tunneling Microscopy (STM) diciptakan oleh Heinrich Rohrer dan Gerd Binnig (Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1986)

1985Robert Curl, Harold Kroto, dan Richard Smalley (Pemenang Hadiah Nobel Kimia tahun 1996) menemukan buckyball/fullerene

1986Gerg Binnig, Calfin F Quate, dan Christoph Gerber menemukan Atomic Force Microscope (AFM).

1991Sumio Iijima menemukan carbon nanotube saat ia bekerja di perusahaan NEC di Jepang.

Sejarah penemuan peralatan penelitian nanoteknologi

Page 8: Nano Material

Scanning Tunneling Microscopy (STM) buckyball

Atomic Force Microscope (AFM) carbon nanotube

Page 9: Nano Material

SEJARAH PENEMUAN

Munculnya kesadaran terhadap ilmu dan teknologi nano diinspirasi dan

didorong oleh pemikiran futuristik dan juga penemuan peralatan

pengujian dan bahan-bahan. Pada tanggal 29 Desember 1959 dalam

pertemuan tahunan Masyarakat Fisika Amerika (American Physical

Society) di Caltech, Richard Phillips Feynman (Pemenang Hadiah Nobel

Fisika tahun 1965) dalam suatu perbincangan berjudul “ There’s plenty

of room at the bottom”, memunculkan suatu isu yaitu permasalahan

memanipulasi dan mengontrol atom (ukuran 0,001 nm) dan molekul

(ukuran 0,1 nm) pada dimensi kecil (nanometer) . Di tahun 1981,

Scanning Tunneling Microscopy (STM) diciptakan oleh Heinrich Rohrer

dan Gerd Binnig (Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1986).

Page 10: Nano Material

SEJARAH PENEMUAN

Beberapa tahun kemudian (1986), Gerg Binnig, Calfin F Quate, dan

Christoph Gerber menemukan Atomic Force Microscope (AFM). Melalui

peralatan STM dan AFM, para ilmuwan dapat melihat, memanipulasi, dan

mengontrol atom-atom secara individu di dimensi nano. Penemuan bahan

buckyball/fullerene dan carbon nanotube semakin mendorong para

ilmuwan untuk meneliti ilmu dan teknologi nano. Robert Curl, Harold

Kroto, dan Richard Smalley (Pemenang Hadiah Nobel Kimia tahun 1996)

menemukan buckyball/fullerene di tahun 1985. Buckyball/fullerene

tersusun oleh molekul-molekul karbon dalam bentuk bola tak pejal

dengan ukuran diameter bola 0,7 nm. Sumio Iijima menemukan carbon

nanotube pada tahun 1991 saat ia bekerja di perusahaan NEC di Jepang.

Page 11: Nano Material

KLASIFIKASI

Secara umum Nanomaterial terbagi dalam dua

kategori yaitu:

Fullerenes

Nanopartikel

Page 12: Nano Material

FULLERENES

Fullerenes adalah kelas alotrop karbon yang secara konseptual adalah lembar grafena (graphene) yang digulung ke dalam tabung atau bola.Termasuk didalamnya karbon nanotube yang digunakan baik karena kekuatan mekanisnya maupun faktor elektrisnya.

Anggota terkecil Fullerene

Page 13: Nano Material

NANOPARTIKEL

Nanopartikel secara effektif menjembatani antara bulk material

dan struktur molekulnya. Bulk material harus memilki sifat fisik

dan ukuran yg konstan, namum dalam skala nano ini sering

tidak terjadi. Ukurannya ini dapat diamati seperti pada

pengurungan kuantum dalam partikel semikonduktor,

resonansi plasmon dibeberapa partikel logam, dan

superparamagnetism di magnetik bahan. Nanopartikel

menunjukkan sejumlah sifat khusus relatif terhadap bulk

material.

Page 14: Nano Material

SIFAT

Secara umum dapat disimpulkan sifat dari nanomaterial yang berkaitan dengan atom permukaan adalah sebagai berikut:

1. Nanomaterial memiliki luas permukaan yang besar serta jumlah atom dipermukaan yang besar.

2. Memiliki energi permukaan dan tegangan permukaan yang tinggi.

3. Permukaan dari partikel kristalin dengan ukuran nano cenderung membentuk faset (permukaan yang tergosok rata)

4. Bidang faset cenderung tersusun dari bidang yang paling rapat.

5. Permukaan bersifat sangat reaktif dan mudah teroksidasi.

6. Perhatian perlu diberikan ketika menyimpan logam partikel nano karena bisa terjadi ledakan.

Page 15: Nano Material

APLIKASI

Teknologi nano saat ini berada pada masa pertumbuhannya. Beberapa

terobosan penting telah muncul di bidang nanoteknologi.

