Paper CNT Fadli

Mohammad Fadli 0806331771I. Pendahuluan: Sekilas Sejarah Penemuan Carbon NanotubeCarbon nanotube sebenarnya bukanlah hal baru dalam dunia pengetahuan dan teknologi terutama dalam bidang penelitian bahan elektronik. Pada tahun 1970, seorang peneliti dari Jepang, bernama Morinobu Endo yang menjalankan penelitiannya di University of Orleans, Prancis telah menemukan filamen karbon berukuran 7 nanometer. Namun, hasil penemuannya tersebut secara tidak sengaja yang dilaporkan dalam tesis PhD pada waktu itu tidak menarik perhatian peneliti yang lain untuk meneruskan penemuannya tersebut. Kemudian pada tahun 1985, ditemukannya bahan fullerene oleh Robert Curl, Harold Kroto, dan Richard Smalley (Pemenang Hadiah Nobel Kimia tahun 1996). Buckyball/Fullerene, C60, tersusun oleh molekul-molekul karbon dalam bentuk bola tak pejal dengan ukuran diameter bola kira-kira 0,5Buckminsterfullerene. Source: Chem Library, 1 nm. Penemuan bahwa karbon dapat Imperial College of Science, membentuk struktur yang tersusun dan stabil Technology and Medicine, UK. daripada graphite dan diamond, memicu para peneliti di seluruh dunia untuk mencari bentuk karbon yang lain. Pada tahun 1990, penemuan terbaru menyatakan bahwa C60 dapat dihasilkan dari perlatan dapur penguapan pada laboratorium yang mana pada akhirnya diaplikasikan sebagai evaporator. Lalu pada tahun 1991, Sumio Iijima pada akhirnya menemukan hubungan antara fullerence dengan model carbon nanotube hingga akhirnya ia menemukan carbon nanotube pada saat ia bekerja di perusahaan NEC di Jepang dan berhasil mengemukakan penelitiannya dengan lengkap mengenai struktur dan sifat-sifat karbon nanotube menggunakan mikroskop elektron beresolusi tinggi.

Carbon nanotube yang ditemukan Profesor Iijima ini merupakan suatu rantaian atom karbon yang terikat di antara satu sama lain secara heksagonal (segienam)berbentuk silinder tak pejal yang mempunyai diameter sekecil 1-2 nanometer dengan satu atau lebih dinding silinder pada ukuran bervariasi dari 1 nm hingga 100 nm. Panjang silinder dapat mencapai ukuran dalam rentang mikrometer hingga sentimeter.Page | 1

Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI walled carbon nanotube. Courtesy ofA. Rochefort, Nano-CERCA, University of Montreal, Canada

Representaion of a multi-

Mohammad Fadli 0806331771Perbandingan antara ukuran panjang dan diameter carbon nanotube dapat melebihi satu juta. Rasio panjang dan diameter ini menyebabkan seakan-akan carbon nanotube berdimensi satu. Kedua ujung-ujung silinder tersebut ditutup oleh fullerene berbentuk setengah bola tak pejal. Fullerene adalah elemen dasar terbentuknya carbon nanotube yang bisa diimajinasikan sebagai lembaran susunan grafit yang digulung hingga membentuk silinder. Ada banyak macam bentuk struktur fullerene beberapa diantaranya yaitu regular (biasa), sphere (melengkung), cones (mengerucut), tubes (tabung), dan bentuk yang lainnya yang lebih kompleks.

Melihat perkembangan yang cukup cepat ini, IBM meramalkan alat-alat elektronik dari CNT yang sempurna akan mampu dihasilkan dalam satu dekade lagi. CNT sebagai ujung detektor pada mikroskop atom bahkan saat ini telah dipasarkan oleh Seiko Instruments Co yang berhasil dibuat oleh Daiken Chemical Company di Jepang. Dengan sifat kekerasan yang sangat baik dan gaya melengkung yang rendah dari CNT menyebabkan alat ini memiliki usia operasi yang jauh lebih lama serta tidak mudah rusak karena berbenturan dengan material yang ingin dideteksi. Meskipun perkembangan teknologi CNT begitu cepat, sebagaimana diuraikan di atas, permasalahan untuk memproduksi secara massal masih menjadi kendala di kalangan industri. Industri pembuat CNT yang cukup terkenal, yaitu Carbon Nanotechnologies Inc (CNI) yang didirikan oleh peraih nobel Rick Smalley, saat ini hanya mampu memproduksi 1 kilogram per-harinya. CNI menargetkan untuk memproduksi 450 kilogram dalam sehari pada tahun 2005, yang diharapkan akan mampu menurunkan harga jual. Perusahaan lainnya, Showa Denko KK di Kawasaki, Jepang, saat ini hanya mampu memproduksi sebanyak 4-5 kilogram CNT per hari.

