Karakteristik Nanomaterial 1

Nanomaterial sebenarnya bukan ilmu yang baru. Ditemukan peninggalan sejarah berupa keramik yang diberikan dekorasi berupa glasir yang mengandung dispersi logam seperti tembaga dan perak dengan ukuran partikel mencapai nanometer untuk memberikan efek optik tertentu. Gambar dibawah merupakan contoh keramik tersebut dan hasil SEM dari bahan glasirnya.

keramiknano

semkeramiknano
sumber: http://www.unizar.es

Kemudian pembuatan nanomaterial juga sudah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang sejak lama seperti dalam katalisis, karbon hitam, sol, uap silika, dan industri pigmen dalam hal pembuatan serbuk nano oksida, dispersi skala nano, dan cara pebuatan nanopartikel. Dibawah ini akan dibahas beberapa efek penting yang dimiliki benda jika ukurannya diperkecil menuju skala nano.

1.Efek permukaan
Kemudian karakteristik kunci dari nanomaterial yang pertama adalah jumlah atom permukaan yang signifikan. Semakin kecil ukuran benda maka permukaan atom penyusun benda tersebut yang terekspos dipermukaan benda akan memiliki fraksi yang semakin besar. Misalkan benda berbentuk kubus dengan panjang sisi L terdiri dari kubus – kubus kecil dengan panjang sisi d sebesar 1/3 nm. Semakin kecil kubus maka semakin besar fraksi atom penyusun yang terekspos seperti dalam hasil hitungan tabel dibawah ini.

hitungan luas

Misalkan kita akan memotong sebuah kubus menjadi dua. Kita asumsikan Nb adalah jumlah ikatan kimia yang terlepas, dan e adalah kekuatan ikatan kimia, sedangkan p adalah jumlah atom per luas permukaan baru maka energi permukaan dapat dinyatakan sebagai berikut:
rumus1

Jika benda tersusun dari kristal dengan struktur FCC maka bisa kita hitung energi permukaan pada masaing – masing bidang permukaannya. Gambar dibawah dapat digunakan sebagai ilustrasi hitungan tersebut.
fccenergi1
fccenergi2

Dari gambar diatas, maka dapat disimpulkan jika bidang {111} dari FCC merupakan permukaan yang paling stabil karena mengandung energi permukaan yang paling kecil. Hal ini menyebabkan permukaan dari bahan kristalin nanopartikel cenderung tersusun dari bidang {111} seperti pada gambar berikut berupa gambar TEM dari nanopartikel emas yang membentuk faset dengan bidang [111].
faset

Secara umum dapat disimpulkan sifat dari nanomaterial yang berkaitan dengan atom permukaan adalah sebagai berikut:
1. Nanomaterial memiliki luas permukaan yang besar serta jumlah atom dipermukaan yang besar.
2. Memiliki energi permukaan dan tegangan permukaan yang tinggi.
3. Permukaan dari partikel kristalin dengan ukuran nano cenderung membentuk faset
4. Bidang faset cenderung tersusun dari bidang yang paling rapat.
5. Permukaan bersifat sangat reaktif dan mudah teroksidasi.
6. Perhatian perlu diberikan ketika menyimpan logam partikel nano karena bisa terjadi ledakan.

2. Efek Ukuran

Dalam skala nanometer, sifat baru dan fenomena unik dari bahan akan muncul. Hal ini diakibatkan karena ukuran dari nanomaterial menjadi komparabel dengan banyak parameter fisis seperti ukuran gelombang kuantum, mean free path, ukuran koherensi, dan domain dimensi yang kesemuanya menentukan sifat – sifat dari material. Dalam ilustrasi dibawah ini digambarkan perubahan suhu leleh dari logam emas yang merupakan fungsi dari ukuran partikelnya.

goldmelt

3. Efek Kuantum

Efek kuantum dapat dijelaskan dengan Teori Kubo, yang dideskripsikan dengan persamaan berikut.
kubo
Ketika perbedaan energi (delta E) lebih besar dari nilai k.T (maksimal internal energi dari sistem), maka akan banyak sifat yang ada pada bulk material yang hilang dan digantikan dengan sifat yang unik.
energielektron

Pita energi yang kontinyu tergantikan oleh energi level yang terpisah jika ukuran partikel mendekati radius Bohr dari elektron dalam padatan hal ini dikenal dengan efek kuantum. Untuk nanomaterial, energi bandgap sangat sensitif terhadap morfologinya (ukuran, bentuk, defek) dan dari distribusi komposisinya. Dibawah ini diilustrasikan perubahan sifat optikal dari emas disebabkan perubahan ukuran.

goldoptic

1 Komentar Add your own

  • 1. Arifin Budi Putro  |  September 17, 2014 pukul 11:59 am

    Terima kasih materinya sangat membantu perkuliahan saya (y)

    Balas

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Trackback this post  |  Subscribe to the comments via RSS Feed


%d blogger menyukai ini: