Makalah CNT

8/11/2019 Makalah CNT

1/23

CARBON NANOTUBE (CNT)

Oleh :

Muhammad Agung S (1210703020)

Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Sunan Gunung Djati Bandung

2013


2/23

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sains dan teknologi pada abad yang akan datang dipastikan akan terfokus secara serius

pada pengembangan material baru, yakni material cerdas atau smart/intelegent materials.

Material disebut sebagai material cerdas jika mempunyai satu atau beberapa sifat yang dapat

berubah secara terkontrol oleh stimulus atau rangsangan dari luar. Sifat-sifat penting dari

material tersebut antara lain berhubungan dengan bentuk, dimensi, sifat listrik, sifat megnetik,

sifat optis dan konformasi. Sementara itu penyebab perubahan sifat sifat atau stimulus tersebut

antara lain : suhu, kelembaban, pH, medan listrik, medan magnet, dan tekanan mekanis.

Dalam beberapa perspektif, material cerdas merupakan jawaban atas masalah-masalah

kontemporer. Dengan terbatasnya sumberdaya (resources), material cerdas diharapkan dapat

meningkatkan keberlanjutan (sustainability) dari suatu barang melalui perbaikan efesiensi,

kinerja, dan performanya.

Beberapa jenis material cerdas diantaranya : material piezoelektrik, Shape Memory Alloy

(SMA), electrochromic material, smart gel, magnetostrictive material, Rheological material,

Photodinamyc material, dan Carbon nanotube khusus jenis material ini akan dibahas lebih

mendalam dalam karya ilmiah ini[1]

.

Gambar: Struktur tiga dimensi Carbon nanotube

Kesadaran terhadap ilmu dan teknologi nano di dunia akademik dan industri dimulai

dengan pandangan inspiratif dan visioner oleh ilmuwan fisika dan penemuan alat-alat

karakterisasi, dan bahan berskala nano. Pada tahun 1981, dua peneliti IBM, Gerg K Binnig dan
http://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture.png


3/23

Heinrich Rohrer (pemenang nobel Fisika th 1986) menemukan scanning Tunneling Microscope

(STM) yang memungkinkan pengamatan topografi permukaan dengan format atom-demi- atom.

Pada akhirnya penemuan bahan C60 buckminsterfullerene oleh H.W. Kroto[2]

. Dan karbon

nanotube (CNT) oleh Sumio Ijima semakin meningkatkan kesadaran masyarakat akademik,

industri, dan pemerintahan untuk lebih serius mengembangkan ilmu dan teknologi nano[3]

.

2 Permasalahan

Beberapa permasalahan yang akan dibahas dalam karya ilmiah ini diantaranya :

1. Metode Pembuatan Carbon nanotube?

2. Karakterisasi CNT?

3. Pemanfaatan dan Potensi CNT?

3 Tujuan

Melalui penyusunan karya ilmiah dengan metode deskriptif kualitatif yaitu dengan

melakukan survei terhadap dokumen-dokumen sekunder (tulisan ilmiah, laporan resmi, dan

halaman website) untuk mendeskripsikan secara umum ilmu dan teknologi nano terutama

Carbon nanotube (CNT)dilihat dari aspek definisi, ruang lingkup, pembuatan, karakterisasi dan

potensinya diharapkan mampu mencapai tujuannya dalam penulisan karya ilmiah ini yaitu

memberikan pengenalan kepada pembaca perihal ilmu dan teknologi nano, terutama Carbon

nanotube.

4 Manfaat

Penyusunan karya ilmiah ini diharapkan dapat memberikan manfaat berupa informasi

tentang perkembangan ilmu pengetahuan terutama dibidang kimia material dan diharapkan juga

mampu menjadi bahan rujukan dan referensi terutama bagi mahasiswa dalam proses

pembelajaran.


4/23

TINJAUAN PUSTAKA

1 Defenisi Ilmu Nano Teknologi Nano dan Carbon nanotube(CNT)

Ilmu nano adalah studi fenomena dan manipulasi bahan pada skala atom, molekul dan

makro molekul, dimana sifat-sifat bahan sangat berbeda dibandingkan bahan tersebut pada skala

yang lebih besar[2,4]

. Teknologi nano dapat didefenisikan sebagai bidang-bidang teknologi

dimana dimensi dan toleransi pada skala nano memainkan peranan penting , teknologi nano

meliputi pencitraan, pemodelan, pengukuran,fabrikasi dan manipulasi sesuatu pada skala nano .

Secara umum terdapat 3 kriteria produk nano : (a) Dapat dibeli oleh konsumen, (2) Diidentifikasi

oleh manufaktur atau sumber lain, (c) Klaim terhadap produk nano kelihatan layak.

Pada tahun 1985, Richard E Smalley, Robert F Curl, Jr (keduanya dari Rice University,

Houston, Amerika Serikat), dan Sir Harold W Kroto (dari University of Sussex, Brighton,

Inggris) menemukan struktur karbon murni yang tersusun atas 60 atom karbon (C60)[5]

.