II. Karakteristik Carbon Nanotube II.1 Jenis-Jenis Struktur MolekulAda dua tipe umum carbon nanotube , yaitu single-walled nanotube (SWNT) dan multi walled nanotube (MWNT). SWNT terbentuk dari sebuah lembaran grafit yang dilengkungkan. Sebuah SWNT terdiri dari dua bagian yang mempunyai sifat fisis dan kimia yang berbeda. Bagian pertama adalah bagian sisi dinding silinder dan bagian lain adalah ujung-ujung silinder. Sedangkan MWNT terbentuk dari gabungan beberapa SWNT dengan diameter yang bervariasi. Panjang dan

Page | 2 Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI

Mohammad Fadli 0806331771diameter MWNT sangat berbeda dengan SWNT, sehinga sifat fisis dan kimianya pun akan sangat berbeda pula.

Beberapa SWNT dengan bentuk khiral yang berbeda. Perbedaan terlihat pada ujung tabung yang terbuka yaitu a) struktur armchair , b) struktur zigzag, c) struktur chiral

Picture by The Wondrous World of Carbon Nanotubes Eindhoven University of Technology

1. Single-walled carbon nanotubes (SWCNT) Kelas ini adalah kelas unggulan dari carbon nanotube yang ada. Strukturnya ialah sebuah silinder karbon (yang terbentuk dari grafit) dan memiliki penutup yang merupakan gabungan dari beberapa pentagon dan heksagon. Penutup dari silinder ini merupakan salah satu fullerene. Diameter terkecil dari tube yang pernah dicapai yaitu 0,4 nm. Lebar diameter yang terbentuk tergantung dari proses yang digunakan. Ditemukan sebuah fenomena dimana nanotube dapat mempunyai sifat seperti metal, atau seperti semikonduktor. Hal ini ditentukan antara lain oleh arah pelipatan dari lembaran grafit yang dibentuk. Bila arah pembentukan grafitnya adalah zigzag maka bisa dihasilkan nanotube yang bersifat semikonduktor, sedangkan yang chiral dan armchair mempunyai sifat elektrik seperti metal

SWNT

MWNT

2. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) Multi walled carbon nanotube ialah nanotube dengan model seperti Russian doll, yaitu ada tube didalam tube. Artinya adalah carbon nanotube yang dihasilkan memiliki beberapa lapis dinding. Sifat yang dihasilkan dari jenis ini kurang baik daripada kelas single walled. Salah satu hal yang menarik adalah


Mohammad Fadli 0806331771pada double walled carbon nanotube, dimana sifat sifatnya mirip dengan SWCNT tetapi memiliki ketahanan kimiawi yang lebih baik Ada beberapa kelas yang dapat tergolong nanotube juga, contohnya Nanotorus Nanotorus digambarkan sebagai karbon nanotube yang dilengkungkan menjadi torus (bentuk donat). Nanotorus diperkirakan akan memiliki banyak sifat-sifat yang unik, seperti momen-momen magnet 1000 kali lebih besar dari perkiraan sebelumnya tertentu jari-jari tertentu. Nanobud Penggabungan dua alotrop karbon: karbon nanotube dan fullerenes. Fullerene-seperti "tunas" yang terikat secara kovalen dengan bagian luar dinding samping yang mendasari nanotube karbon.

-

nanotorous Nanohorn Nanofibres

nanobud

Pada kelas kelas diatas masih banyak terdapat ketidaktahuan dalam konsepnya, baik sifat maupun pembentukannya

II.2 Sifat-Sifat Penting pada Carbon Nanotube Sifat Elektronik Salah satu sifat yang menarik dari CNT ini adalah dia dapat diatur sifat elektroniknya sesuai yang diinginkan, mulai dari bersifat superkonduktor, semikonduktor, hingga insulator, tergantung pada arah ikatan heksagonal pada dinding CNT itu. Ukuran diameter CNT yang berskala nano mengakibatkan elektron dapat berjalan sepanjang CNT tanpa hambatan sedikitpun. Berapa pun arus yang diberikan dalam CNT akan dapat dialirkan tanpa sedikitpun menimbulkan panas.


Mohammad Fadli 0806331771Berdasarkan vector kiralnya, karbon nanotube dengan diameter kecil bisa bersifat semikonduktor atau metallic. Perbedaan dalam sifak konduktifitas disebabkan oleh struktur molekuler yang menghasilkan perbedaan struktur ikatan dan perbedaan gap ikatan. Perbedaan dalam konduktifiatas dapat dengan mudah diturunkan dari sifat lembaran grafit. Hal ini memperlihatkan bahwa nanotube bertanda (n,m) adalah bersifat logam dengan perhitungan n=m atau(n-m)=3i, dimana I adalah integer dan n dan m adalah menggambarkan nanotube. Pada tahun 1998 Stephen Frank dkk, mengadakan penelitian mengenai konduktifitas nanotube, hasilnya menyatakan bahwa CNT bersifat seperti konduktor balistik dengan perilaku quantum. Konduktansi MWNT melonjak dengan increment 1 Go ketika nanotube disentuhkan pada permukaan merkuri. Nilai dari Go adalah 1/12.9 k -1, dimana G0= 2e2/h. menurut Sanvito, Kwon, Tomnek, and Lambert,saluran konduktansi quantum ini bisa diblok oleh reaksi antardinding. Reaksi ini mampu mendistribusikan kembali muatan pada tabung tunggal yang strukturnya tidak seragam .

