NANOTEKNOLOGI DAN ENERGI
(Laporan Tutorial Sains Dasar)Tanggal Tutorial : 20 November 2014
Tutor : Faradilla Syani
Oleh
Dhia Hawari
141701025
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan zaman yang sangat pesat menghasilkan teknologi yang semakin tinggi pula dan para ahli fisika, biologi, kimia dan lainnya berlomba-lomba untuk menciptakan teknologi yang semakin tinggi, tepat guna dan bebas polusi. Dengan ditemukannya teknologi nano tanpa disadari kita sudah berada didepan revolusi iptek yang akan membawah dampak yang sangat berpengaruh dalam segala aspek kehidupan manusia.
Nanoscience adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari segala sesuatu yang berkaitan dengan materi yang berukuran 0,1 nm sampai 100 nm. Sedangkan nano teknologi merupakan teknologi yang berusaha mengembangkan dan memanfaatkan semua yang sudah dipelajari dalam nano science. Nano teknologi dapat mengubah suatu bahan atau material yang tidak berguna dengan menyusun kembali susunan unsusr-unsurnya.
II. HASIL DISKUSI
2.1 Pengertian
Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa material, struktur fungsional maupun piranti dalam skala nanometer (10-9). Hasil akhir riset bidang nanomaterial adalah mengubah teknologi yang ada sekarang yang pada umumnya berbasis material skala mikrometer menjadi teknologi berbasis pada materia skala nanometer.
Orang berkeyakinan bahwa material berukuran nanometer memiliki sifat fisika dan kimia yang lebih unggul dari material ukuran besar (bulk). Sifat tersebut dapat diubah melalui pengontrolan ukuran material, pengaturan komposisi kimiawi, modifikasi permukaan, dan pengontrolan interaksi antar partikel. Di alam sebenarnya sudah ada sejumlah wujud yang berdimensi nanometer. Kita mengenal double helix DNA yang memiliki diameter sekitar 2 nm dan ribosom yang memiliki diameter sekitar 25nm. Atom-atom memiliki diameter sekitar 0,1 sampai 0,4 nm sehingga material yang berukuran nanometer hanya mengandung puluhan hingga ribuan atom. Sebagai perbandingan, rambut manusia memiliki diameter 50.000 hingga 100.000 nm, sehingga 1 nm kira-kira sama dengan sehelai rambut yang diameternya dibelah menjadi 100 ribu bagian.
2.2 Bidang Ilmu yang Berkaitan dengan Nanoteknologi
a. Atom dan Ion
Jika sebuah benda dibagi-bagi menjadi bagian kecil secara terus-menerus maka pada suatu saat akan sampai pada bagian terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi yang disebut atom. Atom adalah bagian terkecil dari suatu benda, hal ini yang diungkapkan oleh Demokritus (460-370 SM) . Kemudian dilanjutkan oleh teori Dalton yang menunjukkan bahwa atom sesungguhnya memiliki struktur internal , yaitu atom tersusun atas partikel-partikel yang lebih kecil lagi, yang disebut partikel subatom yang mengarahkan kepada electron, proton, dan neutron (Chang, 2003)
Dalam nano teknologi pijakan utamanya adalah atom yang didalamnya terdapat elektron yang bergerak mengelilingi inti atom yang terdiri dari proton dan netron yang jumlahnya tergantung dari nomor atom (sama dengan jumlah elektron dan proton) serta nomor massa (jumlah proton + netron). Beberapa atom membentuk unsur sebuah bahan. Unsur-unsur yang dikenal sebanyak 103 dan telah disusun dalam tabel periodik. Unsur teringan adalah hidrogen, lalu helium dan lainnya. Elektron bermuatan listrik negatif dan proton bermuatan listrik positif,
itulah sebabnya elektron selalu berada mengelilingi inti atom, karena adanya gaya tarik inti. Jika elektron atau proton berdiri sendiri maka interaksi itu dilukiskan dengan hukum coulomb dimana gaya tarik-menarik muatan tak sejenis atau tolak-menolak muatan sejenis berbanding lurus dengan besarnya muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya. Artinya gaya tarik makin kuat jika jarak muatan makin dekat dan semakin lemah jika jarak muatan jauh. Atom akan bersifat netral secara keseluruhan dan semakin lemah jika jarak muatan jauh.
b. Molekul dan Bahan
Molekul adalah suatu agregat (kumpulan) yang terdiri dari sedikitnya dua atom dalam susunan tertentu yang terikat bersama oleh gaya-gaya kimia (disebut juga ikatan kimia). Ada ikatan molekul ionik jika ikatan terbentuk antara atom-atom yang kepentingannya berlawanan dalam hal kepemilikkan elektron. Atom yang suka melepas elektron akan gampang berikatan dengan atom yang suka menangkap elektron dan membentuk molekul ionik. Contohnya adalah, NaCl dengan reaksi kimia Na + + Cl - → NaCl. Ada juga molekul dengan ikatan kovalen yang terjadi karen akepemilikan bersama elektron. Artinya atom-atom tersebut tidak terlalu suka menerima atau melepas elektron, namun jika diberi atau elektron ada disekitarnya, elektron tersebut dipakai bersama-sama (Chang, 2003).