Penemuan ini cukup menarik mengingat selama ini hanya ada dua bentuk unsur karbon murni

yang dikenal: grafit dan intan. Struktur C60 tersebut di beri nama buckminsterfullerene atau

disebut juga bucky ball. Nama ini dipilih karena strukturnya menyerupai bangunan berkubah

seperti bola yang dirancang oleh seorang arsitek Amerika Serikat, R Buckminster Fuller untuk

World Exhibition 1967 di Montreal, Kanada[5]

. Penemuan yang dipublikasikan dalam jurnal

Nature pada tanggal 14 November 1985 ini mengantarkan mereka memperoleh hadiah Nobel

Kimia pada tahun 1996. Dalam perkembangan berikutnya, molekul C60ini lebih dikenal dengan

nama fullerene dan digunakan pula untuk untuk menamai molekul-molekul serupa yang

ditemukan sesudahnya, seperti C70, C74, dan C82[6]

. Penemuan fullerene ini kemudian memicu

ditemukannya material baru bernama carbon nanotube (CNT). Struktur CNT mirip dengan

fullerene. Bedanya, atom-atom karbon pada fullerene membentuk struktur seperti bola,

sedangkan CNT berbentuk silinder yang tiap ujungnya ditutup oleh atom-atom karbon yang

berbentuk setengah struktur fullerene[6]

. Struktur CNT pertama kali ditemukan oleh Sumio

Iijima dari NEC Laboratories di Jepang [3,6].

Berdasarkan jumlah dindingnya, CNT secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua

macam, yaitu CNT berdinding tunggal (single-walledCNT atau SWNT) dan CNT berdinding

banyak (multi-walledCNT atau MWNT). Sifat-sifat CNT yang luar biasa itu kemudian dapat

diturunkan secara spesifik dengan menganalisis lembaran penyusun dinding tersebut, yaitu


5/23

graphene (grafit berbentuk lembaran) yang digulung menjadi silinder.Ada banyak cara untuk

menggulung lembaran graphene menjadi sebuah CNT, persis seperti ketika kita ingin

menggulung selembar kertas. Arah dari penggulungan lembaran tersebut akan menentukan arah

ikatan heksagonal pada CNT, yang kemudian sangat menentukan sifat listrik CNT dengan

geometri tersebut. Untuk mengkarakterisasi sebuah CNT dengan geometri tertentu, diberikan

parameter bilangan bulat (n, m), yang disebut dengan vektor chiral. Panjang dari vektor chiral

ini akan menjadi keliling CNT, yaitu bagian panah vektor harus bertemu dengan bagian ekornya

ketika diputar menjadi lingkaran[7]

.

Silinder yang dibentuk dikarakterisasi berdasarkan diameter dan sudut kiralnya (chiral

angle), atau oleh nilai indeks (n,m) (Gambar 3). Struktur CNT bernilai indeks (n,0) disebut

struktur zigzag. Jika nilai indeksnya (n,n), strukturnya disebut struktur armchair. Struktur-

struktur lainnya disebut struktur intermediate (antarazigzag dan armchair) [8].

2. Karakteristik dan Langkah pembentukan CNT

Sifat elektrik, molekul, dan struktur karbon nanotube ditentukan struktur satu

dimensinya. Beberapa sifat penting karbon nanotubeadalah[7,9]

:

a. Reaktifitas kimia
http://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capturex.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture1.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capturex.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture1.png


6/23

Reaktifitas kimia CNT akan meningkat sebanding dengan kenaikan arah

kurvatur permukaan karbon nanotube. Oleh karena itu, reaktifitas kimia pada bagian

dinding karbon nanotube yang akan sangat begitu berbeda sekali

dengan bagian ujungnya. Diameter karbon nanotube yang lebih kecil akan

meningkatkan reaktivitas.

b. Sifat listrik dan Konduktivitas elektrik

Karbon nanotube dengan diameter yang lebih

kecil dapat menjadi semi konduktor atau menjadi metalik tergantung pada vektor

khiral. Perbedaan konduktifitas ini disebabkan oleh struktur molekul.

Berdasarkan teori zat padat, para fisikawan berhasil memperoleh fakta bahwa

CNT memiliki kelakuan listrik yang ganda, yaitu sebagai logam atau semikonduktor.

Jika (nm)/3 merupakan bilangan bulat, maka CNT bersifat logam, sedangkan jika (n

m)/3 bukan bilangan bulat, maka CNT bersifat semikonduktor. Menarik sekali karena

ternyata kemampuan hantaran listrik CNT, apakah sebagai logam atau semikonduktor,

hanya bergantung pada geometrinya.

Gambar : Geometri CNT

Keunikan sifat listrik CNT pada dasarnya merupakan turunan sifat dari struktur

elektronik yang tidak biasa dari graphene dengan ikatan karbon sp2. Graphenememiliki

keadaan yang mampu menghantarkan listrik dengan tingkat energi yang ada di

perbatasan struktur elektronik. Keadaan ini biasa disebut zero bandgap semiconductor
http://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture2.png


7/23

atau semimetal karena bersifat logam (konduktor) pada arah tertentu dan semikonduktor

pada arah lainnya.

c. Kekuatan mekanik

Karbon nanotube mempunyai modulus Youns yang sangat

besar pada arah aksialnya. Nanotube menjadi sangat fleksibel karena

yang panjang. Karbon nanotube sangat potensial untuk aplikasi ukurannya material

komposit sesuai dengan kebutuhan.