Penghantar Panas Yang baik Pada Tahun 1999 , J. Hone, M. Whitney, and A. Zettle menemukan bahwa konduktifitas thermal bergantung kepada temperature dan hubungannya mendekati linear. Konduktifitas thermal linear pada suhu 7 K sampai dengan 25 K. pada suhu 25 K sampai 40 K garisnya meningkat dengan kemiringan tertentu dan hal ini muncul secara monotonical pada temperature dibawah temperatur ruang. Hubungan matematisnya adalah sebagai berikut : kzz = Cv z2 Page | 5 Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI

Mohammad Fadli 0806331771dimana K = slope garis pada grafik, c adalah kapasitas panas, v adalah cepat rambat bunyi dan adalah waktu reaksasi. Menurut hasil penelitian mereka

konduktifitas thermal untuk sebuah CNT tipe singe rope adalh sebesar 1800 6000 W/m-K Ditahun yang sama, penelitilain Che, Cagin, and Goddard menghitung konduktifitas thermal dari nanotube (10,10), nilainya mencapai 2980 W/m-K ketika arus diberikan semakin besar nilainya meningkat (ditunjukan pada gambar dibawah) .

Pada tahun 2000 Berber, Kwon, dan Tomnek juga mengadakan penelitian yang sama dan menyatakan bahwa konduktifitas thermal nanotube bergantung pada temperatur. Kedua kelompok peneliti ini menyatakan bahwa nilai kondultifitas thermal CNT sebanding dengan intan atau lempengan grafit. Akan tetapi BerberPage | 6 Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI

Mohammad Fadli 0806331771dkk menyatakan bahwa grafiknya menunjukan slope positip pada temperature dibawah 100 K, kemudian mencapai puncaknya pada 37000 W/m-K lalu menurun drastis hingga mencapai 3000 W/m-K ketika suhu mencapai 400 K (ditunjukan pada gambar dibawah ).

Kekuatan Mekanis CNT memiliki nilai modulus Young dan kekuatan meregang (yield strength) yang tinggi. Modulus young paling tinggi yang bisa dicapai CNT adalah 1000 GPa, nilai ini sekitar 5x lebih tinggi dari modulus young baja (Modulus Young baja 207 GPa). Tensile strength dari CNT dapat mencapai 63 GPa, nilai ini sekitar 50x lebih tinggi dari yield strength baja (baja 1020 memiliki nilai yield strength 180 MPa). Kedua sifat mekanik ini menyebabkan CNT merupakan material yang sangat keras dan kuat tetapi mudah dibengkokkan. Sebuah eksperimen dari Stanford University bahkan melaporkan bahwa CNT mampu dibengkokkan sampai 1.200 dan dikembalikan ke bentuk semula tanpa kerusakan sedikitpun. Modulus Young pada MWNT tergantung pada derajat keteraturan pada dinding tabungnya. Modulus elastissitas berkurang ketika ketidakteraturan meningkat. Pada tahun 1999, E. Hernndez dan Angel Rubio menyatakan bahwa modulus elastic bergantung kepada ukuran dan sifat khiral dari SWNT. Nilainya adalah 1,22 TPa untuk vector khiral (10,0) dan (6,6) dan mencapai 1,26 TPa untuk SWNT besar dengan vector khiral (20,0). Mereka juga menyatakan bahwa nilai modulus Young untuk SWNT pada faktanya bergantung pada diameter, untuk tabung tunggal mempunyai modulus sekitar 1 TPa. Saat menggulung CNT berdiameter 15 20 nm memiliki modulus sekitar 100 GPa. Sifat mekanik ini akan membuat penghantar listrik yang dibuat dari bahan CNT akan memiliki kelenturan yang tinggi, yang memungkinkan fleksibilitas dalam


Mohammad Fadli 0806331771pemakaiannya akan jauh lebih tinggi dibandingkan dengan jenis penghantar tegangan tinggi yang ada saat ini. Reaktifitas kimia Reaktifiatas kimia dari CNT dibandingkan dengan lembaran grafit mempunyai nilai yang lebih tinggi, hal ini disebabkan karena lekukan pada permukaaan CNT. Reaktifitas CNT berhubungan langsung dengan ketidaksebandingan orbital pi yang disebabkan oleh peningkatan lekukan. Oleh karena itu perbedaan harus dibuat antara dinding samping dan ujung penutup CNT. Hal ini bisa kita lihat pada CNT yang mempunyai diameter lebih kecil reaktifitasnya meningkat.