Pengembangan ini dapat ditemukan di berbagai produk yang

digunakan di seluruh dunia. Sebagai contohnya adalah katalis

pengubah pada kendaraan yang mereduksi polutan udara, devais pada

komputer yang membaca-dari dan menulis-ke hard disk, beberapa

pelindung terik matahari dan kosmetik yang secara transparan dapat

menghalangi radiasi berbahaya dari matahari, dan pelapis khusus

pakaian dan perlengkapan olahraga yang dapat meningkatkan kinerja

dan performa atlit.

Namun pada kesempatan kali ini, kami hanya akan membahas aplikasi

nanomaterial pada baterai High Power Ni-MH (Nickel Metal hydrate).

Page 16: Nano Material

BATTERY

Battery (Baterai) merupakan sel elektris yang dapat

menghasilkan listrik dari reaksi kimia. Secara umum Battery

dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu Primary battery dan

secondary battery. Primary battery adalah battery yang dapat

digunakan sekali saja tanpa dapat diisi ulang setelah

kapasitasnya habis. Secondary battery adalah battery yang

dapat diisi ulang setelah kapasitasnya habis.

Page 17: Nano Material

SEJARAH BATTERY

Metode paling awal untuk menghasilkan listrik adalah dengan

membuat muatan statis, ditemukan oleh Alessandro Volta (1745-

1827) dinamai dengan “electric pistol” yang mana adalah sebuah

kabel listrik ditempatkan dalam kendi yang terisi dengan gas

metana. Dengan mengirimkan lompatan listrik melalui kabel maka

kendi akan meledak. Tahap berikutnya dalam menghasilkan listrik

adalah dengan proses elektrolisis. Pada tahun 1800 Volta

menemukan bahwa aliran listrik yang kontinu dimungkinkan dengan

penggunaan cairan khusus sebagai penghantar untuk mengadakan

reaksi kimia diantara 2 logam. Volta menemukan lebih jauh bahwa

tegangan akan meningkat bila voltaic sel ditumpuk atau disusun. Ini

adalah awal dari penemuan battery.

Page 18: Nano Material

NICKEL METAL HYDRATE (Ni-MH) BATTERY

Konstruksi Battery NiMH terdiri dari lapisan positif yang

terbuat dari nickel hydroxide sebagai bahan aktif utama,

lapisan negatif yang terdiri dari campuran logam yang

menyerap hydrogen, pemisah yang terbuat dari fiber halus,

elektrolit alkaline, sebuah kotak logam serta sebuah lapisan

penyekat dengan ventilasi pengaman. Hydrogen disimpan

dalam logam penyerap hydrogen pada elektroda negatif.

Sebuah larutan encer yang terdiri dari potassium hydroxide

untuk elektrolitnya.

Page 19: Nano Material

Nano-scale material Ni(OH)2 dan Co(OH)2 pada batere Ni-MH

Keuntungan dari penambahan nanomaterial Ni(OH)2 dan Co(OH)2 adalah menambah kecepatan elektron (EV) dari batere tersebut.

Penambahan bahan tersebut melalui proses granulasi.

Granulasi merupakan proses pembentukan butir butir kecil menjadi kristal.

Page 20: Nano Material

Nano-scale material Ni(OH)2 dan Co(OH)2 pada batere Ni-MH

Fluid Bed Top Spray Granulation

Proses granulasi tersebut di lakukan oleh sebuah granulator.

Page 21: Nano Material

Nano-scale material Ni(OH)2 dan Co(OH)2 pada batere Ni-MH

Peningkatan performansi batere setelah ditambahkan granulasi Ni(OH)2 dan Co(OH)2 dapat dilihat dalam tabel :

Page 22: Nano Material

Nano-scale material Ni(OH)2 dan Co(OH)2 pada batere Ni-MH

Pertama, nanomaterial Ni(OH)2 tanpa granulasi dan campuran material apa-apa menghasilkan 183 mAHg-1 .Kedua, granulasi dari Ni(OH)2 menambah kapasitas batere menjadi 215 mAHg-1 .Ketiga, granulasi Ni(OH)2 dicampur dengan Co(OH)2 membuat kapasitas batere menjadi 258 mAHg-1 .Keempat, granulasi dari campuran proses ketiga tersebut menghasilkan 289 mAHg-1 .

Page 23: Nano Material

Nano-scale material Ni(OH)2 dan Co(OH)2 pada batere Ni-MH

a. Dengan granulasi

b. Tanpa granulasi

Page 24: Nano Material

Nano-scale material Ni(OH)2 dan Co(OH)2 pada batere Ni-MH

Gambar A: Bahan aktif nanomaterial Ni-(OH)2 mengalami proses granulasi sehingga partikel-partikelnya menjadi lebih besar dalam orde mikro-meter , formasi ini mengakibatkan elektronik konduktor mengelilingi bahan aktif material tersebut sehingga performa electro-chemicalnya menjadi lebih baik.