Langkah-langkah pembentukan CNT tidak diketahui secara pasti. Mekanisme

pertumbuhan masih menjadi subyek kontroversi dan lebih dari satu mekanisme yang

berjalan selama pembantukann CNT. Salah satu mekanisme menyebutkan bahwa CNT

terbentuk dalam 3 langkah (Laurent dkk,1998). Pertama sebuah percusor pembentuk

CNT dan fullerenes C2terbentuk pada permukaan partikel katalis logam. Partikel

karbida metastabil ini kemudian membentuk karbon batang secara cepat. Selanjutnya

terjadi pembentukan dinding CNT secara perlahan.

Proses pertumbuhan karbon nanotube telah banyak dipelajari baik untuk SWNT (Lee,

dkk., 1997 dan Murakami, dkk., 2004) dan MWNT (Kwon, 1997) Kondisi secara

tepat tergantung pada teknik yang digunakan dalam pembantukan CNT. Namun

pertumbuhan secara umum sama untuk semua teknik.


8/23

PEMBAHASAN

1 Beberapa Teknik Pembuatan/sintesis CNT

CNT dapat diperoleh dari 3 teknik yaitu [7] :

A. Pancaran elektroda

Dilakukan dengan melewatkan uap di antara dua elektroda karbon yang umumnya

menghasilkan CNT impuritas yang tinggi (Takikawa, dkk., 2006).

B. Teknik pencahayaan laser (laser ablation)

Dapat menghasilkan karbon nanotube yang bersih namun mahal (Guo, dkk., 1995).

C. Chemical Vapour Deposition (CVD)

Metode ini merupakan metode yang paling mudah dilakukan, namun impuritas yang

dihasilkan cukup rendah. Impuritas dapat diminimalkan dengan proses purifikasi karbon

nanotube. Metode dilakukan dengan mengalirkan sumber karbon

dalam fase gas melalui suatu sumber energi seperti sebuah plasma atau koil pemanas untuk

mentransfer energi ke molekul karbon. Secara umum gas yang digunakan adalah metana, CO,

dan asetilena. Selain itu fullerene dapat juga digunakan sebagai sumber karbon

(Maruyama,dkk., 2003). Sumber energi digunakan untuk mengcrack
http://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture4.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture3.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture4.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture3.png


9/23

molekul karbon menjadi atom karbon reaktif. Karbon mendifusi ke substrat yang telah panas

dan tertempel dengan sebuah katalis. Katalis biasanya adalah logam transisi baris pertama

seperti Ni, Fe, atau Co. Beberapa peneliti menggunakan campuran katalis

Co/Mo (Kitiyanan, dkk., 2000 dan Resasco, dkk., 2004), Co/MgO (Flahaut, dkk., 2000),

Fe/Mo (Zheng, dkk., 2002). Karbon nanotube akan terbentuk jika parameter- paremeter

proses tetap terjaga. Sedangkan Menurut penelitian yang dilakukan Deck, dkk Pada metode

yangberbasis CVD,maka CNT biasanya ditumbuhkan dari bahan dasar berbentuk gas yang

mengandung karbon seperti CH4, C2H2maupun FeCO5. Namun demikian bahan-bahan tersebut

bersifat toksik sehingga sangat berbahaya jika terjadi kebocoran gas dari substrat tersebut (Deck,

2005).

Keterangan Gambar :

1. Reaktor katalis,furnace

2. Etanol

3.

Gas Ar/H2

4. Flow meter

5. Vakum gauge

6. Pendingin

7. Pompa Vakum

Sintesis karbon nanotube CVD umumnya terbagi menjadi dua tahap, yaitu preparasi

katalis dan sintesis nanotube sesungguhnya. Katalis disiapkan dengan memercikkan logamtransisi ke dalam substrat. Selanjutnya dengan proses penggoresan senyawa kimia atau proses

thermal annealing menyebabkan pembentukkan inti partikel katalis. Temperatur sintesis

CNT dengan proses CVD umumnya 650 9000C dengan yield sekitar 30 %. Metode CVD

ini pun ada beragam lagi macamnya, misalnya thermalCVD dan plasmaCVD. Dengan teknik


10/23

ini dapat dihasilkan beberapa perangkat elektronik secara langsung, misalnya transistor efek

medan (field effect transistor)

D. Spray-pyrolysis

Penggunaan metode spray-pyrolysis untuk sintesis CNT sudah

banyak dilakukan dalam penelitian sebelumnya, seperti yang dilaporkan oleh Kamalakaran

(2000), sintesis dilakukan dengan menggunakan sumber karbon berupa benzena, xylena,

toluena, cyclohexanae, cyclohexanone, n-hexane, n-heptane, n-octane dan n-

phentane. Sedangkan katalis yang bisa digunakan adalah metallocene (ferrocene,

cobaltocene, dan niclelocene) namun hasilnya menunjukkan bahwa diameter hasil sintesis

yang didapatkan masih cukup besar yaitu di atas 100

nm. Permasalahan yang muncul adalah bagaimana mengembangkan metode spray-pyrolysis

pada temperatur 900oC dengan variasi komposisi ferrocene-benzena supaya menghasilkan CNT

yang berdiameter lebih kecil dan jumlah yang maksimal.

