Carbon Nanotube (CNT)

Makalah

Disusun Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah Material Teknik

Romdhoni Nur Huda

I0314086

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Pada saat ini telah kita ketahui bersama bahwa penelitian terhadap material

material baru sedang sangat dikembangkan, terutama penelitian terhadap

penemuan penemuan material cerdas / smart materials. Karena dalam beberapa

bidang dan pandangan untuk menyelesaikan dan menemukan jalan terhadap

sebagian kasus dapat dan hanya dapat diselesaikan dan dipecahkan dengan

menggunakan material cerdas. Ditambah lagi dengan terbatasnya sumber daya

(resources) saat ini, diharapkan dengan ditemukannya material cerdas dapat

meningkatkan keberlanjutan dari suatu perangkat melalui perbaikan efisiensi,

kinerja, dan juga performa perangkat tersebut.

Banyak material cerdas yang telah ditemukan di berbagai penelitian oleh

berbagai peneliti. Sebagai contoh adalah maaterial piezoelektrik, shape memory

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

rheological material, photodinamyc material, dan carbon nanotube (CNT).

Kesadaran terhadap penelitian teknologi nano di dunia akademik dan

industri diprakarsai oleh pandangan pandangan inspiratif dan visioner oleh

ilmuwan ilmuwan fisika dan juga penemuan penemuan alat alat karakterisasi,

dan bahan berskala nano. Pada tahun 1981, dua peneliti IBM, Gerg K Binning dan

Heinrich Rohrer menemukan Scanning Tunneling Microscop (STM) yang

memungkinkan untuk melakukan pengamatan terhadap suatu permukaan dengan

format atom demi atom. Dan pada akhirnya pememuan bahan C60

buckminsterfullerene oleh H.W. Kroto semakin meningkatkan kesadaran para

ilmuwan untuk lebih serius menemukan dan mengembangkan teknologi nano.

I.2 Rumusan Masalah

Pada tahun 1991 seorang peneliti asal Jepang, Sumio Ijima melakukan

penelitian terhadap suati material cerdas yaitu Fullerene. Fullerene sendiri

merupakan material yang berbentuk menyerupai bola sepak, yang susunannya

terdiri dari karbon, sehingga pada saat itu banyak peneliti diseluruh dunia yang

tertarik dan saling bersaing untuk mengeluarkan hasi lriset mereka dari

pengembangan Fullerene. Sedangkan Ijima sendiri memfokuskan penelitiannya

terhadap bagaimana porses pertumbuhan Fullerene melalui penggunaan alat

mikroskop elektron, dan dalam perkembangannya didapatkanlah Fullerene dalam

bentuk pipa dengan sifat kimiawi yang stabil yang selanjutnya material tersebut

diberi nama Carbon Nanotube (CNT). Dari uraian tersebut maka dapat diambil

rumusan masalah, yaitu :

1. Apa itu Carbon Nanotube (CNT)?

2. Apa saja karakteristik dari Carbon Nanotube (CNT)?

3. Apa saja aplikasi dari material Carbon Nanotube (CNT)?

I.3 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan makalah tentang Carbon Nanotube (CNT) ini adalah

:

1. Mengetahui material Carbon Nanotube (CNT).

2. Mengetahui karakteristik dari Carbon Nanotube (CNT).

3. Mengetahui perangkat perangkat yang dapat dibuat dengan

menggunakan material Carbon Nanotube (CNT).