Para ahli kimia mempelajari bagaimana membuat molekul-molekul baru, dengan hanya memutuskan ikatan antara molekul yang satu dengan yang lain dan membentuk ikatan baru untuk membentuk molekul baru. Proses inilah yang disebut reaksi kimia. Karena elektron bertanggung jawab pada terbentuknya ikatan, dan reaksi kimia hanya merupakan proses pemutusan dan penyambungan ikatan, maka elektronlah yang menentukan sifat kimia suatu atom atau molekul. Keberadaan elektron (energi ikatnya) dipakai untuk menentukan jenis ikatan dalam molekul dan sekaligus mengenal jenis senyawa kimia tertentu. Mengapa? Karena keberadaan (energi ikat) elektron sebuah atom tergantung pada dengan atom apa dia berikatan.
pengulangan rantai-rantai karbon yang lebih sederhana dan disebut monomer . Contohnya, polystiren untuk gelas minuman dan lain-lain. Bila polimer tersusun atas monomer yang sama disebut homopolimer dan jika dari monomer yang berbeda disebut kopolimer.
Nanoteknologi berkecimpung mulai dari penggabungan atom atau ion menjadi molekul untuk membentuk struktur dalam orde nanometer yang berguna untuk menghasilkan barang-barang dalam kehidupan sehari-hari. Tentu saja nanoteknologi melakukan juga proses-proses seperti reaksi kimia untuk membentuk zat cair atau padat seperti keramik, polimer, dan logam yang diatur (dimanipulasi) sedemikian rupa sehingga menghasilkan sifat-sifat kimia atau fisika yang baru. Bahkan lebih jauh lagi nanoteknologi mengkombinasikan semua zat padat seperi keramik, logam dan polimer untuk membentuk material baru yang tidak ada di alam. Material baru ini menjadi material campuran dua atau tiga bahan dan dinamakan komposit. Bila struktur dari bahan-bahan campuran tadi dalam orde nanometer terbentuklah nano komposit (Anonim, 2014).
c. Nanoteknologi Mengambil Contoh dari Alam
Alam merupakan ahli teknologi yang sesungguhnya. Ahli biologi sebenarnya telah meneliti proses biologis yang terjadi pada alam namun sulit untuk menemukan rahasia kesempurnaan proses itu karena berukuran sengat kecil dan susah diamati. Namun dengan dikembangkannya nano teknologi para ahli biologi bisa menguak rahasia alam itu dengan mudah. Dibawah ini akan dibahas contoh proses biologis secara sempurna yang dilakukan oleh alam.
1. Bakteri
Bakteri merupakan organisme kecil dengan ukuran 1000 nm yang menyimpan kehebatan yang tidak bisa ditandingi oleh para ahli kimia. Hal ini dapat dilihat dalam dunia tumbuhan. Yang dibutuhkan oleh tumbuhan agar dapat tumbuh besar adalah nitrogen. Jumlah gas nitrogen yang terdapat di sekitar kita tersedia sangat melimpah bahkan jumlahnya hampir empat kali lebih banyak dari oksigen tetapi karena atom nitrogen di udara telah memiliki pangan, maka sangat sukar diikat oleh tumbuh-tumbuhan.
nitrogen dan dua atom hidrogen. nitrogen dalam amoniak sangat mudah untuk dipiasahkan sehingga tumbuhan bisa memanfaatkannya. Proses pembuatannya amoniak sangat sukar yaitu memaksa gas nitrogen agar terlepas dangan pasangannya dengan cara menggabungkannya dengan gas nitrogen dan metode ini disebut metode Haber-Bosh yaitu dengan mengunakan tekanan 200 kali dari tekanan udara normal dan memberikan panas sekitar 500 0C. Hasil yang diperoleh dalam metode ini hanya 18% dari atom nitrogen yang bisa membentuk amoniak, sangat kurang jika dibandingkan dengan usaha yang dilakukan.
Bakteri cyanobacteria dan rhizombium melakukan metode yang lebih hebat dari metode Haber-Bosh, yaitu dengan melakukan manipulasi atom-atom untuk mengikat nidrogen diudara yang sangat sukar sekali untuk terlepas dengan atom nitrogen lainnya dan hal ini berlangsung pada suasana yang biasa. Hal ini merupakan rahasia dari bakteri yang sampai sat ini belum bisa diungkap.