III. Sintesis Carbon NanotubeCarbon nanotube umumnya diproduksi dengan tiga teknik utama, yaitu arc discharge, laser ablation, dan chemical vapour deposition. Para ilmuwan sampai sekarang masih melakukan penelitian agar karbon nano tube dapat diproduksi semurah mungkin. Pada arc discharge, vapour dibuat dengan sebuah arc discharge diantara dua elektroda karbon dengan atau tanpa katalis. Tentu vapour-nya mengandung unsur karbon. Pada laser ablation, sebuah laser berdaya besar mengantarkan sejumlah volume dari karbon, biasanya dari gas metana atau karbon monoksida. Laser ablation memproduksi nanotubes yang bersih dalam jumlah sedikit, sedangkan arc dischange umumnya memproduksi pengotor dalam jumlah yang besar. CVD menghasilkan MWNTs atau SWNTs dalam kualitas yang buruk. SWNTs yang diproduksi dengan CVD mempunyai range diameter yang besar, yang sangat sulit dikontrol. Tetapi di sisi lain, metode CVD sangat mudah untuk menumbuhkan karbon nano tube, metode CVD menjadi yang favorit pada produksi komersial. Bagaimana nanotube terbentuk belum sepenuhnya diketahui. Mekanisme pertumbuhannya masih menjadi kontroversi dan bias lebih dari satu mekanisme terjadi selama pembentukan CNT. Salah satu mekanisme terdiri dari tiga langkah. Pertama sebuah precursor ke formasi dari nanotube dan fullerenes, C2, dibentuk pada permukaan partikel katalis logam. Dari metastabil partikel karbon ini, susunan karbon-karbon dibentuk dengan cepat. Lalu kedua, ada grafitisasi pada dindingnya. Mekanisme ini berdasarkan pada pengamatan TEM.


Mohammad Fadli 0806331771

Postulat teori lainnya yaitu partikel logam katalis mengambang pada grafit. Deposisi akan terjadi hanya pada setengah permukaan. Karbon berdifusi sepanjang gradient konsentrasi dan mengendap pada setengah bidang (di bawah). Tergantung pada ukuran katalis, SWNT atau MWNT akan tumbuh. Pada arc discharge, jika tidak ada katalis, MWNT akan tumbuh pada partikel C2 yang dibentuk di plasma.

Arc Dischange Biasanya untuk memproduksi C60 fullerenes, arc dischange mungkin cara termudah untuk memproduksi CNT. Tetapi ini adalah teknik yang memproduksi campuran komponen-komponen dan memerlukan pemisah nanotube dari soot dan logam katalis hadir dalam crude produk. Metode ini menghasilkan nanotube lewat arc-vaporisasi dari dua karbon yang diletakkan sangat berdekatan, dipisahkan sekitar 1mm. Biasanya juga ditambahkan gas inert, seperti helium dan argon pada tekanan rendah, antara 50 dan 700 mbar. Investigasi terbaru menunjukkan bahwa nanotube dapat dibuat dengan metode arc dalam liquid nitrogen. Arusnya sekitar 50 sampai 100 ampere dengan tegangan 20 V. Distribusi dari diameter nanotube tergantung dari campuran helium dan argon serta temperature dan logam katalis. Kita dapat memilih untuk menumbuhkan SWNTs atau MWNTs pada proses ini.Page | 9 Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI


Sintesa SWNT Anoda harus didoping dengan logam katalis, seperti Fe, Co, Ni, Y atau Mo. Kualitas dan kuantitas dari nanotube tergantung pada parameter konsentrasi logam, tekanan gas inert, jenis gas, serta arusnya. Biasanya diameter berkisar pada 1.2 sampai 1.4 nm. Diameter berkurang 0.2 nm setiap kenaikan 10% pada rasio argon helium, ketika nikel/yttrium digunakan sebagai katalis, dengan C 94.8% , Ni 4.2%, dan Y 1%. Dengan komposisi nikel dan yttrium tersebut, lalu dengan tekanan 660 mbar dari helium murni dan 100 mbar dari argon murni, distribusi diameter nanotube berkisar dari 1.27 sampai 1.37 nm. Lalu dengan menggunakan campuran katalis dari Co dan Mo pada konsentrasi besar sebagai katalis, diameter dapat dikontrol antara 0.6-1.2 nm, yang mana sama seperti diameter jika dibuat dengan CVD. Umumnya diameter nanotube dengan teknik arc discharge berkisar antara 1.2 1.4 nm.Page | 10 Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI

Mohammad Fadli 0806331771Sintesa MWNT Jika kedua elektroda adalah grafit, produk utamanya adalah MWNTs. Produk sampingannya yaitu fullerenes, amorphous carbon, dan beberapa lembaran grafit.Memurnikan MWNTs berarti merubah struktur. Ilmuwan masih mengembangkan konsep agar dihasilkan MWNTs murni dengan jumlah besar tanpa pemurnian. Diameter dalam MWNTs yang dihasulkan berkisar 1-3 nm dan diameter luar sekitar 10 nm. Karena tidak ada katalis pada proses ini, tidak dibutuhkan pemurnian dengan menggunakan asam kuat. Berarti, MWNT dapat disintesis dengan jumlah cacat yang rendah. Sintesa MWNTs metode arc discharge dalam liquid nitrogen lebih murah daripada menambahkan gas inert yang mahal, sehingga dimungkinkan untuk produksi massal. MWNTs dapat dihasilkan 70% dari jumlah produk, tidak ada nitrogen pada produk MWNTs.