Sintesis dengan menggunakan metode ini dilakukan pada temperatur 900oC dengan

menggunakan aliran rata-rata gas argon sebesar 500 liter/jam sebagai gas yang

membersihkan pengotor (oksigen) dangan variasi komposisi ferrocene-benzena masing-

masing sebesar 0,03 g/ml, 0,06 g/ml dan 0,09 g/ml. Namun hasil sintesis yang didapatkan dirasa

masih terlalu sedikit yaitu 1,53 gram, 2,16 gram dan 2,45 gram untuk masing-

masing komposisi. (Abdullah M., et al., 2004)

2. Metode Karakterisasi CNT

Prediksi teoretik ini dapat dibuktikan kebenarannya melalui sejumlah

eksperimen. Metode pengukuran langsung yang dapat dilakukan diantaranya adalah[7,10,11,12]

:

2.1 Scanning tunneli ng microscopy(STM)

Tujuan yang ingin dicapai oleh pengukuran dengan metode ini adalah untuk

mendapatkan gambaran struktur atom CNT dan menyelidiki struktur elektroniknya (Odom dkk,

1998).


11/23

2.2. Scanning Electron M icroscopy(SEM)

Morfology dari CNT, dimensi, dan orientasinya dapat diungkapkan/diamati dengan

menggunakan Scaning Electron Microscopes resolusi tinggi. Lebih tepatnya dengan

menggunakan Environmental SEM (ESEM), yang tidak membutuhkan preparasi

sampel menggunakan conductive coating. Ionisasi parsial dari ruang gas menyebabkan muatan

pada permukaan sampel, yang berlawanan dengan jenis muatan yang dikumpulkan oleh detektor

gas sekunder melalui suatu efek air terjun. Secara keseluruhan hasil yag didapatkan adalah suatu

gambaran yang diperbesar dari sampel dengan mengabaikan sifat alami sampel tersebut.

2.3. Transmission E lectron M icroscopy (TEM)

High Resolution Transmission Electron Microscopy ( HRTEM) adalah instrumen yang

paling baik untuk mengungkapkan/mengamati diameter, banyaknya dinding, dan jarak antar

dinding dari CNT berdinding tunggal (SWNT). Sebagai tambahan, gaya difraksi elektron dari

TEM dapat membantu identifikasi sifat alami penutup bagian atas CNT, yang pada umumnya

terdiri atas katalisator yang berupa logam . Dalam Transmission Electron Microscopy, suatu

spesimen yang berupa lapisan tipis yang padat ( 200 nm tebal)) dibombardir dalam ruang

vakum yang sangat fokus, berkas cahaya monoenergetic dari elektron akan menjadi energi yangcukup untuk energi yang cukup untuk menyebarkan secara terus menerus melewati

spesimen. Satu rangkaian lensa yang elektromagnetis kemudian memperbesar sinyal elektron

yag dipancarkan oleh spesimen tersebut. Elektron yang dipancarkan inilah yang selanjutnya

digunakan untuk mengamati pola difraksi spesimen.. Informasi ini digunakan untuk menentukan

struktur atom dari material sampel. Elektron yang dipancarkan membentuk gambaran yang


12/23

merupakan bagian kecil dari sampel yang berisi perbedaan, yang berkaitan dengan mekanisme

penyebaran elektron dan selanjutnya dihubungkan dengan interaksi antara elektron dan unsur

yang atomis dari sampel.

2.4. Raman Spectroscopy

Spektroskopi Raman sangat berhubungan erat dengan spektroskopi Infrared (IR), yang

menyimpan semua data pergerakan vibrasi, rentangan, dan pembengkokan molekul. Tetapi,

Raman bergerak sedikit berbeda dengan IR, sehingga menjadi lebih baik di dalam pemakaiannya

dari pada IR. Spektroskopi Raman diambil dari nama Chandrasekhara Venkata Raman yang

pertama kali menjelaskan mengenai feeble fluorescence (yang kemudian dikenal dengan nama

efek Raman) pada tahun 1928 yang kemudian memenangkan nobel dalam bidang fisika pada

tahun 1930. Efek Raman ini sangat lemah dan menjadi kenyataan setelah ditemukan teknik laser

40 tahun kemudian. Cahaya sinar laser tidak sama dengan cahaya yang datang dari matahari atau

dari bola lampu, karena cahaya laser seluruhnya mempunyai satu panjang gelombang. Oleh

karena itu, jika cahaya mengenai objek, seluruh cahaya akan di hamburkan balik oleh objek

tersebut, dimana panjang gelombang cahaya yang datang sama dengan yang dipancarkan balik.

Tidak hanya itu saja, gelombang cahayanya berjajar rapih dengan arah yang sama (polarisasi),

seperti lasagna. Dengan demikian laser dapat meletakkan banyak foton pada spot yang kecil.

Ada banyak foton yang menumbuk sampel, satu dalam sejuta, meningkatkan sinyal sehingga

menjadi cukup kuat untuk dideteksi. Karena seluruh foton mempunyai panjang gelombang yang

sama, maka semua akan berinteraksi dengan cara yang sama pada molekul yang jenisnya sama,

sehingga memperkuat efek yang terjadi. Sistem modular Raman yang biasa digunakan adalah

HoloLab 532 (Kaiser Optical System Inc.). Sinar eksitasi yang digunakan berasal harmonik ke-

dua dari Laser YAG berkekuatan 35 mW pada panjang gelombang 532 nm. Sistem modular

Raman menyerap kembali cahaya pendaran balik. Cahaya eksitasi dan pendaran (scattering)

ditransmisikan balik melalui kabel optik yang sama. Sistem modular Raman terdiri dari (1) notch

filter yang efektif memotong cahaya scattering Raleigh, (2) transmission holographic grating, (3)

charge coupled device (CCD) detector yang mencakup Raman shift dari 100 ke 4,400 cm-1.

