Material Nano B. Indonesia

(1)

rsc.li/materials-advances

Bruno G. Pollet dkk.

Dua rute untuk sintesis sonokimia nanopartikel platinum dengan distribusi ukuran sempit

Lihat Nadeem Baig, Irshad Kammakakam dkk ., Mater. Lanjut, 2021, 2, 1821.

21 Maret 2021

ISSN 2633-5409

Nomor 6 Jilid 2

KERTAS

Halaman 1777–2142

Bahan Rayuan

Seperti yang ditampilkan dalam:

Kelompok Dr Baig sedang mengerjakan pengembangan berbagai bahan nano canggih untuk berbagai aplikasi. Mereka sangat tertarik untuk mengembangkan membran nanokomposit dengan peningkatan kinerja untuk desalinasi. Dalam artikel ini, Dr Baig, Dr Irshad, dan Dr Wail telah membahas kemajuan material nano dan efektivitasnya untuk berbagai aplikasi.

Berbagai pendekatan top-down dan bottom-up dibahas untuk mensintesis bahan nano. Artikel ini telah menyoroti beberapa tantangan penting dalam memproduksi bahan nano bebas cacat yang mengakibatkan hilangnya fitur uniknya.

Nanomaterials: tinjauan metode sintesis, sifat, kemajuan terkini, dan tantangan

Menampilkan penelitian dari laboratorium Dr Nadeem Baig dan Dr Wail Sulaiman Falath di Center of Research Excellence in Desalination & Water Treatment, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Arab Saudi.

Nomor amal terdaftar: 207890

rsc.li/materials-advances

(2)

Nanomaterial telah muncul sebagai kelas material menakjubkan yang terdiri dari contoh spektrum luas dengan setidaknya satu dimensi dalam rentang 1 hingga 100 nm. Luas permukaan yang sangat tinggi dapat dicapai melalui desain material nano yang rasional. Nanomaterial dapat diproduksi dengan sifat magnetik, listrik, optik, mekanik, dan katalitik luar biasa yang secara substansial berbeda dari bahan-bahan massal lainnya. Sifat bahan nano dapat disetel sesuai keinginan melalui pengontrolan ukuran, bentuk, kondisi sintesis, dan fungsionalisasi yang tepat secara tepat. Ulasan ini membahas tentang sejarah singkat nanomaterial dan kegunaannya sepanjang sejarah untuk memicu kemajuan perkembangan nanoteknologi. Secara khusus, kami menjelaskan dan

mendefinisikan berbagai istilah yang berkaitan dengan material nano. Berbagai metode sintesis bahan nano, termasuk pendekatan top-down dan bottom-up, dibahas. Fitur unik dari bahan nano disorot sepanjang ulasan.

Tinjauan ini menjelaskan kemajuan dalam bahan nano, khususnya fullerene, tabung nano karbon, graphene, titik kuantum karbon, nanodiamond, karbon nanohorn, bahan berpori nano, nanopartikel inti-kulit, silicene, antimonene, MXenes, nanosheet MOF 2D, nanosheet boron nitrida, hidroksida ganda berlapis, dan nanomaterial berbasis logam. Terakhir, kami menyimpulkan dengan mendiskusikan tantangan dan perspektif masa depan terkait material nano.

Nadeem Baig, abc Irshad Kammakakam d dan Ratap Falathabe

TINJAUAN

Nanomaterials: tinjauan metode sintesis, sifat, kemajuan terkini, dan tantangan

Diterima 23 Februari 2021 Diterima 17 Oktober 2020,

DOI: 10.1039/d0ma00807a

Lihat Jurnal | Lihat Masalah

Kutip ini: Mater. Lanjut, 2021, 2, 1821

Lihat Artikel Online

Rayuan Bahan

rsc.li/materials-advances

C

e B A

D

seorang Ilmuwan Peneliti III. Saat ini dia bekerja di IRC untuk Membran dan Keamanan Air. Penelitiannya berfokus pada pengembangan material nano berstrukturnano dan difungsikan untuk aplikasi sensor, energi, air, dan lingkungan.

Nadeem Baig

& Pengolahan Air di KFUPM as

Dr Irshad Kammakakam adalah a sarjana penelitian pascadoktoral di

Universitas Alabama. Dia bekerja pada pengembangan polimer hibrida berkinerja tinggi yang canggih sebagai membran pemisahan gas. Ia menerima gelar PhD

di bidang Kimia dari Universitas Nasional Incheon pada tahun 2015, dengan fokus pada pengembangan membran polimer fungsional untuk aplikasi pemisahan gas.

Kemudian, ia bekerja sebagai Ilmuwan Tamu di Institut Sains dan Teknologi Korea dan menyelesaikan Postdoc di Institut Membran Eropa, Universitas Montpellier, Prancis. Minat penelitiannya adalah mengembangkan bahan polimer canggih baru untuk teknologi pemisahan dan aplikasi energi ramah lingkungan.

Setelah bekerja sebagai peneliti postdoctoral selama dua tahun, Dr Baig, pada tahun 2020 telah bergabung dengan Center of Research Excellence in Desalination Dr Nadeem Baig menerima gelar BS (Hons.) pada tahun 2008 dari Universitas Punjab dan MPhil dari Universitas Teknik dan Teknologi, Lahore, pada tahun 2012.

Pada tahun 2017, beliau menerima gelar PhD dari KFUPM, Arab Saudi.

Irshad Kammakakam

Artikel ini dilisensikan di bawah Lisensi Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported.

Artikel Akses Terbuka. Diterbitkan pada 24 Februari 2021. Diunduh pada 15/5/2021 04:43:14.

Email: [email protected], [email protected]

Pusat Lingkungan dan Air, Universitas Perminyakan dan Mineral King Fahd, Dhahran 31261, Arab Saudi

Pusat Keunggulan Penelitian dalam Desalinasi & Pengolahan Air, Universitas Perminyakan dan Mineral King Fahd, Dhahran 31261, Arab Saudi.

Departemen Teknik Kimia & Biologi, Universitas Alabama, Tuscaloosa, Alabama 35487-0203, AS. E-mail: [email protected], [email protected] Departemen Teknik Mesin, Universitas Perminyakan dan Mineral King Fahd, Dhahran 31261, Arab Saudi

Pusat Penelitian Interdisipliner untuk Membran dan Keamanan Air, Universitas Perminyakan dan Mineral King Fahd, Dhahran 31261, Arab Saudi

(3)

2. Deskripsi istilah yang berhubungan dengan material nano

1. Perkenalan

Bidang nanoteknologi berkembang setiap hari, dan sekarang alat karakterisasi dan sintesis yang kuat tersedia untuk memproduksi bahan nano dengan dimensi yang lebih terkontrol.

Dr Wail Sulaiman Falath adalah

Nanomaterial telah muncul sebagai kelas material menarik yang memiliki permintaan tinggi untuk berbagai aplikasi praktis.

Direktur, Pusat Lingkungan & Air dari Lembaga Penelitian, dan Asisten Profesor di Departemen Teknik Mesin Universitas Perminyakan & Mineral King Fahd. Dia juga Dekan Bidang Kemahasiswaan. Dr Falath memiliki gelar PhD di bidang Teknik Polimer, Tekstil, dan Serat dari Institut Teknologi Georgia, AS. Pekerjaan PhD- nya terkait dengan pembuatan membran matriks campuran polimer untuk desalinasi air Reverse Osmosis. Penelitian Dr Falath difokuskan pada lingkungan, sintesis membran untuk desalinasi air, serta modifikasi dan karakterisasi permukaan.