Laser Ablation

Laser digunakan untuk memvaporosasi atau menembakkan ke arah grafit target. Oven diisi dengan helium dan argon untuk menjaga tekanan tetap 500 Torr. Jika partikel yang divaporkan telah mendingin, molekul carbon yang kecil dan atom-atom akan memadat cepat untuk membentuk cluster yang lebih besar, mungkin mengandung fullerenes. Katalis juga akan memadat, tetapi lebih perlahan pada awalnya, dan bergabung dengan cluster-cluster karbon dan mencegah membentuk struktur cage. Tetapi katalis juga bias membuka struktur-struktur cage. Dari cluster-cluster awal ini, molekul-molekul tubular tumbuh menjadi single wall carbon nanotubes sampai partikel katalis menjadi terlalu besar, atau sampai kondisi mendingin merata dan karbon tidak lama lagi akan berdifusi melewati atau diatas permukaan dari partikel katalis. Juga dimungkinkan bahwa partikel-partikel menjadi sangat banyak dilapisi oleh lapisan karbon sehingga mereka tidak dapat menyerap lebih banyak lagi, dan nanotube akan berhenti tumbuh. Ikatan pada SWNTs adalah dengan ikatan van der walls.



Jika targetnya adalah grafit murni, MWNTs akan disintesa, tetapi SWNTs dapat disintesa jika grafit target dicampur dengan Co, Ni, Fe, atau Y. Sintesa SWNTs akan seperti ropes.

gambar TEM SWNTs dengan katalis Ni 2% & Y 0.5%, dengan laser yang kontinu pada 12000C Diameter SWNTs yang dibentuk dengan komposisi Ni dan Y seperti penjelasan pada gambar di atas, dapat membentuk SWNTs dengan diameter rata-rata 1.4 nm. Normalnya ukuran SWNTs berkisar 1-2 nm. Laser ablation dengan campuran grafit dan katalis logam dalam bentuk powder membutuhkan 2 kilo Watt laser gelombang CO2 yang kontinu dengan argon atau nitrogen.

Chemical Vapour Deposition Sintesa dengan CVD adalah dengan meletakkan sumber karbon dalam fase gas dan menggunakan sumber energi, seperti plasma untuk transfer energy ke molekul karbon dalam bentuk gas. Umumnya digunakan gas metana, karbonmonoksida, dan asetilen. Sumber energi digunakan untuk cracking molekul ke atom karbon yang reaktif. Kemudian karbon berdifusi pada substrat, yang dipanaskan dan dilapisi oleh katalis, biasanya Ni, Fe, atau Co. sintesa nanotubes dengan CVD terdiri dari dua proses, yaitu persiapan katalis diikuti dengan sintesa dari CNT. Katalis biasanya disiapkan dengan melakukan sputtering ke substrat dan kemudian dilakukan etching atau annealing untuk me-nukleasi partikel katalis. Amonia digunakan sebagai etchant. Temperatur untuk sintesa CNT dengan CVD antara 650 900 0C.Page | 12 Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI

Mohammad Fadli 0806331771Katalis mempunyai efek yang kuat pada diameter nanotube, laju pertumbuhan, ketebalan dinding, morfologi, dan mikrostruktur.

Thermal Chemical Vapour Deposition Pada metode ini, Fe, Ni, Co dideposit pada substrat. Setelah substrat di etsa dengan larutan HF dan air destilasi, specimen ditempatkan pada quartz boat. The boat diposisikan di CVD reaction furnace, dan ukuran nanometer partikel-partikel logam katalis dibentuk setelah etsa tambahan menggunakan gas ammonia pada temperature 750 sampai 1050 0C. CNT akan tumbuh pada partikel-partikel logam katalis yang baik. Membentuk partikel-partikel logam katalis yang baik adalah proses yang sangat penting.

Ketika pertumbuhan CNT pada katalis film Fe dengan thermal CVD, distribusi diameter dari CNT tergantung dari ketebalan dari film katalis. Dengan ketebalan 13 nm, diameter akan berkisar antara 30-40 nm. Ketika ketebalan 27 nm digunakan, diameter akan berkisar 100 sampai 200 nm. CNT yang dibentuk adalah multi wall.


Mohammad Fadli 0806331771Alcohol Catalytic Chemical Vapour Deposition Teknik ini sedang sangat intensif dikembangkan untuk kemungkinan memproduksi dengan kualitas tinggi single wall nanotubes SWNTs dengan biaya yang rendah. Pada teknik ini, alcohol, methanol, dan etanol dievaporasi, dengan besi atau cobalt sebagai logam katalis, dengan bantuan zeolite. Temperatur rendah sekitar 550 0C. Radikal hidroksil, yang datang dari mereaksikan alcohol pada partikel logam katalis, memindahkan atom-atom karbon, menghasilkan SWNTs dengan kemurnian tinggi. Diameter dari SWNTs sekitar 1 nm.