Resolusi dari Holo Lab 532 adalah 5 cm-1.


13/23

Gambar: Skema sel spektroskopi Raman bertemperatur tinggi.

Gambar :Foto sel Raman bertemperatur tinggi.

Probe head dari sistem modular Raman diletakkan persis tetapi tidak bersinggungan

dengan bagian lengan penghubung ke sel, sehingga jika sel dipanaskan lengan tersebut hanya

menjadi hangat. Probe tersebut sangat rentan terhadap panas, sehingga kontak langsung dengan

sel Raman atau dengan lengan harus dihindari. Cahaya eksitasi pada panjang gelombang 532 nm

diemisikan paralel dengan berkas melalui probe head dengan diameter 5 mm dan difokuskan ke

bagian tengah dari sel sampel melalui lensa kuarsa. Untuk mendapatkan sinyal yang terbaik,

pengumpulan hamburan cahaya dilakukan sebesar mungkin dengan mengatur fokus yang paling

baik. Selain dapat digunakan untuk mempelajari struktur molekul serta sifat dinamikanya Raman

Spectroscopy juga dikembangkan untuk dapat mempelajari reaksi beberapa senyawa organik dan

inorganik di dalam air. Tetapi, spektrofotometri Raman sangat membutuhkan sistim optik yang

mempunyai presisi atau keakuratan yang tinggi, sebab pendaran cahaya dari Raman yang sangat

lemah dikarenakan besarnya kontribusi cahaya fluoresens.
http://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture8.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture7.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture8.pnghttp://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture7.png


14/23

3 Aplikasi CNT

1.CNT dengan doping nitrogen untuk sel bahan bakar yang murah.

CNT yang didoping dengan nitrogen memiliki potensi untuk menggantikan katalis platina

yang mahal yang biasa digunakan untuk mereduksi oksigen didalam sel bahan bakar, menurut

para peneliti di Ohio (Science2009, 323,760). Penemuan ini dapat menurunkan harga dari sel

bahan bakar, yang merupakan teknologi menjanjikan namun memiliki masalah dalam

pengaplikasiannya terutama dalam skala besar seperti pada kendaraan bermotor karena harga

katalis yang mahal disamping segi ketahanannya.

Nanotube yang didoping terbuat dari karbon berwarna kuning yang didoping dengan

nitrogen warna biru yang mampu menggantikan katalis platina dalam fuel cells. Sebuah tim

dipimpin olehLiming Dai dari the University of Dayton menemukan bahwa sekumpulan karbon

nanotube yg tersusun vertikal, yang sebagian atom karbon digantikan dengan nitrogen dapat

mereduksi oksigen dalamlarutan alkali lebih baik dibandingkan katalis platina yang telah lama

dipakai dalam teknologi sel bahan bakar sejak 1960an. Lebih dari itu, nanotube tidak

terpengaruh oleh racun katalis berupa karbon monoksida yang terbukti mendeaktivasi katalis

platina.

Gambar:Nanotube yang didoping terbuat dari karbon

berwarna kuning yang didoping dengan nitrogen warna

biru yang mampu menggantikan katalis platina dalam fuel cells.

Menurut Dai, penyebab utama dari aktifitas tinggi oleh nanotube berdoping nitrogenkarena kemampuan menerima elektron dari atom nitrogen yang akan menghasilkan muatan

positif pada atom karbon disebelahnya. Muatan ini menarik elektron dari anoda dan mendorong

reaksi reduksi oksigen. Menurut Dai Pengungkapan peran baru dari nitrogen doping pada

penelitian ini sangat penting dan dapat diaplikasikan untuk mengembangkan berbagai katalis

pereduksi oksigen berbahan non logam yang efisien diluar aplikasinya dalam fuel cells
http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/nitrogen/http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/oksigen/http://academic.udayton.edu/LimingDai/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/http://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capture9.pnghttp://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/http://academic.udayton.edu/LimingDai/http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/oksigen/http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/nitrogen/


15/23

Sementara itu seorang professor teknik kimia dari the University of California Yushan

Yan, berpendapat penemuan ini dapat memiliki efek yang mendasar terhadap upaya

komersialisasi teknologi sel bahan bakar, selain itu hasil ini dapat lebih berdampak nyata jika tim

Dai dapat menunjukkan hasil percobaan dalam media asam, dimana platina lebih diperlukan

dalam suasana tersebut, dibandingkan dengan media basa, dimana tidak ada logam lain yang

lebih efektif daripada platina pada suasana asam. Namun mengetahui bahwa platina bisa

digantikan dengan katalis nonlogam baru ini sudah merupakan kemajuan yang luar biasa[13]

.

2. Sebagai baterai kertas

Baterai kertas adalah baterai hasil rekayasa yang menggunakan kertas-lembaran tipis

selulosa (merupakan unsur utama dari kertas biasa) yang disisipi dengan blok CNT. [96]

Nanotube bertindak sebagai elektroda sehingga memungkinkan perangkat penyimpanan

menghantarkan listrik. Baterai dapat berfungsi sebagai baterai lithium-ion dan supercapacitor

karena mampu memberikan output daya yang lebih stabil dibandingkan dengan baterai

konvensional, serta semburan energi yang lebih tinggi, selain itu baterai konvensional secara

umum berisi sejumlah komponen, berbeda halnya dengan baterai kertas CNT yang mampu

mengintegrasikan seluruh komponen baterai dalam struktur tunggal hal ini membuatnya lebih

hemat energi.

