TUGASTEKNOLOGI MEKANIKA DAN BAHANGraphene Material Kuat di Masa Depan

NAMA: Mochammad Arif HidayatullahNRP: 4313100137

TEKNIK KELAUTANFAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTANINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER2014

KATA PENGANTAR

AssalamualaikumWr.WbAlhamdulillah rabbil alamin. Segala puji hanya milik Allah SWT atas segala nikmat, rahmat, dan karunia-Nya yang tak terhingga. Tuhan pencipta alam semesta beserta isinya, pengatur pergantian siang dan malam, pemberi rezeki, Yang menghidupkan dan Yang mematikan sesuatu yang dikendaki dan Yang berhak disembah oleh jin dan manusia. Shalawat serta salam sejahtera semoga tercurahkan kepada bimbingan Rasulullah SAW dan sanak keluarga serta para sahabatnya. Saya tiada henti bersyukur dan memuji kepada Allah SWT atas curahan rahmat dan limpahannya dalam menyusun artikel Graphene Material Kuat di Masa Depan. Maksud penyusunan artikel ini hanyalah sebagai media pembelajaran agar dapat mengetahui tentang pemanfaatan graphene di masa depan.Harapan dari saya dalam penyusunan artikel ini adalah dapat menjadikan artikel ini dapat bermanfaat dalam berbagai hal terutama dalam pengembangan teknologi mekanika dan bahan.Dengan kerendahan dan segala kekurangan dari saya, demi kesempurnaan artikel ini bila pembaca menemukan kejanggalan atau kesalahan, mohon dimaafkan karena artikel ini saya buat masih proses belajar. Demikian yang saya sampaikan kurang lebihnya mohon maaf, akhirul kalam. Wasalamulaikum warahmatullahi wabarakatuh.

Surabaya, Juni 2014

Penulis

DAFTAR ISI

Cover...................................................................................................................................................... 1Kata Pengantar...................................................................................................................................... 2Daftar Isi........................................................................................................................................ 3Artikel........................................................................................................................................... 4Daftar Pustaka.............................................................................................................................. 8