Panjang nanometer dapat dipahami melalui contoh lima atom silikon atau 10 atom hidrogen yang berbaris, yaitu satu nanometer. Bahan didefinisikan sebagai bahan nano jika ukuran atau salah satu dimensinya berada dalam kisaran 1 hingga 100 nm. Sejarah pasti pemanfaatan benda berukuran nano oleh manusia sulit untuk dijelaskan. Namun, sejarah pemanfaatan material nano sudah kuno, dan tanpa disadari manusia telah menggunakan material ini sejak lama untuk berbagai aplikasi.

Sekitar 4500 tahun yang lalu, manusia mengeksploitasi serat nano asbes untuk memperkuat campuran keramik.1 Orang Mesir kuno sudah mengenal nanopartikel PbS sekitar 4000 tahun yang lalu dan menggunakannya dalam formula pewarna rambut kuno.2,3 Piala Lycurgus adalah contoh menarik lainnya dari masa lalu. Ini adalah cangkir dichroic yang diproduksi oleh orang Romawi pada abad ke-4 M. Ini menyerupai batu giok jika terkena cahaya langsung, sedangkan jika terkena cahaya, ia menunjukkan warna ruby yang tembus cahaya. Ini menunjukkan variasi warna tergantung pada cahaya yang datang. Variasi warna ini muncul karena adanya nanopartikel Ag dan Au.4

Definisi ketat dari bahan nano dan istilah terkait masih bisa diperdebatkan dan masih belum pasti. Karena alasan ini, ruang besar tersisa untuk interpretasi dan klasifikasi material nano. Definisi material nano tidaklah mudah.

Tinjauan

Istilah nanometer pertama kali digunakan pada tahun 1914 oleh Richard Adolf Zsigmondy.5 Fisikawan Amerika dan pemenang Hadiah Nobel Richard Feynman memperkenalkan konsep spesifik teknologi nano pada tahun 1959 dalam pidatonya pada pertemuan tahunan American Physical Society. Hal ini dianggap sebagai pembicaraan akademis pertama tentang nanoteknologi.5 Ia menyampaikan ceramah yang diberi judul ''Ada Banyak Ruang di Bawah''.

Dalam literatur, material nano dirasakan dengan cara yang berbeda karena tidak adanya definisi yang ketat. Banyak peneliti yang menggunakan istilah nanomaterial jika ukurannya beberapa nanometer atau lebih kecil dari beberapa puluh nanometer, sedangkan yang lain bahkan menggunakan istilah nanomaterial untuk apa pun yang kurang dari satu mikrometer.

Kemajuan Material

Dalam pertemuan ini, konsep berikut dipaparkan: ''mengapa kita tidak bisa menulis seluruh 24 volume Encyclopedia Britannica di atas peniti?'' Visinya adalah mengembangkan mesin yang lebih kecil, hingga ke tingkat molekuler.6 ,7 Dalam pembicaraan ini, Feynman menjelaskan bahwa hukum alam tidak membatasi kemampuan kita untuk bekerja pada tingkat atom dan molekuler, namun kurangnya peralatan dan teknik yang tepatlah yang membatasi kita.

Sifat fisik dan kimia bahan nano bergantung

Nanoteknologi adalah contoh yang sangat baik dari teknologi baru yang menawarkan bahan nano rekayasa dengan potensi besar untuk menghasilkan produk dengan kinerja yang jauh lebih baik.13 Saat ini, bahan nano mempunyai peran komersial dalam cat bebas gores, pelapis permukaan, elektronik, kosmetik, remediasi lingkungan, peralatan olahraga. , sensor, dan perangkat penyimpan energi.14 Tinjauan ini berupaya memberikan informasi dalam satu platform tentang konsep dasar, kemajuan, dan tren yang berkaitan dengan bahan nano dengan meliput informasi terkait dan mendiskusikan metode sintesis, properti, dan kemungkinan peluang terkait ke area nanomaterial yang luas dan menarik (Skema 1). Tidak mudah untuk mencakup semua literatur yang berkaitan dengan bahan nano, namun makalah penting dari sejarah dan literatur terkini dibahas dalam ulasan ini. Tinjauan ini memberikan wawasan mendasar bagi para peneliti, dengan cepat menangkap kemajuan dan sifat berbagai kelas bahan nano di satu tempat.

Ratap Falath

ini.8 Melalui hal ini, konsep teknologi modern disebarkan. Karena itu, ia sering dianggap sebagai bapak nanoteknologi modern. Norio Taniguchi mungkin orang pertama yang menggunakan istilah nanoteknologi, pada tahun 1974. Norio Taniguchi menyatakan: ''teknologi nano terutama terdiri dari pemrosesan, pemisahan, konsolidasi, dan deformasi material oleh satu atom atau satu molekul.' '5,9 Sebelum tahun 1980-an, nanoteknologi hanya menjadi area diskusi, namun konsep nanoteknologi telah ditanamkan di benak para peneliti dengan potensi untuk pengembangan di masa depan.

Penemuan berbagai teknik spektroskopi mempercepat penelitian dan inovasi di bidang nanoteknologi. Para peneliti IBM mengembangkan scanning tunneling microscopy (STM) pada tahun 1982, dan dengan STM, gambar atom tunggal dapat diperoleh pada permukaan yang ''datar'' (yaitu, bukan ujung) menjadi mungkin.10 Atomic force microscopy (AFM) ditemukan pada tahun 1986 , dan ini telah menjadi teknik mikroskop probe pemindaian yang paling penting.11 Motivasi untuk mengembangkan hard disk dengan kepadatan penyimpanan tinggi merangsang pengukuran gaya elektrostatis dan magnet. Hal ini menyebabkan berkembangnya mikroskop Kelvin-probe, elektrostatis, dan gaya magnet.12 Saat ini, nanoteknologi berkembang pesat dan menjadi bagian dari hampir setiap bidang yang berkaitan dengan kimia material.

(4)

bahan nano

3. Pendekatan sintesis

Tabel 1 Deskripsi berbagai istilah yang terkait dengan material nano Skema 1 Representasi skema bahan nano dan aplikasinya.

pelapis semprot, paduan nano berbahan dasar aluminium/nikel/magnesium/

tembaga, dan banyak bahan nanokomposit lainnya.26 Penggilingan bola nanomaterial disediakan pada Tabel 1. Namun, istilah-istilah ini

bahan berstrukturnano. Metode top-down termasuk mekanis

bahan nano karbon dianggap sebagai kelas baru bahan nano,

tidak ketat; sebaliknya, mereka memberikan persepsi umum yang dikumpulkan

penggilingan, ablasi laser, etsa, sputtering, dan ledakan elektro.

dari literatur yang tersedia.

3.1.1. Penggilingan mekanis. Penggilingan mekanis adalah metode hemat biaya untuk memproduksi material pada tingkat skala nano

berdasarkan komposisi, bentuk, dan ukurannya yang tepat. Efek dari

dari bahan curah. Penggilingan mekanis adalah metode yang efektif untuk

nanomaterial pada kesehatan dan lingkungan juga bergantung pada Kemajuan Material

menghasilkan campuran fase yang berbeda, dan ini membantu dalam Tinjauan

Dua pendekatan utama digunakan untuk sintesis bahan nano

produksi nanokomposit. Prinsip penggilingan bola

ukuran, bentuk, dan sebagainya.15 Sebuah definisi tunggal yang diterima secara internasional

(Gbr. 1): pendekatan top-down dan pendekatan bottom-up.

metode ditunjukkan pada Gambar. 2.25 Penggilingan mekanis digunakan untuk memproduksi nanomaterial sulit ditemukan,16 dan definisi yang ketat tentang nanomaterial masih dalam diskusi ilmiah.