2. Penyimpanan Data Nano
3. Mesin yang Mandiri
Hal yang dapat dipelajari dari alam adalah kemampuan dari sel biologi untuk mandiri. Inilah kelebihan dari sel-sel bilogi yang belum bisa ditiru oleh teknologi modern. Contohnya adalah sel darah merah yang bisa mengatur sendiri yaitu mengangkat oksigen dalam darah untuk metaboisme tanpa harus disuruh dan diprogram seperti mesin buatan manusia. Jika ada kerusakan mereka mampu memperbaiki diri sendiri, sel biologi juga mandiri dalam memperbanyak diri. Sifat ini disebut self reproduction dan self assembly , artinya bisa mereproduksi sel-sel sejenis.
Menurut ahli nanoteknologi jika bisa menguasai rekayasa tingkat atom/ molekul, maka kita dapat memprodusi mesin-mesin nano yang bisa berlaku seperti mesin hidup, yaitu bisa mengatur dirinya dalam melaksanakan tugas dan dapat pula memproduksi sendiri mesin-mesin nano yang sama persis. Sel-sel hidup tersusun dari atom-atam, karena itu dengan memanipulasi atom kita bisa membuat mesin nano dengan meniru struktur hidup. Alam sudah begitu mahir dalam menerpakan nano teknologi, kini kita tinggal beberapa langkah lagi didepan revolusi iptek yang sesungguhnya.
2.3 Perkembangan Nanoteknologi sebagai Teknologi Masa Depan
1. Carbon Nano Chip
air. Pakaian Nano, cukup dikibas-kibaskan saja, sudah bersih dan licin kembali. Jadi tidak perlu diseterika, dicuci atau dilipat.
2. Nano Solar Energi
“Saat ini, beberapa ilmuwan sedang meneliti bagaimana proses daun menyerap matahari. Daun tersebut ternyata bisa memanfaatkan energi sinar matahari sebesar seratus persen. Kalau kita bisa menggunakan tenaga matahari 25 hingga 50 persen saja, maka kita tidak perlu lagi membutuhkan minyak/solar. Bila teman-teman bisa menemukan metodenya, dampaknya luar biasa sekali,” ujar Profesor Yohanes Surya.
3. Nano Sensor
Salah satu kegunaannya mengobati penyakit kanker. Caranya, obat kanker dimasukkan ke dalam Nano robot kecil, lalu ditusukkan ke jari si penderita, dengan remote control, robot bisa diarahkan untuk mencari sendiri sel-sel kanker yang menyebar di dalam tubuh. Begitu sampai di tempat sel-sel kanker tersebut, robot akan melepaskan bom, kemudian sel kanker akan mati dan hancur. Sel itu akan keluar melalui pembuangan kotoran manusia bersama Nano Robot. Selain kanker, beragam penyakit juga bisa disembuhkan. Masih banyak Nano Technology lainnya. Selain energy, ada juga Nano air yang mampu mengubah air limbah, laut menjadi air tawar yang bersih, Nano Device dll. Menurut National Science Foundation, total market Nano Technology mencapai satu trilyun dollar pada tahun 2015. Dan sekarang, diperkirakan sudah mencapai lima trilyunan dollar Amerika (Anonim, 2014).
2.4 Manfaat Nanoteknologi dalam Kehidupan Manusia
1. Bidang Kesehatan
mencapai sasaran dengan dosis yang tepat, termasuk peluang untuk mengatasi penyakit-penyakit berat seperti tumor, kanker, HIV dan lain lain.
2. Bidang Industri
Aplikasi nanoteknologi dalam industri sangat luas yaitu orang dapat membuat pesawat ruang angkasa dari bahan komposit yang sangat ringan tetapi memiliki kekuatan seperti baja. Orang dapat memproduksi mobil yang beratnya hanya 50 kilogram. Mantel hangat yang sangat tipis dan ringan bisa menjadi tren di masa mendatang dengan bantuan nanoteknologi.
Perkembangan pesat ini akan mengubah wajah teknologi pada umumnya karena nanoteknologi merambah semua bidang ilmu. Tidak hanya bidang rekayasa material seperti komposit, polimer, keramik, supermagnet, dan lain-lain. Bidang-bidang seperti biologi (terutama genetika dan biologi molekul lainnya), kimia bahan dan rekayasa akan turut maju pesat. Manusia akan mengecat mobil dengan cat nanopartikel yang mampu memantulkan panas sehingga kendaraan tetap sejuk walau diparkir di panas terik matahari. Kawat tembaga nantinya akan sangat jarang digunakan (terutama dalam hardware computer) karena digantikan dengan konduktor nanokarbon yang lebih tinggi konduktivitasnya.