Graphene Material Kuat di Masa DepanRevolusi industri terjadi periode antara tahun 1750-1850 dimana terjadi perubahan secara besar-besaran di bidang pertanian, manufaktur, pertambangan, transportasi, dan teknologi serta memiliki dampak yang mendalam terhadap kondisi sosial, ekonomi, dan budaya di dunia. Dan semakin berjalannya waktu manusia berusaha menemukan mesin yang lebih efisien dan semakin canggih. Berbagai produk yang berkualitas dihasilkan oleh mesin mesin yang diciptakan oleh manusia. Mulai dari alat transportasi, alat komunikasi, dan alat penunjang kehidupan lainnya. Produk produk tersebut jadi bukan hanya karena mesin yang dibuat oleh manusia tetapi material penyusun yang disediakan oleh alam atau rekayasa oleh manusia. Sehingga banyak dilakukan penelitian tentang material untuk menghasilkan produk yang lebih berkualitas.Penemuan- penemuan tentang material baru banyak ditemukan. Mulai material yang kuat seperti baja dan beton atau materi yang tahan panas seperti keramik. Walau banyak materi yang ditemukan tetapi memang manusia tidak akan pernah mengenal puas. Banyak yang beralasan karena walaupun materi tersebut dapat menahan panas atau sangat kuat tetapi sangat berat. Sehingga akhirnya manusia menemukan teknologi nano, dengan membuat penyusun materi mulai dari ukuran nano.Banyak peneliti yang meneliti material sampai ke ukuran nano. Sampai Prof. Andre geim dan Konstantin Novoselov dari University of Manchester pada tahun 2004 melakukan percobaan dengan menggunakan selotip (Scotch tape) untuk mengambil satu lapisan itu. Satu lapisan itu adalah dasar dari semua alotropi karbon. Satu lapisan yang terambil itulah bernama graphene. Tebal graphene sendiri hanyalah satu atom. Bisa dibanyangkan betapa tipisnya lapisan tersebut. Walau sangat tipis graphene memiliki kekuatan 100-300 kali dari baja dan itu sangat menakjubkan.Graphene yang sempurna secara eksklusif terdiri dari sel-sel yang berbentuk heksagonal; sel berbentuk segi lima dan segi tujuh merupakan sel yang cacat. Jika terdapat sel bersegi lima yang terisolasi , maka bidang akan mengkerut menjadi berbentuk kerucut; penyisipan 12 segi lima akan membentuk fulerena. Demikian pula, penyisipan sel segi tujuh yang terisolasi menyebabkan lembaran menjadi berbentuk pelana. Penambahan yang terkontrol dari segi lima dan segi tujuh memungkinkan terbentuknya berbagai bentuk komplek, misalnya carbon nanobud. Tabung nano karbon berdinding tunggal dapat dianggap sebagai silinder graphene; yang sebagian kecil memiliki tutup berbentuk setengah bola (yang melibatkan 6 segi lima) di setiap ujungnya. Dengan menggunakan mikroskop gaya atom, penelitian terkini tentang graphene telah dapat mengukur tetapan pegas lembaran-lembaran graphene yang disuspensi. Lembaran graphene yang diikat oleh gaya van der Waals disuspensi pada rongga-rongga silikon dioksida dimana digunakan AFM untuk menguji sifat mekanik dari graphene. Tetapan pegas yang terukur berkisar antara 1-5 N/m dengan Modulus Young sebesar 0,5 TPa, berbeda dari grafit yang meruah. Nilai-nilai yang tinggi ini, membuat graphene sangat kuat hingga 100-300 kali kekuatan baja.Graphene sangat berbeda dari kebanyakan bahan tiga dimensi konvensional. Secara intrinsik, graphene merupakan semilogam atau semikonduktor bersela energi nol. Hubungan E-k graphene adalah linear untuk energi rendah yang berada dekat dengan enam sudut zona Brilloiun heksagonal dua dimensi, mengakibatkan massa efektif elektron dan lubang heksagonalnya nol. Oleh karena hubungan "dispersi" relatif linear ini pada energi rendah, elektron dan lubang yang dekat enam titik ini memiliki sifat-sifat partikel relativistik yang dijelaskan oleh persamaan Dirac untuk partikel dengan spin 1 / 2. Oleh karena itu, elektron dan lubang heksagonalnya disebut fermion Dirac, dan enam sudut dari zona Brillouin disebut titik Dirac. Tiap atom karbon dalam graphene mempunyai satu orbital s dan tiga orbital p. Satu orbital s dan dua orbital p digunakan untuk membentuk ikatan kovalen yang kuat dan tidak berkontribusi dalam konduktivitas sedangkan satu elektron bebas yang berada pada subkulit p membentuk orbital phi yang tegak lurus dengan lembaran graphene yang akhirnya akan menentukan sifat-sifat elektrik dari graphene. Elektron-elektron ini seperti tidak memiliki massa, seperti partikel-partikel tanpa massa yang digambarkan dalam teori relativitas,e=mc2. Hasil percobaan dari pengukuran transpor elektron menunjukkan bahwa graphene memiliki mobilitas elektron yang tinggi pada suhu ruang dengan nilai lebih dari 15.000cm2 V-1s-1. Penjelasan sebelumnya sangat jelas bahwa a sangat baik dalam menghantarkan arus listrik, hampir sama dengan tembaga. Barang elektronik yang berbahan graphene membuat kerja transistor