3.1. Pendekatan dari atas ke bawah

paduan aluminium yang diperkuat oksida dan karbida, tahan aus masyarakat. Definisi dan deskripsi istilah yang terkait dengan

Dalam pendekatan top-down, material curah dibagi untuk diproduksi

Artikel Akses Terbuka. Diterbitkan pada 24 Februari 2021. Diunduh pada 15/5/2021 04:43:14. Artikel ini dilisensikan di bawah Lisensi Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported.

Bahan berstrukturnano Skala nano

Suatu benda atau partikel disebut nanopartikel jika seluruh dimensinya berada dalam skala nano

Objek nano dengan dua dimensi dalam rentang skala nano dan dimensi ketiga

17

3 dan 20 Suatu material disebut material nano jika memiliki setidaknya satu dimensi dalam rentang skala nano

19

23 serat nano

Ketentuan

22 19

lebar sumbu minor.

tabung nano

kurang disebut bahan nano rekayasa.

Nanosfer

sifat material pada tingkat nano.

Serat nano berongga disebut nanotube.

nanokomposit Rasio aspek

18

rentang skala nano.

17 3 dan 21

Suatu material disebut material nano jika memiliki setidaknya satu dimensi dalam rentang skala nano memiliki lebar dalam kisaran 1 hingga 100 nm dan rasio aspek lebih besar dari 1.

Ref.

19 8

Rasio aspek objek nano didefinisikan sebagai rasio panjang sumbu utama terhadap Skala yang mencakup 1–100 nm.

21

Kawat nano analog dengan batang nano, tetapi dengan rasio aspek yang lebih tinggi.

atau sistem dikembangkan melalui pengendalian materi pada skala nano untuk menstimulasi keunikannya

Bahan yang diproduksi secara sengaja yang memiliki satu atau lebih dimensi dalam urutan 100 nm atau Manufaktur nano

Objek nano adalah potongan material terpisah dengan satu, dua, atau tiga dimensi eksternal di dalamnya

kawat nano Nanoteknologi

Istilah nanorod digunakan ketika sumbu terpendek dan terpanjang memiliki panjang yang berbeda. batang nano

Bahan nano yang direkayasa partikel nano

21

cluster dengan dimensi dalam kisaran 1–100 nm.

metode bottom-up atau top-down.

domain, di mana setidaknya salah satu fase memiliki setidaknya satu dimensi dalam urutan 1–100nm.

21 bahan nano

jangkauan.

nanometer.

19 19

secara signifikan lebih besar.

Nanoteknologi mengacu pada teknologi pada tingkat skala nano di mana material, perangkat,

bahan nano Objek nano

Nanosphere adalah nanopartikel yang memiliki rasio aspek 1.

1–100nm.

Nanokomposit didefinisikan sebagai bahan multikomponen dengan beberapa fase berbeda batang nano

Ini adalah istilah yang digunakan untuk bahan yang memiliki unsur struktur, molekul, kristalit, atau Manufaktur nano mengacu pada manufaktur pada tingkat skala nano dan dicapai melalui Keterangan

Materi. Adv., 2021, 2, 1821–1871 | 1823

(5)

memberikan kesempatan untuk memenuhi perbaikan lingkungan, penyimpanan energi, dan tuntutan konversi energi.27

Kemajuan Material Tinjauan

3.1.2. Pemintalan listrik. Electrospinning adalah salah satu metode top- down yang paling sederhana untuk pengembangan struktur nano

Gambar 1 Sintesis bahan nano melalui pendekatan top-down dan bottom-up. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 24. Hak Cipta: r2019, Elsevier BV

Gambar 2 Prinsip metode ball milling. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 25. Hak Cipta: r2016, John Wiley & Sons, Ltd.

(6)

Gambar 3 Diagram skema teknik electrospinning koaksial (tengah), dan gambar FESEM (a dan c) dan TEM (b dan d) serat sebelum dan sesudah kalsinasi. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 30.

Hak Cipta: r2012, Elsevier Ltd. Semua hak dilindungi undang-undang.

Gambar 4 Diagram skema pembuatan struktur mikro-nano 3D dengan berkas ion melalui penataan massal Si. Hal ini melibatkan implantasi Si melalui litografi Ga FIB dan penulisan topeng pada resolusi nano-meter, selanjutnya etsa basah anisotropik dalam larutan KOH, dan pembuatan struktur mikro-nano Si melalui penghilangan selektif pada wilayah yang tidak ditanamkan. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 37. Hak Cipta: r2020, Elsevier BV Semua hak dilindungi undang-undang.

Penguapan batang karbon didorong oleh pelepasan busur di antara ujung batang grafit.45

3.1.4. Tergagap. Sputtering adalah proses yang digunakan untuk menghasilkan bahan nano melalui pemboman permukaan padat dengan partikel berenergi tinggi seperti plasma atau gas. Sputtering dianggap sebagai metode yang efektif untuk memproduksi film tipis bahan nano.38 Dalam proses deposisi sputtering, ion gas energik membombardir permukaan target, menyebabkan ejeksi fisik gugus atom kecil tergantung pada energi ion gas yang terjadi (Gbr. 5 ).39,40 Proses sputtering dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti menggunakan magnetron, dioda frekuensi radio, dan sputtering dioda DC.40 Secara umum, sputtering dilakukan dalam ruang yang dievakuasi, di mana gas sputtering berada. diperkenalkan.

Tegangan tinggi diterapkan ke target katoda dan elektron bebas bertabrakan dengan gas untuk menghasilkan ion gas. Ion bermuatan positif berakselerasi kuat dalam medan listrik menuju target katoda, yang terus menerus dihantam oleh ion- ion ini, mengakibatkan pelepasan atom dari permukaan target.41 Magnetron sputtering digunakan untuk menghasilkan nanofilm berlapis WSe2 pada SiO2 dan kertas karbon substrat.42 Teknik sputtering menarik karena komposisi material nano yang disputter tetap sama dengan material target dengan pengotor yang lebih sedikit, dan hemat biaya dibandingkan dengan litografi berkas elektron.43 3.1.5.

Metode pelepasan busur. Metode pelepasan busur berguna untuk menghasilkan berbagai bahan berstrukturnano.

bahan. Umumnya digunakan untuk memproduksi serat nano dari berbagai macam bahan, biasanya polimer.28 Salah satu terobosan penting dalam electrospinning adalah electrospinning koaksial. Dalam electrospinning koaksial, pemintal terdiri dari dua kapiler koaksial. Dalam kapiler ini, dua cairan kental, atau cairan kental sebagai cangkang dan cairan tidak kental sebagai inti, dapat digunakan untuk membentuk arsitektur nano inti-kulit dalam medan listrik.

Pemintalan listrik koaksial adalah pendekatan top-down yang efektif dan sederhana untuk menghasilkan serat ultra tipis inti-cangkang dalam skala besar.

dicapai melalui implantasi ion dengan berkas ion terfokus yang dikombinasikan dengan etsa kimia basah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.37

Ia lebih dikenal karena memproduksi bahan berbasis karbon, seperti fullerene, carbon nanohorns (CNHs), carbon nanotubes, some-layer graphene (FLG), dan nanopartikel karbon bola amorf.44 Metode pelepasan busur memiliki arti penting dalam menghasilkan bahan nano fullerene. Dalam proses pembentukannya, dua batang grafit diatur dalam sebuah ruangan di mana tekanan helium tertentu dipertahankan. Mengisi ruangan dengan helium murni penting karena keberadaan uap air atau oksigen menghambat pembentukan fullerene.

Tinjauan Kemajuan Material

Panjang bahan nano ultra tipis ini dapat diperpanjang hingga beberapa sentimeter.