Purification Produk SWNT mengandung banyak pengotor. Pengotor utama adalah lembaran grafit, amorphous karbon, logam katalis, dan fullerenes yang lebih kecil. Pengotorpengotor tersebut akan mempengaruhi properties yang diinginkan dari SWNTs. Teknik-teknik pada industry yang biasa digunakan untuk pemurnian adalah menggunakan oksidasi kuat dan teknik acid refluxing, yang mempunyai efek pada struktur dari tubes. 1. Oxidation Untuk memindahkan pengotor carbonaceous atau untuk membersihkan permukaan logam. Kerugian dari proses ini adalah sebagian dari SWNTs ikut teroksidasi 2. Acid treatment Akan menyingkirkan logam katalis. HNO3 akan member efek pada logam katalis saja. Jika menggunakan HCl, akan member efek pula pada SWNTs. Logam harus di exposed dengan oksidasi, lalu logam katalis direaksikan dengan asam.


Mohammad Fadli 0806331771IV. Aplikasi Carbon Nanotube dan Pengembangannya. CNT Sebagai Superkapasitor CNT yang dibentuk dengan material berpori akan memiliki permukaan yang sangat luas, yang memungkinkan terjadinya akses elektrokimia pada susunan pori-pori CNT dapat berlangsung dengan sangat baik. Model yang saat ini sedang dikembangkan adalah apa yang disebut dengan superkapasitor yang memiliki kapasitas raksasa dibandingkan dengan kapasitor yang dibuat dari elektroda biasa. Kemampuan kapasitas yang sangat besar dapat terjadi mengingat besarnya kapasitas suatu kapasitor berbanding terbalik dengan jarak pemisah dua elektroda yang digunakan, serta sebanding dengan luas permukaan pemisah itu. Dengan menggunakan CNT, maka jarak pemisah yang berorde nanometer akan jauh lebih kecil dari pemisah yang selama ini dipakai. Jarak yang sangat kecil itu ditambah dengan permukaan yang sangat luas dari CNT, akan menghasilkan kemampuan kapasitas yang sangat besar dibandingkan dengan kapasitor yang saat ini ada. Model pemisah elektroda dari bahan CNT ini dapat menghasilkan injeksi muatan yang sangat besar dengan hanya memberikan tegangan beberapa volt saja. Superkapasitor CNT ini diharapkan dapat menghasilkan kendaraan listrik yang sangat efisien sebagai alternatif pengganti kendaraan berbahan bakar minyak. Kemampuan injeksi superkapasitor CNT seperti di atas juga akan menghasilkan elektroda dengan kemampuan ekspansi dan kontraksi yang tinggi, yang diharapkan bisa menghasilkan lampu dan tabung gas bermuatan, Sinar X serta pembangkit gelombang mikro. Inilah aplikasi CNT pada alat elektronik yang paling banyak menarik perhatian kalangan peneliti nano-elektronik dan juga kalangan industri. Tidak mengherankan jika 45 persen hasil penelitian tentang aplikasi CNT yang telah dipatenkan berkisar tentang emisi elektron ini. CNT memiliki kemampuan yang sangat baik sebagai penghasil medan elektron dikarenakan jika sebuah tegangan diberikan di antara permukaan lapisan CNT dan sebuah anoda, maka akan menghasilkan medan lokal yang tinggi sebagai akibat dari sangat kecilnya radius tabung CNT. Pada layar datar, medan elektronik yang dihasilkan ini mampu mengarahkan pancaran elektron ke arah anoda di mana fosfor kemudian menghasilkan warna. CNT cukup menjanjikan untuk menggantikan model emisi elektron yang sekarang ada mengingat pembuatannya relatif lebih mudah, yakni hanya dengan menggunakan screen printing dan bisa dikerjakan pada tekanan yang relatif rendah. Layar datar yang dibuat dari CNT sudah dapat beroperasi hanya dengan energi listrik


Mohammad Fadli 0806331771yang rendah, resolusi gambar yang tinggi, lebih jelas, memiliki sudut pandang yang lebar, serta temperatur operasi yang lebih fleksibel.. Perangkat Memori Berbasis CNT Aplikasi CNT lainnya adalah pada perangkat memori yang disebut bucky shuttle. Perangkat memori bucky shuttle adalah perangkat memori berukuran nano (nanomemory device (NMD)) yang terdiri atas sebuah buckyball yang dikurung dalam CNT seperti contoh yang ditunjukkan pada Gambar . CNT yang dijadikan contoh pada Gambar tersebut adalah C240. Diameter bagian luar CNT tersebut kirakira 1,4 nm dan panjangnya 2,0 nm .Buckyball yang digunakan berisi sebuah ion kalium (K+), sehingga menjadikannya bermuatan (ion K+ ini tidak ditunjukkan dalam gambar). Struktur yang dibentuk oleh ion K+ dalam C60 dalam C240 ini (secara singkat dinyatakan sebagai K+@C60@C240) ini dianggap sebagai perangkat terkecil yang dapat dibuat Status perangkat memori ditentukan oleh lokasi buckyball.Saat berada pada satu sisi CNT, ia dianggap menyatakan bit 0, dan pada sisi lain menyatakan 1. Stabilnya posisi buckyball pada kedua ujung CNT disebabkan oleh adanya gaya van der Waals antara buckyball dengan bagian ujung CNT tersebut.

menyatakan status 0

menyatakan status 1 CNT dapat juga digunakan sebagai kawat molekuler (molecular wires) untuk menyusun nonvolatile RAM [13]. Sebagai elemen perangkat memori berarsitektur suspended nanotube, CNT dipasang menggantung (suspended) serta disusun saling bersilang (crossed) dan bertumpuk di atas substrat. Substrat yang digunakan terdiri atas lapisan penghantar (conducting layer), seperti silikon dengan kadar ketidakmurnian yang tinggi (highly doped silicon) yang diberi lapisan dielektrik tipis (thin dielectric layer), seperti silikon dioksida (SiO2) (Gambar 9).