3. Memori Nonvolatile Berbasis CNT dengan Lapisan OksidaNitridaOksida sebagai

Charge Trap

CNT-field-effect transistor (CNTFET) dapat digunakan untuk membuat memori

nonvolatile dengan kerapatan sangat tinggi [14]. CNT digunakan sebagai channel berukuran

nano, sedangkan lapisan SiO2Si3N4SiO2(ONO) digunakan sebagai node penyimpan muatan

(charge node). Struktur perangkat memori ini ditampilkan pada Gambar 12. Muatan disimpan

pada lapisan ONO. Muatan yang disimpan akan meningkatkan treshold voltagesebesar 60 mV

(a quantized increment of 60 mV). Hal ini menunjukkan bahwa ONO memiliki trap

dengan keadaan energi terkuasikuantisasi (quasiquantized energy state). Keadaan ini

berhubungan dengan medan listrik kuat terlokalisasi (localized high electric field) pada CNT

channel[5]
http://www.engr.ucr.edu/~yushan/http://www.engr.ucr.edu/~yushan/http://www.engr.ucr.edu/~yushan/http://www.engr.ucr.edu/~yushan/


16/23

4. Penemuan Terbaru dan Perkembangan CNT saat ini

Penemuan dan perkembangan CNT saat ini telah sampai pada tahap yang memuaskan

sebagai contoh :

4.1. Perkembangan CNT dalam Bidang Elektronika dan Kelistrikan

International Business Machines Corp. (IBM) telah menemukan sebuah terobosan dalam

teknologi transistor, yang suatu hari nanti bisa dikembangkan menjadi chip dengan ukuran lebih

kecil serta berkecepatan lebih tinggi daripada chip yang ada saat ini. Terobosan yang dimaksud

adalah keberhasilan para peneliti di IBM dalam membuat susunan transistor, yang pertama kali

menggunakan carbon nanotubes atau silinder karbon berukuran nano. Carbon nanotubes adalah

struktur atom-atom karbon berbentuk silinder yang 50.000 kali lebih tipis dibanding diameter

sehelai rambut. Mereka juga telah menemukan cara untuk membentuk nanotubes tersebut

menjadi transistor, yang berukuran 500 kali lebih kecil dibanding transistor berbahan silikon

yang ada saat ini. Hanya saja sampai saat ini mereka masih mencari cara untuk bisa

memproduksinya secara massal.

Selain itu peneliti di IBM juga mengaku menemukan cara menumpuk transistor

nanotube, sehingga hanya berukuran 1,4 nanometer atau sekecil deretan 10 atom. Rangkaian ini

merupakan langkah awal pembuatan chip berbahan karbon. Telah sejak lama para peneliti di

seluruh dunia mencari bahan dan proses baru untuk membuat chip komputer. Hal itu terjadi

karena menurut perkiraan mereka, dalam satu atau dua dekade mendatang, chip berbahan silikon

tidak dapat dibuat lebih kecil lagi. Mereka berharap menemukan suatu bahan yang dapat

digunakan untuk membuat piranti-piranti elektronik berukuran lebih kecil, dengan konsumsi

energi rendah dan menghasilkan panas yang sedikit.

Alasan lain mengapa IBM meneliti bahan ini adalah karena bahan itu merupakan

penghantar listrik yang baik, sehingga bisa menjadi kawat yang bagus. Bahan ini dapat

meneruskan aliran listrik dalam jumlah yang besar per unit area, sekaligus mengalirkan lebih

banyak elektron dalam tiap penampangnya, dibanding penghantar. Bila bahan itu digulung

menjadi struktur yang lurus, maka dia dapat dijadikan kawat penghantar, namun bila struktur itu

bergelombang atau bersimpul, maka nanotubes akan menjadi semikonduktor. Semikonduktor

seperti ini menghantarkan listrik dalam jumlah cukup, sehingga kita bisa mematikan atau

menghidupkan alirannya dengan medan listrik yang terjadi. Sistem inilah yang nantinya bisa

digunakan dalam teknologi transistor masa depan. Pihak IBM berharap mulai dapat


17/23

menggunakan bahan ini untuk produk-produknya dalam tiga tahun mendatang. 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. Denga 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 robot yang lebih lincah

dari yang ada saat ini.

Perkembangan lainnya yang lebih mengesankan dari CNT adalah aplikasi CNT sebagai

alat penghasil emisi medan elektron yang banyak digunakan pada TV atau monitor layar datar,

lampu, 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 printingdan bisa


18/23

dikerjakan pada tekanan yang relatif rendah. Layar datar yang dibuat dari CNT sudah dapat

beroperasi hanya dengan energi listrik yang rendah, resolusi gambar yang tinggi, lebih jelas,

memiliki sudut pandang yang lebar, serta temperatur operasi yang lebih fleksibel. Perusahaan

Korea, Samsung, bahkan telah memamerkan beberapa prototipe dari TV layar datar yang

dikembangkan dari CNT ini. Beberapa perusahaan elektronika menargetkan untuk meluncurkan

monitor layar datar dari CNT tidak lebih dari tahun 2005.