Metode ini telah digunakan untuk pengembangan bahan inti-kulit dan polimer berongga, anorganik, organik, dan hibrid.29 Diagram skema pendekatan pemintalan elektro koaksial dapat dilihat pada Gambar 3.30

3.1.3. Litografi. Litografi adalah alat yang berguna untuk mengembangkan arsitektur nano menggunakan berkas cahaya atau elektron yang terfokus.

Litografi dapat dibagi menjadi dua jenis utama: litografi bertopeng dan litografi tanpa topeng.31 Dalam nanolitografi bertopeng, pola nano ditransfer pada area permukaan yang luas menggunakan topeng atau templat tertentu. Litografi bertopeng mencakup fotolitografi,32 litografi cetak nano,33 dan litografi lunak.34 Litografi tanpa topeng mencakup litografi probe pemindaian,35 litografi berkas ion terfokus,36 dan litografi berkas elektron. Dalam litografi tanpa topeng, penulisan pola nano sewenang-wenang dilakukan tanpa melibatkan topeng. Kaleng fabrikasi mikro-nano bentuk bebas 3D

(7)

Seluruh hak cipta.

Hak Cipta: r2018, Elsevier Ltd. Semua hak dilindungi undang-undang.

Dicetak ulang dengan izin dari ref. 39. Hak Cipta: r2017, Elsevier Ltd.

Gambar 5 Diagram skema proses sputtering magnetron DC.

Gambar 6 Ilustrasi skema mekanisme pembentukan bahan nano karbon pada dinding bagian dalam ruangan menggunakan gas yang berbeda melalui pendekatan pelepasan busur DC. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 44.

Kondisi di mana pelepasan busur terjadi memainkan peran penting dalam mencapai bentuk-bentuk baru dari bahan nano. Kondisi di mana nanomaterial berbasis karbon berbeda

Sifat nanopartikel, seperti ukuran rata-rata dan distribusi, dapat disesuaikan melalui penyesuaian fluensi, panjang gelombang, dan penambahan garam laser. Dapat dilihat pada Gambar 7 bahwa ukuran nanopartikel Pd yang disintesis secara substansial dipengaruhi oleh panjang gelombang dan fluensi laser berdenyut.57

3.2. Pendekatan dari bawah ke atas

SWCNH diproduksi di bawah atmosfer sekitar, sedangkan SWCNH 'seperti kuncup' dihasilkan di bawah atmosfer CO dan CO2.49 Metode pelepasan busur dapat digunakan untuk mencapai struktur nano graphene secara efisien. Kondisi yang terjadi selama sintesis graphene dapat mempengaruhi sifat-sifatnya. Lembaran grafena yang dibuat melalui metode eksfoliasi pelepasan busur hidrogen terbukti lebih unggul dalam hal konduktivitas listrik dan memiliki stabilitas termal yang baik dibandingkan dengan lembaran grafena yang diperoleh melalui pelepasan busur argon.50 3.1.6. Ablasi laser. Sintesis ablasi laser melibatkan pembuatan nanopartikel menggunakan

sinar laser kuat yang mengenai material target. Selama proses ablasi laser, bahan sumber atau prekursor menguap karena tingginya energi penyinaran laser, sehingga menghasilkan pembentukan nanopartikel.

Memanfaatkan ablasi laser untuk menghasilkan nanopartikel logam mulia dapat dianggap sebagai teknik ramah lingkungan, karena tidak diperlukan bahan penstabil atau bahan kimia lainnya.51 Berbagai macam bahan nano dapat diproduksi melalui teknik ini, seperti nanopartikel logam,52 karbon bahan nano,53,54 komposit oksida,55 dan keramik.56 Ablasi laser berdenyut dalam cairan adalah pendekatan yang menarik untuk memproduksi larutan nanopartikel koloidal monodisperse tanpa menggunakan surfaktan atau ligan.

3.2.1. Deposisi uap kimia (CVD). Metode pengendapan uap kimia memiliki arti penting dalam pembuatan bahan nano berbasis karbon. Dalam CVD, lapisan tipis terbentuk pada permukaan substrat melalui reaksi kimia prekursor fase uap.58 Prekursor dianggap cocok untuk CVD jika memiliki volatilitas yang memadai, kemurnian kimia yang tinggi, stabilitas yang baik selama penguapan, biaya rendah, dan tidak mudah menguap. -sifat berbahaya, dan umur simpan yang lama. Selain itu, penguraiannya tidak boleh menghasilkan pengotor sisa.58 Misalnya, dalam pembuatan tabung nano karbon melalui CVD, substrat ditempatkan dalam oven dan dipanaskan hingga suhu tinggi. Selanjutnya, gas yang mengandung karbon (seperti hidrokarbon) secara perlahan dimasukkan ke dalam sistem sebagai prekursor. Pada suhu tinggi, dekomposisi gas melepaskan atom karbon, yang bergabung kembali membentuk tabung nano karbon pada substrat.59 Namun, pilihan katalis memainkan peran penting dalam morfologi dan jenis bahan nano yang diperoleh. Dalam pembuatan graphene berbasis CVD, katalis Ni dan Co menghasilkan graphene multilayer, sedangkan katalis Cu menghasilkan graphene monolayer.60 Secara keseluruhan, CVD adalah metode yang sangat baik untuk memproduksi bahan nano berkualitas tinggi,61 dan terkenal dalam produksinya.

bahan nano dua dimensi (Gbr. 8).62 3.2.2. Metode solvotermal dan hidrotermal.

Proses hidrotermal adalah salah satu metode yang paling terkenal dan banyak digunakan untuk menghasilkan bahan berstrukturnano.63,64 Dalam metode hidrotermal, bahan berstrukturnano diperoleh melalui reaksi heterogen yang dilakukan dalam air.

Berbagai bahan nano berbasis karbon dikumpulkan dari posisi berbeda selama metode pelepasan busur, karena mekanisme pertumbuhannya berbeda.44 MWCNT, partikel grafit polihedral dengan kemurnian tinggi, grafit pirolitik, dan partikel nano- grafit dapat dikumpulkan dari endapan anoda atau katoda atau endapan di kedua elektroda.46–48 Selain elektroda, bahan nano berbasis karbon juga dapat dikumpulkan dari ruang dalam. Morfologi karbon nanohorn berdinding tunggal (SWCNHs) yang berbeda dapat diperoleh di bawah atmosfer yang berbeda.

Misalnya, 'seperti dahlia'

dibentuk melalui metode pelepasan busur dijelaskan pada Gambar 6.

(8)

Tinjauan

3.2.3. Metode sol-gel. Metode sol-gel adalah teknik kimia basah yang banyak digunakan untuk pengembangan material nano. Metode ini digunakan untuk pengembangan berbagai jenis bahan nano berbasis oksida logam berkualitas tinggi.

metode hidrotermal. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa hal itu dilakukan dalam media non-air. Metode hidrotermal dan solvotermal umumnya dilakukan dalam sistem tertutup.66 Metode hidrotermal berbantuan gelombang mikro baru-baru ini mendapat perhatian yang signifikan dalam bidang rekayasa bahan nano, karena menggabungkan keunggulan metode hidrotermal dan gelombang mikro.67 Metode hidrotermal dan solvotermal merupakan metode yang menarik dan berguna untuk produksi. berbagai geometri nano material, seperti kawat nano, batang nano, lembaran nano, dan nanosfer.68–70

Kemajuan Material

Metode ini disebut metode sol-gel karena selama sintesis nanopartikel oksida logam, prekursor cair diubah menjadi sol, dan sol pada akhirnya diubah menjadi struktur jaringan yang disebut gel.71 Prekursor konvensional untuk metode sol -gel generasi nanomaterial menggunakan metode sol-gel adalah logam alkoksida. Proses sintesis nanopartikel melalui metode sol-gel dapat

diselesaikan dalam beberapa langkah. Pada langkah pertama, hidrolisis oksida logam terjadi dalam air atau dengan bantuan alkohol membentuk sol. Pada langkah selanjutnya terjadi kondensasi yang mengakibatkan peningkatan viskositas pelarut sehingga membentuk struktur berpori yang dibiarkan menua.