3. Bidang Luar Angkasa
Nanoteknologi juga sudah berhasil menyodorkan suatu material hebat yang sangat ringan, tetapi kekuatannya 100 kali lebih kuat dari baja! Material hebat ini diberi nama Carbon Nano-Tube (CNT). Material ini hanya tersusun dari atom karbon (C), seperti grafit dan berlian. Kuat tetapi sangat ringan sehingga menara dapat dibuat lebih tinggi dan kabel dapat dibuat lebih panjang dan kuat tanpa takut jatuh/roboh karena beratnya sendiri. Hal berikut yang sangat dibutuhkan adalah sesuatu yang cukup berat yang mengorbit mengelilingi bumi. Asteroid dapat dimanfaatkan untuk tujuan ini! Asteroid ini berfungsi sebagai beban yang menstabilkan kabel serta satelit geostasioner yang sedang mengorbit itu.
Nanoteknologi jadikan beton kokoh dan tahan gempa. Konstruksi bangunan menjadi dua kali lebih kokoh, tahan gempa, kedap air laut dengan ditemukannya bahan konstruksi nanosilika, suatu jenis mineral yang melimpah ruah di Indonesia dan diolah melalui teknologi nano.Dengan mencampur beton dengan 10 persen bahan nano-silica, kekuatan bertambah menjadi dua kali lipatnya.
5. Bidang Teknologi Informasi
Dunia informatika dan komputer/elektronik bisa menikmati adanya kuantum yang mampu mengirimkan data dengan kecepatan sangat tinggi. Superkomputer di masa depan tersusun dari chip yang sangat mungil, tetapi mampu menyimpan data jutaan kali lebih banyak dari komputer yang kita gunakan saat ini. Begitu kecilnya superkomputer itu, kita mungkin hanya bisa melihatnya dengan menggunakan mikroskop cahaya/elektron. Peran teknologi nano dalam pengembangan teknologi informasi (IT,information technology), sudah tidak diragukan lagi. Bertambahnya kecepatan komputer dari waktu ke waktu, meningkatnya kapasitas hardisk dan memori, semakin kecil dan bertambahnya fungsi telepon genggam, adalah contoh-contoh kongkrit produk teknologi nano di bidang IT (Anonim, 2014).
2.5 Dampak Nanoteknologi
Masalahnya adalah bahwa partikel-partikel ini dapat membahayakan tubuh manusia, dan ilmuwan membutuhkan waktu bertahun-tahun sebelum mereka benar-benar dapat memahami efek yang dihasilkan dari penggunaan nanoteknologi ini. Partikel nano sangat kecil sehingga dapat masuk melalui sebuah membran sel tanpa diketahui namun dapat membawa cukup besar materi asing di antara untaian DNA. Tidak ada studi kesehatan jangka panjang terhadap masalah ini, namun para peneliti telah mengamati kanker otak pada ikan yang mencernakan sejumlah kecil partikel karbon nano. Tikus yang menghirup karbon nanotube memiliki masalah pada paru-parunya.
ISTILAH-ISTILAH ASING
1. Photovoltaics: pendekatan nanoteknologi menghemat biaya operasi sampai 100 kali lebih murah daripada teknologi konvensional
2. Nano tube: struktur-struktur nano yang dibedakan berdasarkan bilangan dimensinya. Nano tube termasuk bilangan dimensi yang mempunyai diameter antara 0,1 – 100 nm.
3. Photovoltaics: pendekatan nanoteknologi menghemat biaya produksi hingga 100x lebih murah.
4. Reduksi fotokatalitik : dapat mereduksi CO2 menjadi metanol.
5. Van der Waals: hubungan antara bioenergy dan energy.
6. Sel Bahan Bakar (fuel cells) : nanoteknologi dibidang fuel cell menurunkan biaya 10-100 lipat teknologi konvensional
KESIMPULAN
1. Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa material, struktur fungsional maupun piranti dalam skala nanometer (10 pangkat -9). Hasil akhir riset bidang nanomaterial adalah mengubah teknologi yang ada sekarang yang pada umumnya berbasis material skala mikrometer menjadi teknologi berbasis pada materia skala nanometer.
2. Alam merupakan ahli teknologi yang sesungguhnya. Ahli biologi sebenarnya telah meneliti proses biologis yang terjadi pada alam namun sulit untuk menemukan rahasia kesempurnaan proses itu karena berukuran sengat kecil dan susuah diamati
DAFTAR PUSTAKA
Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar. Jakarta: Gramedia
http://alumnisaf.blogspot.com/2008/04/nanoteknologi.html
http://alumni-ut.com/nano-technologi/
http://carilahinspirasi.blogspot.com/2011/06/nanoteknologi-dan-manfaatnya-bagi.html
https://kiyisanbbl.wordpress.com/tag/aplikasi-teknologi-berbasis-nanometer/
Google search; Nanomolekular
Google search; atom