BAB II

ISI

II.1 Carbon Nanotube (CNT)

Carbon Nanotube (CNT) yang ditemukan oleh Sumio Ijima ini pertama

kalinya adalah CNT dengan dinding berlapis lapis, atau dikenal dengan Multi

Walled Carbon Nanotube (MWCNT) pada tahun 1991. Para peneliti percaya bahwa

CNT dengan dinding satu lapis mempunyai keunikan lebih daripada CNT dengan

dinding berlapis lapis, maka dari itu para penelitipun melakukan penelitian untuk

menemukan CNT dengan satu lapis dinding. Baru pada tahun 1993 atau dua tahun

setelah penemuan MWCNT, Sumio Ijima dan para grup peneliti di IBM

(International Business Machines) ditemukanlah SWCNT (Single Walled Carbon

Nanotube). Dengan ditemukannya cara untuk membuat SWCNT, maka grup

penelitian Universitas Rice di Amerika, berhasil mengembangkan metode pebuatan

SWCNT dalam kuantitas yang cukup besar dan dapat dibuat dengan ukuran /

diameter yang hampir sama. Selain itu, peneliti dari universitas Cambridge juga

berhasil menemukan metode untuk memposisikan CNT di suatu sampel, yang

antara CNT satu dengan CNT lainnya mempunyai jarak yang teratur

Carbon Nanotube (CNT) merupakan material yang teridiri dari sususan

atom karbon yang berhibridisasi sp2 dan berikatan satu sama lain secara heksagonal

yang membentuk struktur sarang madu (honeycomb) seperti induknya yaitu

graphene dan grafit. Tidak seperti grafit yang merupakan tumpukan dari graphene,

Carbon Nanotube (CNT) merupakan graphene yang tergulung membentuk silinder

berukuran nanometer. Pola gulungan dari graphene disebut dengan kiralitas

(chirality). Diameter dari Carbon Nanotube (CNT) sendiri berukuran antara 0.4

2.5 nanometer dengan panjang yang dapat mencapai lebih dari 10 milimeter.

Carbon Nanotube (CNT) ini ditemukan pertama kali oleh peneliti Jepang, Sumio

Ijima.

Sifat dari CNT sendiri dapat menjadi beragam, hal ini dikarenakan dari

proses kiralitasnya (penggulungannya). Dengan kata lain lembaran graphene yang

digulung dengan arah dan diameter yang berbeda akan menghasilkan sifat CNT

yang berbeda pula. Maka dari itu keunikan dari masing masing CNT terletak pada

strukturnya, dengan kata lain dalm sebuah CNT dapat bersifat logam atau

semikonduktor, tergantung pada proses kiralitas dan ukuran diameternya, sama

halnya dengan proses dalam menggulung selembar kertas, arah yang berbeda dalam

menggulung lembaran graphene akan menentukan struktur ikatan heksaginal dari

CNT.

Secara matematis, penentuan geometri CNTs atau kiralitas didefinisikan

dalam istilah vektor kiral. Vektor ini menentukan arah dari gulungan lembaran

graphene, yang diindikasikan dengan nilai indeks (n,m). Ada tiga bentuk struktur

geometri dari CNTs, yang menunjukkan perbedaan kiralitas, yaitu armchair (n,n),

zigzag (n,0), dan selainnya adalah chiral. Berdasarkan teori dan juga pengukuran

sifat optis masing-masing CNT, struktur armchair bersifat logam (metallic),

sedangkan zigzag dan chiral bisa bersifat logam atau semikonduktor tergantung

pada nilai indeksnya.

II.2 Karakteristik Carbon Nanotube (CNT)

Berdasarkan penelitian penelitian yang telah dilakukan, CNT merupakan

bahan seperti fiber namun memiliki kemampuan yang jauh lebih unggul karena

memiliki sifat-sifat yang sangat menakjubkan, yaitu :

Konduktivitas listrik lebih tinggi daripada tembaga

Konduktivitas panas lebih tinggi daripda berlian

Daya tahan terhadap temperatur tinggi

Lebih ringan daripada aluminium

Sifat elektronik dapat diatur (superkonduktor, semikonduktor, dan

insulator)

Modulus young dan kekuiatan regang yang tinggi

Keras, kuat tetapi mudah dibengkokkan

Mempunyai fleksibilitas yang tinggi

II.3 Aplikasi penggunaan material Carbon Nanotubes (CNT)