Selama proses kondensasi atau polikondensasi, jembatan hidrokso- (M–OH–

M) atau okso- (M–O–M) terbentuk, menghasilkan pembentukan logam–

hidrokso- atau logam–okso-polimer dalam larutan.72 Selama proses penuaan , polikondensasi berlanjut, dengan perubahan pada struktur, sifat, dan porositas.

Selama penuaan, porositas berkurang, dan jarak antar partikel koloid bertambah.

Setelah proses penuaan, terjadi pengeringan, di mana air dan pelarut organik dihilangkan dari gel. Terakhir, kalsinasi dilakukan untuk mencapai nanopartikel.73 Gambar 9 menunjukkan pembentukan film dan bubuk menggunakan metode sol-gel.74 Faktor-faktor yang mempengaruhi produk akhir yang diperoleh melalui metode sol-gel adalah sifat prekursor, laju hidrolisis, waktu penuaan. , pH, dan rasio molar antara H2O dan prekursor.75 Metode sol-gel ramah ekonomi dan memiliki banyak keunggulan lain, seperti bahan yang dihasilkan bersifat homogen, suhu pemrosesan yang rendah, dan metode yang mudah.

untuk menghasilkan komposit dan struktur nano yang kompleks.73 3.2.4.

Metode templating lunak dan keras. Metode templat lunak dan keras banyak digunakan untuk menghasilkan bahan berpori nano. Metode soft template adalah metode konvensional sederhana untuk menghasilkan material berstrukturnano. Metode templat lunak telah dianggap menguntungkan karena penerapannya yang mudah, kondisi eksperimen yang relatif ringan, dan

pengembangan material dengan berbagai morfologi.76 Dalam metode templat lunak, material berpori nano diproduksi menggunakan banyak templat lunak, seperti blok kopolimer, molekul organik fleksibel, dan surfaktan anionik, kationik, dan non-ionik.77 Interaksi yang paling menonjol antara templat lunak dan prekursor terjadi melalui ikatan hidrogen, gaya van der Waals, dan gaya elektrostatis.78 Templat lunak 3D khususnya misel garis kristal cair yang tersusun digunakan untuk mensintesis mesopori terurut 3D

medium pada tekanan dan suhu tinggi di sekitar titik kritis dalam bejana tertutup.65 Metode solvotermal seperti

(c) 1064 nm dan 8,92 J cm2 dan (e) 355

nm dan 0,10 J cm2 . Dicetak ulang dengan izin dari ref. 57. Hak Cipta:

r2017, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

,

, Gambar 7 Gambar TEM, ukuran rata-rata yang sesuai, dan deviasi standar nanopartikel paladium yang disintesis melalui ablasi laser dalam air selama 10 menit pada panjang gelombang laser dan fluensi (a) 532 nm dan 8,92 J cm2 (b) 532 nm dan 19,90 J cm2 ( d) 1064 nm dan 19,90 J cm2

,

Materi. Adv., 2021, 2, 1821–1871 | 1827

(9)

mengandung air.88 Inti dari misel terbalik bertindak sebagai a untuk mengubahnya menjadi padatan anorganik. Pada langkah terakhir, langkahnya, templat asli yang sesuai dikembangkan atau dipilih.

padatan, seperti pipih (MCM-50), kubik (MCM-48), dan heksagonal

bahan, seperti bola nano karbon polimer mesopori,81 batang nano kristal tunggal,82 alumina berpori,83 dan

Tinjauan

surfaktan alkyltrimethylammonium.79,80 Umumnya, untuk sintesis bahan mesopori yang dipesan melalui templat lunak

telah digunakan sebagai templat keras, tidak terbatas pada karbon hitam,

misel terbentuk dalam kasus emulsi air dalam minyak, dalam

rute yang mudah untuk mensintesis nanopartikel seragam dengan tepat shells.85 Ada tiga langkah utama yang terlibat dalam jalur sintetik

dapat diproduksi dengan menggunakan metode templat lunak dan keras.

rasio surfaktan terhadap prekursor, struktur surfaktan, dan kondisi lingkungan.76 Ukuran pori bahan nanopori dapat bervariasi

harus mempertahankan struktur mesopori selama prekursor

misel normal, yang ekor hidrofobiknya mengarah ke a

menghasilkan tetesan air yang lebih kecil, sehingga menghasilkan pembentukan nanopartikel dapat diproduksi.87 Dari pembahasan singkat tersebut diperoleh kesimpulan struktur material mesopori yang berasal dari susunan 3D

struktur nano untuk aplikasi yang dibutuhkan (Gbr. 10).78 Pemilihan templat keras sangat penting untuk mengembangkan struktur nano yang tertata dengan baik.

juga merupakan teknik yang berguna untuk memproduksi bahan nano dengan

nanoreaktor untuk sintesis nanopartikel. Ini bertindak sebagai

pada akhirnya mempengaruhi ukuran nanopartikel yang disintesis Kemajuan Material

template asli dihapus untuk mencapai mesopori (MCM-41) memesan silika mesopori, diproduksi menggunakan

graphene N-doped mesopori,84 dapat diproduksi melalui soft

metode, dua proses yang disebut perakitan mandiri kooperatif dan ''benar''

Metode hard template disebut juga nano-casting. Bahan padat yang dirancang dengan baik digunakan sebagai templat, dan bahan padat

silika, tabung nano karbon, partikel, kristal koloid, dan kayu

yang kepala hidrofiliknya mengarah ke inti itu

Kemudian, prekursor yang ditargetkan diisi ke dalam mesopori templat untuk mendapatkan struktur nano melalui metode templating. Yang pertama struktur. Salah satu contoh klasik melibatkan mesopori

disetel melalui memvariasikan panjang rantai karbon surfaktan atau

memperkenalkan zat tambahan yang memperluas pori-pori. Berbagai berstrukturnano

proses konversi, dan mereka harus mudah dilepas tanpa mengganggu struktur nano yang dihasilkan. Berbagai bahan

inti yang telah menjebak tetesan minyak di dalamnya. Namun, sebaliknya

nanopartikel yang lebih kecil.89 Dengan demikian, metode misel terbalik menyediakan dapat dilihat bahwa berbagai macam bahan nano terstruktur yang unik misel, seperti konsentrasi surfaktan dan prekursor,

bahan mesopori. Diinginkan bahwa templatnya keras

bentuk dan ukuran yang diinginkan. Emulsi minyak dalam air menghasilkan

kolam air untuk mengembangkan bahan nano. Ukuran reaktor nano ini dapat dikontrol dengan memvariasikan rasio air terhadap surfaktan,

melalui metode ini. Jika konsentrasi air berkurang, hal ini akan terjadi replika.86 Melalui penggunaan templat mesopori, material berstruktur nano unik seperti kawat nano, batang nano, material berstruktur nano 3D, oksida logam berstruktur nano, dan banyak lainnya

templating kristal cair diadopsi.77 Beberapa faktor dapat mempengaruhi

metode templat.

pori-pori templat diisi dengan molekul prekursor untuk dicapai

3.2.5. Metode misel terbalik. Metode misel terbalik Artikel Akses Terbuka. Diterbitkan pada 24 Februari 2021. Diunduh pada 15/5/2021 04:43:14. Artikel ini dilisensikan di bawah Lisensi Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported.