Mohammad Fadli 0806331771Gambaran tiga-dimensi suspended nanotube device architecture yang menunjukkan empat junction pada perangkat memori. Dua elemen pada keadaan ON (saling bersentuhan) dan dua elemen lagi pada keadaan OFF (terpisah) .

Gambaran perangkat memori suspended nanotube dipandang dari atas. CNT digambarkan sebagai garis-garis hitam menyilang, dan blok pendukung ( the support blocks) CNT digambarkan sebagai kotakkotak kecil, sedangkan elektroda yang digunakan digambarkan sebagai kotak-kotak berlabel 1,2,3,m dan 1,2,3, ... n

Berbagai upaya untuk mewujudkan memori nonvolatile dari CNT dan memproduksinya secara komersial terus diusahakan. Salah satu perusahaan yang sudah berhasil mencapai perkembangan yang cukup baik adalah Nantero, Inc. [16]. Nantero, Inc. ingin membuat chip memori universal yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Chip memori ini diharapkan dapat menggantikan DRAM (dynamic RAM), SRAM (static RAM), flash memory, dan hard disk. Produknya diberi nama NRAM (Nanotubebased/ Nonvolatile RAM) [17]. Rancangan memori ini menggunakan arsitektur suspended nanotube. CNT junctions dipasang menggantung (suspended) pada wafer silicon (silicon wafer). Wafer silikon ini dibuat dengan proses standar untuk semikonduktor. Hal ini membuat teknologi ini compatible dengan teknologi semikonduktor yang sudah ada saat ini. Memori ini lebih cepat dan memiliki kerapatan yang lebih tinggi dibandingkan DRAM. Daya yang digunakan juga lebih rendah dibandingkan DRAM atau flash memory. Sifatnya juga portable seperti flash memory, dan sangat tahan terhadap pengaruh lingkungan (panas, dingin, dan pengaruh magnet). Sebagai nonvolatile chip, memori ini dapat menyimpan data secara permanen, bahkan tanpa daya listrik. Dengan memori semacam ini, dapat dibuat instanton computer (yang dapat di-boot dan di-reboot secara instan), memori portable dengan kerapatan tinggi (misalnya MP3 player yang dapat menyimpan ribuan lagu), PDA dengan memori 10 GB, serta server jaringan berkecepatan tinggi.


Mohammad Fadli 0806331771 Carbon Nanotube Field-Effect Transistor Nanotube berbasiskan transistor yang juga dikenal sebagai carbon nanotube field-effec transistor (CNFETs), telah dibuat untuk operasi pada temperatur ruang dan mampu dalam digital switching menggunakan single electron. Namun, salah satu kendala besar untuk realisasinya adalah sedikitnya teknologi untuk produksi massal. Pada tahun 2001 Peneliti IBM mendemonstrasikan bagaimana metallic nanotube bisa dihancurkan, meninggalkan suatu semiconducting dalam penggunaan sebagai transistor. Prosesnya dinamakan constructive destruction yang mana termasuk penghancuran otomastis pada defetive nanotube pada lapisan (wafer). Namun, proses ini hanya memberikan pengaturan berlebihan pada sifat elektikal pada skala statistik. Potensi dari carbon nanotube didemonstrasikan pada tahun 2003 ketika ballistic transistor suhu ruang dengan hambatan kontak logam dan nilai dielektrik yang tinggi, menunjukkan 20-30x ebih besar arus ON daripada state-of-the-art Si MOSFETs. Demonstarsi ini merupakan perkembangan penting dalam lapangan potensi performa dari CNT. Pada saat yang sama, tantangan terbesar adalah pembentukan kontak hambatan logam . Dalam kasus ini palladium, yang mana logam dengan fungsi kerja yang tinggi menunjukkan bebas kontak Schottky barrier ke semoconducting nanotube dengan diameter 1.7nm. CNT Field Emitter Xidex Corporation adalah menunjukkan kegunaan berukuran nano tinggi rasio aspeksilinder karbon nanotube (CNT) emitter lapangan Menelusuri Scanning Electron Microscopes (SEM) dan Transmission Electron Microscopes (TEMS) yang dapat memalsukan komersial. Inovasi utama dari karya ini adalah kemungkinan dari lapangan CNT emitter menjadi lapangan yang optimal emisi untuk memotong-tepi aplikasi komersial. Prospek untuk sukses didorong oleh Xidex unik, diulangi proses fabrikasi untuk CNT emitter dan beberapa hasil awal yang sangat menjanjikan. Emitter dari CNT emiter memiliki karakteristik yang berpotensi lebih baik kemudian konvensional dingin dan lapangan berbasis Shottky emitter dan CNT lain emitter mengarang dengan teknologi yang berbeda. Kami sedang mengembangkan Carbon nanotube (CNT) emitter lapangan untuk meningkatkan efisiensi dan daya tahan. Arus kepadatan ~ 1A/cm2 telah diukur dari emitter tersebut. X-ray tabung, dibangun dengan dasar CNT ini katoda, telah menunjukkan peningkatan efisiensi dan ketahanan. Peningkatan konservasi listrik dan termal manajemen dapat terwujud dari lapangan CNT emitter Sebagai emitter lapangan tidak memerlukan pemanasan untuk menghasilkan elektron, energi mereka lebih efisien. Sifat dingin emisi termal mencegah arus katoda, sehinggaPage | 18 Departemen Teknik Metalurgi dan Material, FT UI