Dengan ditemukannya Carbon Nanotube (CNT) yang mempunyai

karakteristik karakteristik yang unik, yang diantaranya adalah konduktivitas

listriknya lebh tinggi daripada tembaga, konduktivitas panasnya lebih tinggi

daripada berlian, tahan terhadap temperatur tinggi, fleksibel, kuat tapi mudah untuk

dibengkokkan, dan juga ringan. Sehingga dengan karakteristik yang unik seperti

diatas, Carbon Nanotube (CNT) dapat dimanfaatkan untuk membuat berbagai

perangkat, yaitu :

1. Baterai Kertas

Dengan ditemukannya Carbon Nanotube (CNT) para ilmuwan di

Universitas Stanford telah menemukan cara menggunakan CNT sebagai

material untuk membuat baterai kertas. Kelebihan dari perangkat ini selain

sangat ringan, perangkat ini sangat fleksibel (dapat ditekuk) dan juga dapat

mempunyai kapasitas yang besar. Dengan menggunakan kertas dan

melapisinya dengan tinta Carbon Nanotube dan Silver Nanowire tercipta

suatu alat yang berkonduksi tinggi mengutip perkataan salah satu asisten

profesor material Sciences and Engineering dari Universitas Stanford, Yi

Cui.

Dengan diameter CNT yang sangat kecil, hal ini dapat membantu

tinta nanomaterial melekat kuat pada serat kertas, sehingga dapat membuat

baterai tahan lama, dan menjadikan superkapasitor. Sehingga kedepannya

diharapkan baterai kertas ini dapat diproduksi secara massal dan dapat

segera digunakan oleh masyarakat luas.

2. Sel bahan bakar murah

Menurut peneliti di Ohio, tabung karbon berukuran nano (Carbon

Nanotubes) yang didopping dengan Nitrogen memiliki potensi yang dapat

menggantikan katalis platina yang mahal yang biasanya digunakan untuk

mereduksi Oksigen didalam sel bahan bakar. Meskipun penemuan ini

merupakan teknologi yang menjanjikan yaitu dapat menurunkan harga sel

bahan bakar, tetapi penemuan ini masih menemui kendala yaitu pada

pengaplikasiannya pada skala yang besar seperti pada kendaraan bermotor,

karena harga katalis yang cukup mahal. Sebuah penelitian yang dipimpin

oleh Liming Dai dari University of Dayton menemukan bahwa sekumpulan

CNT yang tersusun vertikal, yang sebagian atom karbonnnya digantikan

dengan nitrogen dapat mereduksi Oksigen didalam larutan alkali lebih baik

debandingkan dengan katalis Platina yang telah lama dipakai sejak dahulu,

selain itu CNT tidak terpengaruh oleh racun katalis yang berupa Karbon

Monoksida yang telah terbukti mendeaktivasi katalis Platina.

Nanotube yang didoping terbuat dari karbon berwarna kuning yang didoping dengan

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

Dai menambahkan bahwa penyebab utama dari aktivitas yang tinggi

oleh CNT yang didopping Nitrogen karena kemampuannya

menerimaelektron dari aton Nitrogen yang menghasilkan muatan positif

pada atom karbon disebelahnya, dan muatan ini menarik elektron dari anoda

dan mendorong reaksi reduksi Oksigen. Sehingga dapat ditarik pernytaan

bahwa pengungkapan peran baru CNT berdopping Nitrogen pada penelitian

yang dipimpin oleh Liming Dai ini sangat penting dan dapat diaplikasikan

untuk mengembangkan berbagai katalis pereduksi Oksigen berbahan non

logam yang efisien diluar aplikasinya dalam fuel cells.

3. Lift Luar Angkasa (Space Elevator)

Seperti yang telah dilansir oleh Geek, bahwa meluncurkan objek ke

luar angkasa, bahkan objek yang kecil sekalipun membutuhkan biaya yang

sangat mahal. Karena bahan bakar roket diperlukan roket untuk mencapai

orbit memerlukan biaya yang sangat mahal. Dari masalah tersebut maka

muncullah sebuah ide untuk membuat lift luar angkasa yang diperkirakan

dana yang dibutuhkan akan lebih dapat ditekan.