(B) pertumbuhan CVD in situ yang berurutan, (C) pertumbuhan yang dibantu litografi, dan (D) pertumbuhan konversi. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 62. Hak Cipta: r2016, Gambar 8 Diagram skema pertumbuhan heterostruktur graphene dan hBN dalam bidang melalui berbagai teknik: (A) pertumbuhan CVD in situ secara simultan,

(10)

Gambar 9 Gambaran umum yang menunjukkan dua contoh sintesis metode sol-gel: (a) film dari sol koloid dan (b) bubuk dari sol koloid yang diubah menjadi gel.

Dicetak ulang dengan izin dari ref. 74. Hak Cipta: r2010, Elsevier BV Semua hak dilindungi undang-undang.

Dengan demikian, nanosfer dengan diameter berkisar 1–10 nm dikenal sebagai titik kuantum. Sifat optik bahan nano seperti titik kuantum sangat bergantung pada bentuk dan ukurannya.96 Pasangan elektron-lubang yang difotogenerasi memiliki diameter eksiton pada skala 1–10 nm. Dengan demikian, penyerapan dan emisi cahaya oleh semikonduktor dapat dikontrol melalui penyesuaian ukuran nanopartikel dalam kisaran ini. Namun, dalam kasus logam, jalur bebas elektron rata-rata adalah B10–100 nm dan, oleh karena itu, efek elektronik dan optik diharapkan dapat diamati pada kisaran B10–100 nm. Warna larutan nanopartikel logam dapat diubah melalui perubahan rasio aspek. Larutan Ag NP dalam air menunjukkan warna berbeda pada rasio aspek berbeda. Pergeseran merah pada pita serapan muncul seiring peningkatan rasio aspek (Gbr. 12).21

Sifat-sifat materi pada tingkat skala nano secara substansial berbeda dibandingkan dengan materi dalam jumlah besar. Efek yang bergantung pada ukuran menjadi lebih menonjol pada skala nano. Misalnya, larutan Au tampak berwarna kuning ketika berada dalam jumlah besar dan tampak ungu atau merah pada tingkat skala nano. Sifat-sifat bahan nano dapat disesuaikan melalui penyetelan ukuran bahan nano.92,93 Pada skala nano, sifat elektronik secara substansial berubah dibandingkan dengan bahan curah. Misalnya, boron dalam bentuk curah tidak dianggap sebagai logam, sedangkan jaringan boron dua dimensi (borofena) tampaknya merupakan logam 2D yang sangat baik.94 Dibandingkan dengan bentuk curahnya, sifat mekanik bahan nano jauh lebih baik karena peningkatan dalam kesempurnaan kristal atau pengurangan cacat kristalografi.95

Di antara berbagai sifat unik, sifat-sifat utama berikut dapat diperoleh dengan menyesuaikan ukuran dan morfologi bahan nano.

Luas permukaan bahan nano umumnya jauh lebih tinggi dibandingkan dengan bahan massal, dan sifat ini dikaitkan dengan semua bahan nano.97

ukuran terkendali. Nanopartikel yang dikembangkan melalui metode misel terbalik sangat halus dan bersifat monodispersi.90 Gambar 11 menunjukkan sintesis partikel nano yang diimobilisasi lipase magnetik melalui metode misel terbalik.91

4.1. Luas permukaan

Sifat elektronik semikonduktor dalam kisaran 1–10 nm dikendalikan oleh pertimbangan mekanika kuantum.

Materi. Adv., 2021, 2, 1821–1871 | 1829

4. Fitur material nano yang unik

(11)

tingkat skala nano.93

4.3. Efek kuantum

Efek kuantum lebih terasa pada tingkat skala nano.

Namun, ukuran di mana efek ini akan terlihat kuat

Kemajuan Material

Perilaku magnetik suatu unsur dapat berubah pada skala nano. Unsur non-magnetik dapat menjadi magnetis pada saat itu 4.2. Daya tarik

Tinjauan

tergantung pada sifat bahan semikonduktor.98

metode.91

Gambar 10 Representasi skema sintesis bahan menggunakan berbagai jenis templat.78 Diterbitkan oleh The Royal Society of Chemistry.

Gambar 11 (a) Diagram skematik yang menunjukkan langkah sintetik ke GA-MNP. (b) Sintesis L-MNP melalui misel terbalik non-ionik

(12)

Sesuai dengan sifat bahan nano, konduktivitas termal dan listrik yang luar biasa dapat ditunjukkan pada tingkat skala nano dibandingkan dengan bahan massal.

Salah satu contohnya adalah graphene yang diperoleh dari grafit.99

5.1.1. Fullerene. Fullerene adalah alotrop karbon yang menakjubkan dan ditemukan pada tahun 1985. Fullerene adalah sangkar atom karbon hibridisasi sp2 yang sangat simetris. Fullerene adalah molekul yang berbeda, dan terdiri dari sejumlah atom karbon tertentu, menjadikannya berbeda dari alotrop karbon lainnya.

Fullerene muncul dengan ukuran berbeda-beda sesuai dengan jumlah atom karbonnya, seperti C60, C70, C72, C76, C84, dan Diantaranya, contoh yang paling melimpah dan terkenal adalah C60 fullerene. Fullerene C60 terdiri dari struktur

berongga dengan 12 segi lima dan 20 segi enam yang terdiri dari 60 atom karbon yang dihubungkan satu sama lain melalui ikatan kovalen yang bersifat hibridisasi sp2, dan menunjukkan simetri ikosahedral.108 Pada fullerene, cincin beranggota lima dipisahkan oleh cincin beranggota enam. Fullerene (C60) dianggap sebagai material berdimensi nol yang ideal karena sifatnya yang kecil, bulat, dan isotropik.109 Bola dianggap sebagai salah satu struktur yang lebih stabil di alam, dan hal yang sama juga berlaku untuk fullerene.

Dalam keluarga material nano berbasis karbon, fullerene adalah material simetris pertama, dan memberikan perspektif baru di bidang material nano. Hal ini mengarah pada penemuan bahan berstruktur nano berbasis karbon lainnya, seperti tabung nano karbon dan graphene.110 Fullerene terdapat di alam dan ruang antarbintang.111 Menariknya, fullerene menjadi molekul terbaik tahun 1991 dan menarik sebagian besar proyek penelitian dibandingkan dengan subjek ilmiah lainnya selama periode tersebut.112 Fullerene memiliki beberapa fitur unik yang membuatnya menarik untuk diterapkan di berbagai bidang.

Fullerene menunjukkan kelarutan sampai batas tertentu dalam berbagai pelarut, dan karakteristik ini menjadikannya unik dibandingkan dengan alotrop karbon lainnya.108

5. Nanomaterial, karakteristik, dan aplikasi 5.1. Bahan nano berbasis karbon khusus Keluarga bahan

nano berbasis karbon terdiri dari bahan nano yang

telah banyak dieksplorasi untuk berbagai aplikasi karena fiturnya yang luar biasa. Sifat luar biasa dari bahan nano berbasis karbon yang dapat diatur telah menarik minat yang besar

digunakan dalam teknologi baru dan mengatasi tantangan modern.105,106 Keluarga karbon terdiri dari beberapa bahan nano unik, termasuk CNT, fullerene, graphene, karbon nanohorn, titik kuantum berbasis karbon, dan banyak lainnya. Bahan nano ini dibahas secara singkat di bagian ini, menguraikan karakteristik utama dan signifikansinya.

