SIFAT LISTRIK PARTIKEL DALAM ORDE
NANOMETER
Electron confinement - semiconductors
nanoparticles are inbetween atom and bulk material
density of states
(ele
ctro
n) e
nerg
y
bulkatomsemiconductor
nanoparticle
semiconductor nanoparticles: • discrete energy levels
EF
• larger bandgap (EBG)
compared to bulk
EBGEBG
http://www.chem.uu.nl/edu/inleidingnanotechnologie/2_fysische%20en%20chemische%20eigenschappen.ppt
courtesy Petra de Jongh -Utrecht University
Nanorod, yaitu berupa kawat atau silinder yang memiliki diameter kurang dari 100 nm, berapapun panjangnya.
Nanoribbon, yaitu material berbentuk pita dengan ketebalan kurang dari 100 nm.
Nanosheet, yaitu material berbentuk lembaran dengan ketebalan kurang dari 100 nm.
Nanotube, yaitu material berbentuk silinder dengan ketebalan kulit silinder kurang dari 100 nm. Contoh yang terkenal adalah CNT.
Nanoporous, yaitu material yang mengandung sejumlah poros dan ukuran tiap poros kurang dari 100 nm. Contoh: zeolite.
NANOSTRUKTURMaterial yang tersusun dari material nanopartikel, dimana tiap partikel-partikel penyusunnya mempertahankan sifat individunya
Sifat unggul secara kimia Sifat unggul secara fisika Sifat material dapat diubah dengan melalui
pengontrolan ukuran material, pengaturan komposisi kimia, modifikasi permukaan, dan pengontrolan interaksi antara partikel.
Keunggulan material dalam
orde nanometer
Hal-hal yang mempengaruhi Sifat-sifat
material nanostruktur Sifat material nanostruktur sangat bergantung
pada: Ukuran dan distribusi ukuran partikel
penyusun material nanostruktur Komponen kimiawi unsur-unsur penyusun
material nanostruktur Keberadaan interface (grain boundary) Interaksi antara grain penyusun material
nanostruktur
Efek ukuran terhadap konstanta dielektrik
Makin kecil ukuran partikel maka makin kecil pl konstanta dielektrik material.
Pengecilan konstanta dielektrik akibat ukuran partikel yang makin kecil dapat dipahami yaitu: konstanta dielektrik muncul akibat adanya dipole listrik, yaitu muatan positif dan negatif yang terpisah pada jarak tertentu. Dalam material, kjarak pisah muatan listrik negatif (e) dan positif (teras atom) sangat kecil, yaitu lebih kecil dari jari2 atom.
Dapat disinter (dipadatkan) pada suhu yang lebih rendah (suhu sintering menurun jika ukuran partikel lebih kecil), sehingga kepadatan penuh dapat dicapai pada suhu yang rendah.dan laju sintering juga lebih cepat.
Efek ukuran terhadap laju sintering
Efek ukuran pada titik lebur
Titik lebur logam juga bergantunng pada ukuran partikel, semakin kecil ukuran partikel maka semakin rendah titik leburnya.Contoh: dalam ukuran bulk: emas melebur pada suhu 1064 0C, titik lebur emas akan turun secara drastis menjadi sekitar 200 0C ketika ukurannya direduksi menjadi sekitar 2 nm.
Efek ukuran terhadap kekuatan mekanikMemiliki kekuatan mekanik yang lebih besar (karena luas total permukaan partikel-partikel berukuran nanometer lebih besar)
Efek Ukuran Terhadap Energi Gap Rekayasa celah pita energi (band gap engineering)
1. Rekayasa pita energi material untuk menghasilkan sifat optik, elektronik, maupun optoelektronik sesuai dengan yang diinginkan.
2. Lebar celah pita energi bergantung sangat sensitif terhadap dimensi partikel.
3. Lebar celah pita energi berpengaruh pada spektrum absorpsi atau emisi material tersebut, maka spektrum absorpsi maupun emisi material dapat dikontrol melalui p[engontrolan dimensi partikel.