Dengan digaasnya lift luar angkasa ini, muncullah permasalahan

permasalahan yang harus diselesaikan oleh para peneliti, yaitu harus

membuat lift yang kuat, terjaga dari gerakan sekecil apapun. Selain itu lift

ini nantinya harus memiliki kekuatan dan fleksibilitas. Tidak hanya itu, lift

harus dibuat dari material yang paling kuat dan sumber energi harus

tersedia.

Dengan ditemukannya Carbon Nanotube ide untuk membuat lift

luar angkasa ini pun tidak hanya menjadi wacana. Menurut berita, NASA

telah melakukan percobaan untuk membuat proyek ini tapi masih gagal, dan

saat ini mereka sedang berusaha membuatnya untuk yang ketiga kalinya

melalui proyek yang bernama Space Elevator Challenge. Selain NASA,

Jepang pun telah berencana untuk melakukan riset yang sama dengan

meluncurkan dana sebesar USD 7,3 Milyar.

Seperti yang telah kita ketahui dari penulisan diatas, bahwa CNT ini

mempunyai sifat sebagai konduktor, sehingga nantinya CNT ini tidak hanya

akan menjadi pegangan mengangkat lift, tetapi juga dapat dimanfaatkan

sebagai kabel power/listrik. Dengan kata lain, kebutuhan listrik dalam lift

nantinya dapat terpenuhi.

BAB III

PENUTUPAN

3.1 Kesimpulan

Dari penulisan diatas dapat kita simpulkan bahwa Carbon Nanotube (CNT)

merupakan graphene yang digulung. Penggulungan yang berbeda akan

menghasilkan sifat yang berbeda beda pula. Sifat sifat dari CNT adalah :

Konduktivitas listrik lebih tinggi daripada tembaga,

Konduktivitas panas lebih tinggi daripda berlian,

Daya tahan terhadap temperatur tinggi,

Lebih ringan daripada aluminium,

Sifat elektronik dapat diatur (superkonduktor, semikonduktor, dan

insulator),

Modulus young dan kekuiatan regang yang tinggi,

Keras, kuat tetapi mudah dibengkokkan,

Mempunyai fleksibilitas yang tinggi.

Dari sifat sifat yang ditemukan, maka Carbon Nanotube (CNT) dapat

diaplikasikan sebagai sumber energi (baterai) kertas yang ringan dapat mempunyai

kapasitas yang besar, sel bahan bakar yang murah, dan kedepannya dapat

diaplikasikan untuk membuat lift luar angkasa (space elevator).

3.2 Saran

Dengan penulisan ini saya berharap penemuan terhadap peangkat

perangkat lain dapat ditemukan dengan menggunakan bahan Carbin Nanotube

(CNT) ini, sehingga dapat memudahkan masyarakat untuk kepentingan bersama

yang bersifat positif.

DAFTAR PUSTAKA

1. Stanford News, Nanotubes Ink Paper

http://news.stanford.edu/news/2009/december7/nanotubes-ink-paper-

120709.html

2. Cabon Nanotubes dan Teknologi Nano

https://leauxities.wordpress.com/2009/05/14/carbon-nanotube-dan-teknologi-

nano/

3. Bikin Lift ke Luar Angkasa

https://www.facebook.com/FisikaBerkesan/posts/513263932100553

4. Lift Luar Angkasa, Terwujud Segera

http://madriyanto.blogspot.com/2008/09/lift-luar-angkasa-terwujud-

segera.html

5. Karbon nanotube dengan doping nitrogen untuk sel bahan bakar yang murah

http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_material/karbon-nanotube-

dengan-doping-nitrogen-untuk-sel-bahan-bakar-yang-murah/

6. Lift Luar Angkasa

http://forum.indogamers.com/showthread.php?t=154342&s=b6e7a7229c5ae4c

bb625ad0becdf3fae