4.4. Konduktivitas termal dan listrik yang tinggi

4.6. Dukungan yang sangat baik untuk katalis

Lembaran 2D dari berbagai bahan nano telah memberikan peluang untuk dispersi nanopartikel katalis aktif yang baik, meningkatkan kinerja katalis secara substansial.101 Baru-baru ini, katalis telah didispersikan secara atom pada lembaran bahan nano 2D untuk meningkatkan kinerja.102

4.5. Sifat mekanik yang sangat baik

4.7. Aktivitas antimikroba

Beberapa bahan nano memiliki sifat antivirus, antibakteri, dan antijamur serta memiliki kapasitas yang sangat baik untuk menangani penyakit yang berhubungan dengan patogen.103,104

Secara keseluruhan, fitur-fitur ini menjadikan bahan berskala nano berharga untuk berbagai aplikasi, secara substansial meningkatkan kinerja berbagai jenis bahan. perangkat dan bahan di sejumlah bidang. Rincian berbagai nanomaterial, sifat-sifatnya, dan aplikasinya di berbagai bidang akan dibahas di bawah ini.

Bahan nano menunjukkan sifat mekanik yang sangat baik yang tidak terdapat pada bahan makroskopisnya.100

Materi. Adv., 2021, 2, 1821–1871 | 1831

Foto paling kiri menunjukkan nanosfer perak (diameter 4 nm) yang digunakan sebagai benih untuk reaksi selanjutnya, sementara (a – f) menunjukkan nanorod perak dengan rasio aspek yang meningkat dari 1–10. Spektrum serapan tampak yang sesuai untuk (a) – (f) juga ditunjukkan pada panel kiri. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 21. Hak Cipta: r2002, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Fed. Republik Jerman.

Gambar 12 Larutan nanopartikel perak dalam air menunjukkan variasi warna tampak yang luas tergantung pada rasio aspek nanopartikel tersuspensi.

Bab 100.

107

(13)

KGaA, Weinheim.

Gambar 13 Representasi skema dari dua situs doping interstisial di C60, yang mengarah ke doping eksohedral dan endohedral. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 114. Hak Cipta: r2009, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.

Baru-baru ini, amfifili fullerene berbentuk kerucut126 telah muncul sebagai kelas amfifil baru, di mana puncak nonpolar disuplai oleh fullerene dan bagian hidrofilik dicapai melalui fungsionalisasi. Fungsionalisasi selektif dari fullerene

Permukaan fullerene telah difungsikan melalui kimia yang terinspirasi dari kerang dan reaksi adisi Michael untuk pembuatan C60–PDA–GSH. Nanopartikel C60–PDA–

GSH yang dikembangkan menunjukkan potensi luar biasa untuk menangkap spesies oksigen reaktif.125 Amfifil sangat penting dalam proses industri dan aplikasi kehidupan sehari-hari. Molekul

amfifilik terdiri dari bagian hidrofilik dan hidrofobik, dan mereka menjalankan fungsinya dalam air melalui pembentukan kumpulan dua dan tiga dimensi.

Contoh doping endohedral dan eksohedral ditunjukkan pada Gambar. 13.114 Fullerene adalah sangkar berongga, dan bagian dalamnya bertindak sebagai wadah nano yang kuat untuk spesies target inang ketika membentuk fullerene endohedral.115 Fullerene endohedral tidak selalu mengikuti aturan pentagon terisolasi (IPR). 116 Sampai saat ini, nanocage fullerene telah mendapat pertimbangan penting dalam bidang kimia material karena potensi penerapannya yang bermanfaat. Atom tunggal netral dan bermuatan di ruang bebas sangat reaktif dan tidak stabil. Dalam lingkungan fullerene yang terbatas, spesies reaktif ini dapat distabilkan; misalnya, ion LaC60+

tidak bereaksi dengan NH3, O2, H2, atau NO. Dengan demikian, logam reaktif dapat dilindungi dari lingkungan sekitar dengan menjebaknya di dalam sangkar fullerene.117 Bahan nano karbon lain yang muncul adalah fullerene endohedral yang mengandung litium (Li@C60).118 Logam litium sangat reaktif, dan diperlukan kondisi lingkungan yang sangat terkendali untuk melestarikannya. atau menggunakannya. Dengan kata lain, diperlukan struktur yang aman untuk penyimpanan litium. Fullerene endo-hedral berbasis Li menunjukkan sifat solid-state yang unik. Enkapsulasi atom litium dalam fullerene membantu melindungi atom litium dari agen eksternal. Fullerene endohedral berbasis Li mempunyai potensi untuk membuka pintu bagi baterai litium skala nano.119 Untuk pengembangan metallofullerene endohedral, umumnya diperlukan fullerene yang lebih besar, karena mereka memiliki sangkar besar untuk menampung lantanida dan atom logam transisi dengan lebih lancar.118 Fullerene nanocage merupakan berguna untuk penyimpanan gas. Fullerene sedang dipertimbangkan untuk penyimpanan hidrogen.120,121 Fullerene eksohedral membawa lebih banyak potensi untuk aplikasi karena permukaan luar dapat lebih mudah dimodifikasi atau difungsikan.

Doping eksohedral logam menjadi fullerene sangat mempengaruhi sifat elektronik melalui perpindahan elektron dari logam ke nanocage fullerene.122 Penerapan praktis fullerene dapat dicapai dengan turunan fullerene yang dibuat khusus melalui

Modifikasi kimia fullerene adalah topik yang menarik, meningkatkan efektivitas aplikasinya. Ada dua cara utama untuk memodifikasi fullerene: modifikasi ruang dalam fullerene, dan modifikasi permukaan luar fullerene.

spesies dapat menyebabkan disfungsi biologis atau masalah kesehatan lainnya.

di satu sisi membantu mencapai supramolekul karena perilaku antarmuka yang unik.

Struktur supramolekul unik yang terbentuk melalui perakitan spontan fullerene yang difungsikan secara selektif satu sisi melalui interaksi hidrofobik yang kuat antara puncak fullerene dan bagian yang difungsikan polar dapat larut dalam air. Amfifil fullerene berbentuk kerucut kuat secara mekanis. Dengan menjaga integritas struktural, amfifil fullerene berbentuk kerucut dapat dengan mudah diagregasi dengan bahan nano dan biomolekul untuk membentuk aglomerat multikomponen dengan fitur struktural yang dapat dikontrol.127 Fullerene, setelah modifikasi permukaan yang sesuai, memiliki potensi yang sangat baik untuk digunakan dalam penghantaran obat, namun eksplorasinya masih terbatas. -tions dari aplikasi pengiriman obat mereka.128,129 Nano-vesikel berbasis Fullerene telah dikembangkan untuk pelepasan obat yang tertunda.130 Protein yang larut dalam air memiliki potensi besar di bidang nanomedis. Fullerene kationik yang larut dalam air, tetra(piperazino) [60] fullerene epoxide (TPFE), telah digunakan untuk pengiriman DNA dan siRNA yang ditargetkan secara khusus ke paru-paru.131 Untuk penyakit di paru-paru atau organ lainnya, pengobatan yang efisien memerlukan pengobatan yang efisien.

pengiriman agen aktif yang ditargetkan ke tempat yang ditargetkan di organ.

Akumulasi pembawa berukuran mikrometer di paru-paru membuat persalinan selektif paru menjadi sulit, karena hal ini dapat menyebabkan embolisasi dan peradangan di paru-paru.