Kebergantungan Ukuran terhadap sifat Optik
http://www.ansci.wisc.edu/facstaff/Faculty/pages/albrecht/albrecht_web/Programs/microscopy/colloid.html
If you cut a block of gold into smaller & smaller pieces, it would still look like gold
http://en.wikipedia.org/wiki/Gold
Not true of gold at the nanoscale, where properties change!
http://www.outreach.psu.edu/programs/highschoolreform/files/Krajcik.ppt
Courtesy of Professor Krajcik
Contoh 1: Gold Bulk gold terlihat berwarna kuning Nanosized gold terlihat berwarna merah
Ukuran partikel sangat kecil, dimana elektron nya tidak dapat bergerak dengan bebas seperti halnya Bulk. (dimana energi gap akan semakin tinggi dengan penurunan ukuran partikel)
Karena gerakan elektron terbatas maka partikel tersebut akan menghasilkan warna-waerna yang berbeda sesuai dengan energi gapnya.
12 nanometer gold particles look red“Bulk” gold looks yellow
http://nanosense.org/activities/sizematters/index.htmlhttp://nanosense.org/activities/sizematters/index.html
http://www.foresight.org/Conferences/MNT7/Abstracts/Levi/http://www.sharps-jewellers.co.uk/rings/images/bien-hccncsq5.jpg
Contoh 2: Zinc Oxide (ZnO)
“Traditional” ZnO sunscreen is white
Zinc oxide nanoparticles
Nanoscale ZnO sunscreen is clear
Large ZnO particles Menghambat UV Menghamburkan cahaya
tampak Terlihat berwarna putih
Nanosized ZnO particles Menghambat UV Ukuran partikel sangat kecil
yaitu kurang dari 1 panjang gelombang cahaya tampak sehingga tidak di hamburkan
Terlihat transparan
Selain Zinc oxide? Titanium oxide
http://nanosense.org/activities/sizematters/index.htmlhttp://nanosense.org/activities/sizematters/index.html
www.fda.gov/nanotechnology/meetings/roberts_files/Roberts%20FDA%20Oct%202006%20msr5.ppt
http://www.abc.net.au/science/news/stories/s1165709.htm
Sifat Optik - TiO2 and ZnO
Scattering of visible light (whitening effect) is influenced by particle size and the difference between the refractive index of the pigment and the surrounding media.
Maximum scattering occurs when size equals 1/2 the wavelength and particles are uniformly dispersed (Mie theory).
Wavelength
Particle size
www.fda.gov/ohrms/dockets/dockets/06n0107/06n-0107-ts00016-Delrieu.ppt
www.koboproducts.com
Particle Size and Light Scattering
UV
Visible
Size reduction
Whitening Transparent
How?Surface coating
www.fda.gov/ohrms/dockets/dockets/06n0107/06n-0107-ts00016-Delrieu.ppt
www.koboproducts.com
TiO2 Dispersions
195 60 35 15 10
nm195 60 35 15 10
nm
195 60 35 15 10nm
195 60 35 15 10nm
10nm TiO2 (110 nm dispersion particle size) makes transparent dispersions for all skin types.
www.fda.gov/ohrms/dockets/dockets/06n0107/06n-0107-ts00016-Delrieu.ppt
www.koboproducts.com
Band Gap Engineering
Light absorption can probe the bandgap:
Electron confinement - semiconductors
-> the colour changes if the particle size is changed
Experimental resultsfor CdSe:• wider bandgap• discrete levels
Bawendi group
h+ e- e- e-
e-
h+
e-
http://www.chem.uu.nl/edu/inleidingnanotechnologie/2_fysische%20en%20chemische%20eigenschappen.ppt
http://nanocluster.mit.edu/research.php
E
EVB
CBE h=Eg
h e (CB)h(VB)
E=h
optical detector
semiconductor
Creation of an electron hole pair where h is the photon energy
exciton: bound electron and hole pairusually associated with an electron trapped in a localized state in the band gap
Band Gap (energy barrier)
Excitation in a Semiconductor
E
EVB
CBEE=h
radiative recombination
non-radiative recombination
radiative recombination photonnon-radiative recombination phonon (lattice vibrations)
e (CB)h(VB) h
E
EVB
CBE
band-to-band recombination
recombination atinterband trap states (e.g. dopants, impurities)
Recombination of Electron Hole Pairs
Kebergantungan warna yang dihasilkan pada proses deeksitasi pada nanopartikel.
APLIKASI QUANTUM DOT PADA
LED-DISPLAY SCREEN
YTTRIA DOPED EUROPIUM
TANPA UV DENGAN UV
YTTRIA DOPED EUROPIUM
TANPA UV
DENGAN UV
Top Related