makin cepat. Transistor merupakan komponen kunci sirkuit elektronik. Ini akan menjadikan kinerja komputer menjadi lebih baik. Rangkaian elektronik yang terbuat dari graphene, bahkan dikabarkan dapat mencapai kecepatan satu terahertz (THz) atau 300-400 kali kecepatan prosesor Pentium saat ini. Sifat-sifat elektronik graphene yang unik menyebabkannya memiliki opasitas yang tinggi untuk sebuah bahan ekalapis atomik. Ia menyerap 2,3% cahaya putih, dengan adalah tetapan struktur halus. Dengan begitu jelas bahwa graphene memiliki sifat transparan. Dengan sifatnya yang transparan, graphene berpotensi menggantikan bahan film oksida logam berbasis indium yang selama ini dipakai untuk layar LCD televisi dan telepon seluler. Padahal, bahan indium semakin mahal karena jumlahnya terbatas. Ini bisa menjadi solusi baru teknologi layar sentuh atau panel surya. Meskipun graphene masih belum dapat digunakan secara maksimal karena belum ditemukan cara yang efektif untuk memproduksi graphene secara massal. Tetapi sudah dapat diaplikasikan keunggulan dari graphene yang baru ditemukan di tahun 2004. Transistor graphene sudah ditemukan sejak 2 tahun yang lalu, namun transistor tersebut masih mengalami kebocoran dan memengaruhi penampilan atau performa jika digunakan pada chip komputer, akan tetapi setelah dua tahun berikutnya kebocoran dari graphene dapat ditutupi dan telah diciptakan transistor graphene yang benar-benar stabil. Transistor graphene memiliki kelebihan dibandingkan dengan material lain seperti silikon,diantaranya tidak cepat membusuk dan tidak cepat teroksidasi.Peneliti UCLA telah berhasil mengembangkan baterai graphene yang tidak beracun, murah, dan mengisi ulang (charging) dalam waktu singkat. Baterai ini bisa mengisi ponsel hanya dalam waktu 5 detik. Fisikawan Zihan Xu, telah berhasil membuat baterai yang bisa mengisi sendiri secara alami (self-charge) dengan cara memanen energi panas dari suhu ruang. Dalam penelitiannya, Xu menggunakan graphene yang dicelupkan dalam larutan tembaga klorida yang kemudian dihubungkan dengan sirkuit LED. Dengan proses sederhana seperti itu LED tersebut dapat menyala. Sirkuit tersebut terdiri dari enam graphene yang disusun secara seri dan menghasilkan tegangan 2 Volt sehingga cukup melistriki LED. Yang terjadi pada baterai tersebut adalah ion tembaga yang memiliki muatan positif ganda, bergerak pada larutan dengan kecepatan sekitar 300 meter per detik dikarenakan energi panas larutan pada suhu ruang. Ketika sebuah ion menubruk graphene, tumbukan menghasilkan energi yang cukup untuk mengubah posisi elektron dari graphene. Elektron kemudian memiliki dua pilihan, ia dapat meninggalkan graphene dan menggabungkan dengan ion tembaga atau dapat berjalan disepanjang permukaan graphene sehingga mengalir ke rangkaian listrik. Xu juga menjelaskan bahwa peningkatan suhu larutan berkorelasi dengan peningkatan tegangan listrik yang dihasilkan. Xu bahkan mengklaim bisa menjalankan baterai graphene tersebut selama 20 hari terus menerus hanya menggunakan energi panas dari suhu ruang. Temuan ini memberikan cara baru untuk memahami perilaku dari graphene pada skala molekuler dan menjadi terobosan besar pada penelitian teknologi self-powered devices. Selain itu penemuan ini akan bermanfaat untuk berbagai aplikasi seperti organ buatan, energi terbarukan dan elektronik portabel.Dengan majunya teknologi akan dapat ditemukan materi materi baru selain graphene. Walaupun dibutuhkan penelitian yang dilakukan berulang ulang tapi hasilnya yang didapatkan sebanding dengan usaha para ilmuwan. Terbukti dengan keunggulan graphene yang menakjubkan. Dalam hal kekuatan menjadi materi paling kuat dengan kekuata 100 200 kali kekuatan baja dengan berat materi yang ringan. Dalam hal konduktor listrik graphene sangat baik dan mengungguli silikon. Dan sifat graphene yang transparan yang dapat dijadikan layar LCD yang kuat dan tahan lama. Juga graphene dapat dijadikan baterai dengan kemampuan luar biasa. Dan masih banyak hal yang belum dimanfaatkan dari keunggulan graphene yang lainnya. Diharapkan dalam perkembangan nanoteknologi graphene dapat mengambil pesan besar karena melihat keunggulan graphene. Dan semoga Indonesia sendiri dapat ikut berperan dalam perkembangan teknologi untuk kedepannya.

DAFTAR PUSTAKAhttp://id.wikipedia.org/wiki/Grafenahttp://www.himasaifi.com/2011/08/mengenal-graphene-dan-manfaatnya.htmlhttps://www.bersosial.com/threads/graphene-material-yang-20-kali-lebih-kuat-dari-berlian-200-kali-dari-baja.8600/http://www.amazine.co/30827/apa-itu-graphene-14-potensi-penggunaannya-di-masa-depan/http://majalahenergi.com/internasional/baterai-yang-bisa-mengisi-sendirihttp://planetwork-tkj.blogspot.com/2013/06/baterai-graphene.html

Page | 3