BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN
2.2 Carbon Nanotube
CNT adalah salah satu struktur karbon yang memiliki bentuk seperti silinder dengan bentuk strukturnya berukuran nano dan terdiri dari atom-atom karbon.
Carbon nanotube merupakan turunan dari struktur karbon yang dapat dideskripsikan sebagai lembaran grafit setebal 1 atom yang digulung menyerupai silinder dan memiliki diameter dengan orde nanometer. Lembaran ini memiliki struktur seperti sarang lebah (honeycomb) yang terdiri dari ikatan ikatan atom karbon.
Pada tahun 1991 setelah adanya penelitian tentang Ijima tentang karbon yang mengahasilkan dua metode pada tahun 1991 tersebut Ijima meneliti multi- walled carbon nanotubes (MWNT), dan dua tahun kemudian ijima kembali meneliti karbon nano namun dengan model single-walled nanotubes (SWNT).
SWNT adalah lembaran graphene yang digulung kedalam silinder dengan diameter khas pada urutan 1,4 nm, mirip dengan buckyballs atau fullerene C60,
sedangkan MWNT terdiri dari silinder konsentris dengan jarak antar lapisan 3,4 A dan diameter biasanya pada urutan 10-20 nm. Panjang kedua jenis tabung itu bisa
sampai ratusan mikron. SWNT adalah kawat berskala molekul yang memiliki parameter struktur kunci.
Karbon mempunyai bentuk alotrop dari 0-D sampai 3-D. Salah satu keunikan dalam struktur ini adalah kelebihannya dalam hal kekuatan, sifat keelektrikannya, dan juga sifat dalam penghantaran panas yang baik. Struktur ini memiliki bermacam bentuk turunan yang masing-masing memilki sifat tersendiri.
Keistimewaan carbon nanotube ini membuatnya menjadi usulan baru dalam perkembangan teknologi dan pembangunan.
(a)
(b)
Gambar 2. 2 (a) Struktur CNT, (b) CNT di perbesar Sumber : Aqel dkk., 2012
2.2.1 Struktur cabon nanotube
CNT adalah susunan satu rantai atom karbon yang berkaitan secara heksagonal berbentuk silinder yang berdiameter nanometer. Ada dua tipe umum CNT, yaitu single-walled nanotube (SWNT) dan multi-walled nanotube (MWNT), SWNT terbentuk dari sebuah lembaran grafit yang dilekungkan.
Sebuah SWNT terdiri dari dua bagian yang mempunyai sifat fisis dan kimia yang berbeda. Bagian pertama adalah bagian sisi dinding silinder dan bagian lain
adalah ujung-ujung silinder. MWNT terbentuk dari gabungan beberapa SWNT dengan diameter yang berbeda-beda. Panjang dan diameter MWNT sangat berbeda dengan SWNT, sehingga sifat fisis dan kimianya pun akan sangat berbeda sifat elektrik, molekul, dan struktur karbon nanotube ditentukan struktur satu dimensinya (Ganesh, 2013). Dalam hal sifat mekanik, nanotubes adalah salah satu material terkuat dan paling tangguh yang diketahui ada di alam. Sebuah nanotube memiliki modulus muda sebesar 1,2 TPa dan kuat tarik sekitar seratus kali lebih tinggi dari baja dan kaleng mentolerir strain besar sebelum kegagalan mekanis (Dai, 2002). Adapun spesifikasi CNT ditunjukkan pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Spesifikasi CNT
No Description Value
1 Purity 90,9%
2 Outside diameter 8-15 µm
3 Length 10-50 µm
Sumber : Maizuar, (2022)
a. Single Walled Nano Tubes (SWNT)
Struktur ini memiliki diameter kurang lebih 1 nanometer dan memilki panjang ribuan kali diameter. Umumnya terdiri dari dua bagian dengan properti fisik dan kimia yang berbeda. Bagian pertama adalah bagian sisi dan bagian kedua adalah bagian kepala (Singh dkk., 2009). SWNT memilki sifat keelektrikan yang tidak dimiliki oleh struktur MWNT. Hal ini memungkinkan pengembangan struktur SWNT menjadi nanowire karena SWNT dapat menjadi konduktor yang baik.
(a)
(b)
Gambar 2. 3 (a) struktur SWNT, (b) di dalam mortar Sumber : Hu dkk., 2020
b. Multi Walled Nano Tubes (MWNT)
Sturktur ini dibentuk dari beberapa lapisan struktur garfit yang digulung membentuk silinder dapat juga dikatakan MWNT tersusun dari beberapa SWNT dengan berbeda diameter. MWNT jelas memilki sifat yang sangat berbeda dengan SWNT, (Ando dkk., 1999).
Pada MWNT yang hanya memiliki 2 lapis dinding (double-Walled Carboon NanoTubes-DWNT) memiliki sifat yang penting karena memilki sifat menyerupai SWNT dengan chemical resistance yang lebih baik.
Gambar 2. 4 Struktur Multi Walled Carbon Nanotubes (MWNT) Sumber : Siddique & Mehta, (2014)
c. Torus
Bentuk struktur ini masih berupa teoritis. Bentuk torus adalah bentuk struktur melingkar seperti donat. Struktur ini memiliki beberapa sifat yang menonjol seperti momen magnetic yang lebih besar, stabil dalam suhu dan sebagainya. Sifat ini akan bervariasi tergantung dari diameter torus dan diameter dari nanotube.
d. Peapod
Struktur ini cukup unik karena terdapat molekul C60 yang terbungkus ditengah nanotubes dan itu membuat struktur pada pada nanotubes memilki keunikan tersendiri bisa dianggap spesial.
2.2.2 Fungsi carbon nanotubes pada mortar
Penggabungan bahan nano dalam komponen semen telah diteliti di masa lalu dan penelitian menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam sifat mekanik komposit semen seperti kapasitas lentur, daktilisasi, pengurangan porositas dan ketahanan untuk pembentukan retakan mikro. Material nano yang umum digunakan adalah nano silica. Titanium dioxide. Pemanfaatan carbon nanotube (CNT) dalam komposit semen telah dilakukan di masa lalu karena sifat mekanik yang diinginkan dari carbon nanotube, (Vidivelli & Ashwini, 2018).
Penggunaan Carbon nanotubes dapat meningkatkan sifat mekanik mortar.
CNT akan berinteraksi paling erat dengan C-S-H karena karakteristik skala nano nya (Cohen, 2001). Beberapa studi menunjukkan bahwa kinerja bahan semen ditingkatkan dengan menggabungkan bahkan sejumlah kecil CNT. Kekuatan tekan mortar semen bergantung pada dispersibilitas CNT dengan proporsi yang berbeda; misalnya menggabungkan 0,3% Carbon nanotube (CNT) menghasilkan peningkatan kekuatan sebesar 17,4% setelah 28 hari, sedangkan menggabungkan 0,5% menghasilkan penurunan kekuatan sebesar 14,3% karena disperesi yang buruk. Modulus yang dari pasta semen yang menggabungkan 0,048% dan 0,075%
Carbon nanotube (CNT) meningkatkan masing-masing sebesar 28,4% dan 47,8%, dibandingkan dengan specimen referensi. Hasil ini dapat dikaitkan dengan perubahan struktur pori, yang dipengaruhi oleh dispersbilitas Carbon nanotube (CNT) dalam material. Carbon nanotube (CNT) yang didespersi dengan baik
tidak hanya memvariasikan struktur pori bahan semen dengan mengisi rongga tetapi juga mendorong reaksi hidrat dengan meningkatkan efek situs nukleasi dalam larutan pori (Song dkk., 2020).