Perkembangan lain yang tidak kalah penting adalah penggunaan CNT pada divais

elektronik berskala nano yang sangat menjanjikan untuk terwujudnya impian memperkecil

ukuran chip dan prosesor. Sebuah penelitian dari Osaka University di Jepang telah mampu

membuat transistor dari CNT yang memiliki kecepatan lebih tinggi dibandingkan dengan silikon

transistor.

4.2. Perkembangan CNT dalam bidang Material katalis dan reaksi kimia

Memasukkan partikel logam berukuran nano kedalamkarbon nanotubes akan mengubah

sifat redoks dari partikel dan dapat meningkatkan efektifitasnya sebagai katalis, menurut sebuah

penelitian baru (J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja8008192). Investigasi ini bertujuan utama

untuk mengembangkan prosedur baru dalam mengubah -ubah sifat elektronik dari partikel

berukuran nano yang dapat diaplikasikan dalam bidang katalisis, sensor gas dan peralatan

magnetis

CNTbisa dikatakan serupa dengan karbon aktif yang digunakan secara komersial sebagai

penyangga katalis, namun karbon nanotubes memiliki sifat elektronik yang unik yang

menjadikannya penyangga katalis yang lebih baik dari karbon aktif untuk reaksi-reaksi tertentu.

Para peneliti secara khusus sangat tertarik dengan efek yang ditimbulkan dari penempelan

partikel katalis pada permukaan dalam tabung, yang selama ini penelitian sebelumnya hanya

mampu menempelkan partikel logam dipermukaan luar.

Saat ini Xinhe Bao, Xiulian Pan, Wei Chen, dan Zhongli Fan di Dalian Institute of

Chemical Physics, China, telah memperlihatkan metode fase larutan yang dibantu dengan

ultrasonication secara selektif mampu mendeposit partikel nano besi oksida kedalam karbon

nanotubes. Partikel ini merupakan prekrusor sebagai katalis dalam sintesa Fischer-Tropsch (FT),

sebuah metode untuk membuat bahan bakar sintetik dari campuran CO dan hydrogen.
http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/karbon/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/karbon/


19/23

Tim peneliti tersebut menemukan bukti bahwa partikel yang terperangkap lebih sensitif terhadap

reduksi kimia daripada partikel yang menempel di permukaan luar nanotubes. Secara khusus,

mereka melaporkan dengan dimasukkannya partikel besi oksida ke dalam nanotubes akan

meningkatkan rasio antara besi karbida dengan besi oksida sebesar dua kali lipat di permukaan

katalis ketika terjadi reaksi. Konsentrasi tinggi dari besi karbida ini dipercaya sangat

berpengaruh dalam reaksi .

Gambar : Tiga jenis karbon nanotube berdasarkan susunan atom karbon di dindingnya

Dalam test FT sintesis tersebut, mereka juga mengamati konsentrasi hidrokarbon yang

terbentuk dengan rantai karbon lebih atau sama dengan lima rantai. Mereka mendapati

peningkatan produksi hidrokarbon rantai panjang enam kali lebih besar dengan menggunakan

katalis karbon nanotubes yang diisi di dalamnya dengan partikel besi oksida dibandingkan

dengan nanotubes yang dilekati partikel besi oksida diluarnya.

Untuk menghindari hambatan difusi pereaktan masuk mendekati permukaan katalis yang

berada didalam tabung, para peneliti mensiasatinya dengan memotong-motong tabung menjadi

potongan yang lebih pendek. Ditambah lagi bahwa reaksi berjalan lebih baik dengan

memasukkan partikel katalis kedalam tabung juga telah membuktikan bahwa difusi bukanlah

menjadi halangan yang serius.

5. Prospek CNT pada masa mendatang dan Hambatan yang Muncul

Meskipun prototipe aplikasi CNT tersebut berhasil dibuat, tetapi perkembangan

realisasinya dalam jumlah besar bisa dikatakan sangat lamban. Masalah utamanya berada pada

tahapan fabrikasi. Sebagai contoh, diameter silinder (CNT) pada proses sintesis memang sudah


20/23

dapat dikontrol dengan baik, tapi tidak dengan vektor chiral-nya. Akibatnya, CNT-CNT yang

dihasilkan akan bercampur antara yang bersifat logam dengan semikonduktor dan keadaan ini

tentu tidak baik untuk aplikasi selanjutnya.

Pada proses CVD, posisi dari tempat tumbuhnya CNT dapat dikontrol dengan membuat

pola bahan katalis, tetapi jumlah CNT dan orientasinya relatif terhadap substrat masih belum

terdefinisikan. Selain itu, temperatur yang terlalu tinggi untuk CVD konvensional (hingga 1000

oC) membuat proses penumbuhan CNT tidak cocok dengan proses standar silikon yang masih

menjadi bahan utama perangkat elektronik saat ini. Sebagai pendekatan alternatif, yaitu deposisi

CNT pada substrat setelah fase penumbuhan, dapat menghindarkan permasalahan temperatur

tinggi, tetapi justru muncul masalah baru pada penentuan posisi penumbuhan dan juga geometri

CNT.

Beberapa usaha kembali dicoba untuk mengatasi masalah ini, misalnya dengan

menggunakan medan listrik untuk memandu CNT pada posisi tertentu selama penumbuhan dan

deposisi (Zhang dkk, 2001), dengan perlakuan modifikasi permukaan (Liu dkk, 1999), atau

seperti yang dilakukan di Fisika ITB dengan CVD plasma berfrekuensi tinggi (Sukirno dkk,

2006). 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.