Gambar B : Bahan aktif nanomaterial tidak mengalami proses granulasi sehingga partikel-partikelnya menjadi sangat kecil terhadap elektronik konduktor, karena pada umumnya elektronik konduktor mempunyai besar 1-3 mikro meter, formasi ini mengakibatkan bahan aktif yang mengelilingi elektronik konduktor, sehingga performa electro-chemicalnya menjadi kurang baik dibandingkan dengan yang mengalami proses granulasi.

Page 25: Nano Material

C-Rate

Pengosongan batere dapat diukur dalam C-rate (Capacity-rate), pengukuran tersebut menggunakan battery analyzer. kebanyakan batere portable di rate pada 1C. Sebagai contoh batere 1000mAh, batere tersebut dapat menyediakan 1000mA untuk 1 jam bila dikosongkan pada 1C, batere yang sama dikosongkan pada 0.5C akan menyediakan 500mA untuk 2 jam sampai dia kosong. Pada 2C,batere yang sama akan mempunyai 2000mA selama 30 menit sampai batere tersebut kosong. 1C sering disebut sebagai 1jam pengosongan.

Sumber : Discharge Methods

Page 26: Nano Material

Grafik discharge capacity

Page 27: Nano Material

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa hasil granulasi

dari nanomaterial Ni(OH)2 mencapai kapasitas 289

mAhg-1 pada 1C, sedangkan bentuk konvensional

nanomaterial Ni(OH)2 hanya mencapai 272 mAhg-1.

Selanjutnya performansi dari bahan hasil granulasi

tersebut dapat mencapai 258 mAhg-1 pada 10C. Sangat

jauh berbeda dengan bahan yang tanpa melalui proses

granulasi, dimana hanya mencapai sekitar 218 mAhg-1

pada 3C, dan. Perbandingan tersebut menunjukkan

bahwa hasil granulasi dari nanomaterial Ni(OH)2

memberikan performa C-rate tinggi yang mencapai 10C.

Page 28: Nano Material

Penggunaan Nano Solar Energy

Page 29: Nano Material
Page 30: Nano Material

Beberapa Penemuan Penting di Bidang Nanomaterial1. Bahan yang tetap mengalirkan listrik meskipun berubah bentuknya. Seorang peneliti dari Universitas Tokyo Jepang merilis dalam Journal of Science mengenai penemuannya sekitar bahan seperti karet yang berisi pipa carbon berukuran nano. Bahan ini mampu memanjang atau memendek sampai beberapa kali lipat asalnya, namun tetap mengalirkan listrik secara normal/tidak terputus. Mengalirkan listrik disini bermakna ada transistor atau sirkuit electronic pada bahan ini, tidak hanya sekedar kawat. 

Page 31: Nano Material

Penemuan ini bisa diaplikasikan pada bidang robotika, dimana memungkinkan desain “sendi” robot yang lebih efisien. Atau membuat bentuk khusus yang diperlukan dari sirkuit electronic seperti jantung buatan/implan dan komponen robot lain yang memerlukan perubahan ukuran setiap waktu seperti pupil mata atau sensor pada kulit persendian.

2. Bahan yang bisa tembus pandang.

Sekelompok Ilmuwan dari Nanoscale Science Engineering Center di University of California, Berkeley dipimpin Xiang Zhang telah membuat bahan komposit perak-alumunium oxida yang mampu membelokkan cahaya yang diterima ke arah berlawanan dengan sifat alamiah benda yang seharusnya memantulkan cahaya. Efeknya, benda yang diselubungi “kain” ini akan terlihat tembus cahaya. Fenomena ini disebut index negatif dari suatu benda  

Page 32: Nano Material

Secara teknis, bahan ini terdiri dari lapisan-lapisan komposit yang merelay cahaya dari tiap lapisan ke lapisan selanjutnya, sedemikian rupa sehingga membentuk channel atau saluran cahaya yg membelokkan alur cahaya normal.Tiap lapisan terdiri dari perak seukuran seperseratus rambut manusia yang dijalin oleh lembar alumunium oxida.

Page 33: Nano Material

Bahaya atau Efek Samping dari Nanomaterial.

1. Bioavailability, didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk menembus membran/lapisan jaringan tubuh melalui berbagai cara paparan (kulit, pernafasan, dan pencernaan).

2. Bioaccumulation, didefinisikan sebagai kemampuan partikel yang terabsorpsi untuk terakumulasi didalam jaringan tubuh organisme dengan berbagai jalur paparan.

3. Toxic Potential, efek dari toksisitas nanomaterial dimungkinkan melalui berbagai sebab yaitu kemampuan oksidasi, inflamasi dari iritasi fisis, pelepasan dari radikal yang terkandung dan dari pengotor (impurities) dari pembuatan nanomaterial misalkan sisa katalis, pengotor bahan baku yang kurang murni.

Page 34: Nano Material

TERIMA KASIH