Mohammad Fadli 0806331771lebih baik dan lebih stabil elektron fokus. Lapangan katoda dingin emitter dapat dengan cepat dinyalakan dan dimatikan, menghilangkan kebutuhan untuk rana mekanis. Sebagian besar bidang usaha untuk menggunakan emisi dalam tabung sinarX telah gagal karena emitter dengan cepat dihancurkan oleh lengkung dan kation sputtering yang pasti terjadi dalam sebuah tabung sinar-X. Karbon nanotube telah terbukti sangat baik emitter lapangan dan termasuk di antara bahan-bahan yang paling kuat dari segi mekanis, termal dan kimia (dalam lingkungan non-oksidasi). Selain itu, lapangan emitter cenderung tidak menghasilkan outgassing yang berpotensi memburuk perangkat dan mencemari sistem. NanoWire Nanowire adalah nanostructure, dengan diameter urutan yang nanometer (10-9 meter). Atau, nanowires dapat didefinisikan sebagai struktur yang memiliki ketebalan atau diameter dibatasi hingga puluhan nanometer atau kurang dan panjang tidak dibatasi. Pada skala ini, efek mekanika kuantum yang penting - yang menciptakan istilah "kawat kuantum". Banyak berbagai jenis nanowires ada, termasuk logam (misalnya, Ni, Pt, Au), semikonduktor (misalnya, Si, POLRI, GaN, dll), dan isolasi (misalnya, SiO2, TiO2). Nanowires molekul terdiri dari unit molekul berulang, baik organik (misalnya DNA) atau anorganik (misalnya Mo6S9-xix). Yang nanowires dapat digunakan, dalam waktu dekat, untuk menghubungkan komponen-komponen kecil ke sirkuit sangat kecil. Menggunakan nanoteknologi, komponen tersebut dapat diciptakan dari senyawa kimia. Solar Cells Solar cells yang dikembangkan oleh menggunakan carbon nanotube complex, dibentuk dari campuran carbon nonotube dan fullerene (buckyballs)untuk membentuk struktur seperti ular. Bauckyballs memerangkap elektron, meskipun mereka tidak bisa membuat elektron mengalir. Tambahan sinar matahari untuk mengeksitasi elektron pada polimer dan buckyballs akan mengkap elektron. Nanotubes, berperilaku seperti kawat, akan mampu membuat elektron mengalir. Space Elevator Karena carbon nanotube memiliki sifat mekanik yang superior, banyak struktur yang sudah diajukan dari barang barang sehari-hari seperti baju dan gear hingga barang mutakhir seperti space elevator. Namun, space elevator akan membutuhkan usaha lebih jauh dala m memurnikan teknologi carbon nanotube, yang mana kekuatan tariknya akan meningkat secara signifikan.


Mohammad Fadli 0806331771Penelitian-penelitian lebih lanjut sudah dilakukan. Penelitian ini diinisiasi oleh Ray H. Baughman di the NanoTech Institute yang telah menunjukkan bahwa single and multiwalled nanotubes bisa menghasilkan material dengan ketangguhan yang sangat baik diatara material yang lain. Karena kekutan mekanik yang tinggi, para peneliti akan membuat menjadi benang untuk membuat pakaian yang anti peluru. Nanotube akan efektif menahan peluru dari penetrasinya ke tubuh, meskipun energi kinetik peluru aka menyebabkan kerusakan internal pada tubuh.

V. Daftar Pustaka1. Yuliarto, Brian.(2005).Carbon Nanotube, Material Ajaib Primadona Teknologi Nano. http://www.nano.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1073086044. 2. Physical properties of carbon nanotube http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/ntproperties/ 3. M. Daenen.,R.D. de Fouw., B. Hamers., P.G.A. Janssen. ,K. Schouteden., M.A.J. Veld. The Wondrous World of Carbon Nanotubes a review of current carbon nanotube technologies.2003.diambil http://students.chem.tue.nl/ifp03/Wondrous%20World%20of%20Carbon%20Nanot ubes_Final.pdf 4. Kusumadewi, Anggraini. Perangkat memori berbasis carbon nano tube (CNT). http://www.p4tkipa.org/data/CNT.pdf 5. Carbon Nanotube. http://www.wikipedia.org


Paper CNT Fadli

Documents