Dengan demikian, satu-satunya masalah yang menghambat CNT untuk segera diterapkan

secara massal dalam dunia elektronik adalah proses pembuatannya. Meskipun sudah banyak
http://andrycalongurukimia.files.wordpress.com/2011/05/capturebj.png


21/23

mimpi dan juga teori untuk membuat sebuah rangkaian elektronika yang murni CNT, tetapi

selama proses fabrikasinya tidak berkembang maka keunggulan CNT hanya dapat terwujud

dalam skala laboratorium, bukan untuk kebutuhan sehari-hari secara massal. Namun kita juga

harus tetap optimis bahwa dengan perkembangan teknologi yang demikian pesatnya saat ini,

mudah-mudahan suatu saat nanti CNT benar-benar dapat direalisasikan penggunaannya secara

massal bagi kehidupan manusia.


22/23

KESIMPULAN

Carbon nanotube (CNT ) adalah satu rantai atom karbon yang berikatan secara

heksagonal berbentuk silinder tabung yang berdiameter 1-2 nanometer. Silinder tabung CNT ini

memiliki panjang beberapa puluh mikrometer dengan ujung- ujungnya memiliki tutup seperti

layaknya pil obat.

CNT merupakan bahan seperti fiber namun memiliki kemampuan yang jauh lebih unggul

karena memiliki sifat-sifat yang sangat menakjubkan, yaitu :

1. Konduktivitas listrik lebih tinggi daripada tembaga

2. Konduktivitas panas lebih tinggi daripda berlian

3. Daya tahan terhadap temperatur tinggi

4.

Lebih ringan daripada aluminium

5. Sifat elektronik dapat diatur (superkonduktor, semikonduktor dan insulator)

6. Modulus young dan kekuiatan regang yang tinggi

7. Keras, kuat tetapi mudah dibengkokkan

8. Mempunyai fleksibilitas yang tinggi

Penggunaan material CNT pada produksi alat-alat elektronik mengundang sangat banyak

perhatian. CNT selain merupakan material yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan

material lain juga memiliki ukuran yang sangat kecil sehingga sangat efektif dan efisien untuk

digunakan. Selain itu, CNT merupakan material yang sangat kuat dan memiliki usia operasi yang

jauh lebih lama serta tidak mudah rusak karena berbenturan dengan material yang ingin

dideteksi. Jadi, Carbon Nanotube merupakan material masa depan yang sangat potensial sebagai

salah satu alternatif nanomaterial yang ada saat ini.


23/23

DAFTAR PUSTAKA

1. Kuwat Triyana. 2007, Penelitian dan perkembangan Smart Material dan Aplikasinya.

Lembaga Penelitian dan Pengabdian Universitas Gajah Mada.

2. H.W. Kroto. et al. 1985, C60-Buckiminsterfullerene, Nature, 318 (6042), 162-163.

3. S. Iijima. 1991,Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, 354 (6348), 56-58.

4. Anonim. 2004, Nanoscience and nanotechnologies: Opportunities and uncertainties,

5. Kusumadewi Anggraeni,Perangkat Memori Berbasis Carbon Nanotube: 2010

6. Hill J.W dan Petrucci R.H.2002, General Chemistry : An Integrated Approach.3 rd Edition.

New Jersey : Prentice Hall

7. Nur Adrian, Paryanto, Jumari Arif, Dyartanti Endah Retno. 2007, Sintesis Karbon Nanotube

dari Etanol Dengan Metode Chemical Vapor Deposition.Gema teknikNo.2/Tahun X Juli.

8. Mintmire, JW; Dunlap, BI; White, CT (3 Februari 1992). Are Fullerene Tubules

Metallic?.Physical Review Letters68 (5): 631634.

9. T. W. Odom, H. Jin-Lin, P. Kim, C.M. Lieber,Atomic structure and electronic properties of

single-walled carbon nanotubes, Nature, 391, 62-4.

10.A Xiaolei Liu. 2006,A Dissertation Present : Synthesis, Devices and Applications of

Carbon Nanotubes. Faculty of The Graduate School University of Southern California.

11.V. Shanov, Yeo-Heung Yun , M. J. Schulz. 2006, Synthesis and Characterization of

Carbon nanotube Materials (Review). Journal of the University of Chemical Technology

and Metallurgy, 41, 4, 2006, 377-390

12.Natiq Shouny Arief. 2008, Pengaruh Komposisi Ferrocene-Benzena pada Sintesis Carbon

Nanotube dengan Metode Spray Pyrolysis.

13.Purnomo Wahyu Chandra.2009, Karbon nanotube dengan doping nitrogen untuk sel bahan

bakar yang murah. Diambil tanggal 30 Maret 2010 darihttp://www.Chemistry.org

14.Yulianto Akhmad, Ahmad Ridwan T. Nugraha. 2009, Dari Sebatang Karbon..Diambil

tanggal 28 Maret 2010 darihttp://1

15.(Padang 2009 : Makalah Karbon nanotube Oleh: Andry Nurta Suhadi, Pembimbing :

Dr.Syukri. Jurusan kimia UNIVERSITAS ANDALAS)

16.http://andrycalongurukimia.wordpress.com/2011/05/07/karbon-nanotube-cnt_pembuatan-

aplikasi-dan-perkembangannya/
http://www/http://0.0.0.1/http://0.0.0.1/http://www/

Makalah CNT

Documents

Transcript of Makalah CNT