Kendaraan pembawa pembuluh darah dengan ukuran terkontrol telah dikembangkan menggunakan tetra(piperazino)fullerene epoxide (TPFE). TPFE dan siRNA mengaglutinasi dalam aliran darah dengan protein plasma dan, sebagai hasilnya, partikel berukuran mikrometer terbentuk. Partikel-partikel ini menyumbat kapiler paru- paru dan melepaskan siRNA ke dalam sel paru-paru; setelah pengiriman siRNA, mereka segera dibersihkan dari paru-paru (Gbr. 14).132 Organisasi supramolekul fullerene (C60)

adalah pendekatan unik untuk menghasilkan gugus yang dikontrol bentuk pada skala nano, mikro, dan makro. Rakitan supra-molekul skala nano, mikro, dan makro dapat dikontrol melalui manipulasi kondisi persiapan untuk mencapai sifat optoelektronik yang unik.133 Pengembangan rakitan fullerene 1D, 2D, dan 3D yang tertata dengan baik dan terorganisir sangat penting untuk mencapai perangkat elektronik canggih berbasis optik dan organik.134 Bahan berstrukturnano berbasis fullerene dengan dimensi baru sedang dikembangkan dari fullerene berdimensi nol dan disetel untuk mencapai karakteristik yang diinginkan. Kawat nano fullerene 1D C60 telah mendapat perhatian besar dibandingkan bentuk kristal lainnya fungsionalisasi kimia. Seiring dengan semakin matangnya kimia fullerene, berbagai

macam fullerene yang difungsikan telah diwujudkan melalui rute sintetik sederhana.123 Kombinasi motif ikatan hidrogen dan fullerene telah memungkinkan modulasi arsitektur berbasis fullerene 1D, 2D, dan 3D.124 Elektron yang sangat baik Afinitas fullerene telah menunjukkan potensi besar untuk menghilangkan spesies oksigen reaktif. Adanya kelebihan oksigen reaktif

(14)

Gambar 14 Mekanisme pengiriman siRNA spesifik paru yang dimediasi oleh tetra(piperazino)fullerene (TPFE): (1) TPFE beragregasi dengan siRNA untuk membentuk ca. Kompleks TPFE-siRNA berukuran 100 nm (partikel biru muda) melalui interaksi elektrostatik; (2) kompleks beraglutinasi dengan protein plasma (partikel putih) dalam aliran darah membentuk partikel berukuran 46 mm (partikel biru); (3) partikel menyumbat dan menumpuk di kapiler paru yang sempit; (4) kompleks TPFE-siRNA dikirim ke sel paru-paru dan siRNA dilepaskan ke sel paru-paru. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 132. Hak Cipta: r2014, Springer Nature.

Bahan nano karbon juga digunakan sebagai pendukung katalis, dan alasan utama penggunaannya adalah luas permukaan dan konduktivitas listriknya yang tinggi. Dukungan karbon sangat mempengaruhi sifat-sifat nanopartikel logam.

Dalam sel bahan bakar, dukungan karbon sangat mempengaruhi stabilitas, konduktivitas elektronik, sifat transportasi massal, dan luas permukaan elektroaktif dari katalis yang didukung.136 Dalam sel bahan bakar, degradasi beberapa katalis, seperti contoh berbasis platinum, dan karbon berkorelasi dan diperkuat sebagai hasil dari kehadiran keduanya. Oksidasi pendukung karbon dikatalisis oleh platina dan oksidasi karbon mempercepat pelepasan katalis platina. Secara keseluruhan, hal ini mengakibatkan hilangnya luas permukaan yang aktif secara katalitik.137 Fullerene dianggap sebagai bahan pendukung yang sesuai karena aktivitas elektrokimianya yang sangat baik dan stabilitasnya selama reaksi elektrokimia.138 Karena stabilitasnya yang tinggi dan konduktivitas yang baik, fullerene dapat menggantikan bahan konvensional. karbon sebagai bahan pendukung katalis.

Fullerene juga digunakan untuk pengembangan sel surya yang efisien.139

Fullerene digunakan sebagai pengubah lemak dan pelumas padat individual.138 Fullerene memiliki manfaat pengobatan yang luar biasa karena aktivitas antikanker, antioksidan, anti-bakteri, dan anti-virusnya.104

Fullerene adalah anggota penting dari bahan nano berbasis karbon

ikatan kovalen dalam fullerene menjadikannya bahan nano yang berguna

Tinjauan

karena fitur unggulannya dalam potensi efek kurungan kuantum, dimensi rendah, dan luas permukaan besar.135

untuk meningkatkan sifat mekanik komposit.141 Kombinasi fullerene dengan polimer dapat menghasilkan sifat tahan api dan termal yang baik.142 Fullerene dan turunannya digunakan untuk pengembangan pelumas canggih.

Kemajuan Material

5.1.2. CNT. Tabung nano karbon adalah anggota penting dari keluarga bahan nano karbon, dan mereka memasuki keluarga karbon pada tahun 1991 setelah ditemukan oleh S. Iijima.143 Setelah penemuan CNT, penelitian ekstensif dilakukan untuk mengeksplorasi sifat-sifatnya untuk berbagai aplikasi. Kemudian, S. Iijima dan Toshinari Ichihashi melaporkan tabung nano karbon cangkang tunggal dengan diameter 1 nm.144 Tabung nano karbon berbentuk lembaran yang digulung Terlepas dari aplikasi yang disebutkan di atas, fullerene memiliki spektrum

aplikasi yang lebih luas sehingga dapat digunakan untuk meningkatkan hasil secara signifikan. Fullerene mempunyai potensi untuk digunakan dalam pengembangan superkonduktor.140 Yang kuat

keluarga dan mereka tentu memiliki sifat yang luar biasa. Diskusi ini lebih jauh menekankan pentingnya aplikasi tingkat lanjut. Namun, penemuan bahan nano berbasis karbon lainnya telah menempatkan fullerene dalam bayangan, dan laju eksplorasinya telah berkurang. Karena fullerene adalah molekul yang sangat simetris dengan sifat unik, maka fullerene dapat bertindak sebagai peningkat kinerja, namun diperlukan lebih banyak perhatian dari para peneliti untuk pengembangan praktisnya.110

Materi. Adv., 2021, 2, 1821–1871 | 1833

(15)

Gambar 15 Penggulungan lembaran graphene menghasilkan tiga tipe CNT yang berbeda. Dicetak ulang dengan izin dari ref. 155. Hak Cipta: r2005, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Diameter MWCNT biasanya berkisar antara 2–100 nm, dan jarak dinding bagian dalam sekitar 0,34 nm.147,152 Namun, penting untuk dicatat bahwa diameter dan panjang tabung nano karbon tidak ditentukan dengan jelas, dan bergantung pada sintesisnya. rute dan banyak faktor lainnya. Konduktivitas listrik SWCNT dan MWCNT masing-masing sekitar 102 –106 S cm1 dan 103 –105 S cm1 . SWCNT dan MWCNT juga menampilkan konduktivitas termal yang sangat baik masing- masing sebesar B6000 W m1 K1 dan B2000 W m1 K1 . CNT tetap stabil di udara pada suhu lebih tinggi dari 600 1C.153 Sifat ini menunjukkan bahwa CNT

mempunyai keunggulan dibandingkan grafit.

tabung nano karbon berdinding.147 Dalam tabung nano karbon berdinding banyak, beberapa lembar atom karbon satu lapis digulung. Dengan kata lain, banyak tabung nano karbon berdinding tunggal yang bersarang satu sama lain. Dari berbagai jenis nanotube, dapat disimpulkan bahwa nanotube dapat terdiri dari satu, puluhan, atau ratusan cangkang karbon konsentris, dan cangkang tersebut dipisahkan satu sama lain dengan jarak B0,34 nm.148 Karbon nanotube dapat disintesis melalui deposisi uap kimia,149 ablasi laser,150 pelepasan busur,143 dan pertumbuhan katalitik fase gas.151 Tabung nano karbon berdinding tunggal menampilkan diameter 0,4 hingga 2 nm. Jarak dinding bagian dalam antara tabung nano karbon berdinding ganda ditemukan berada di

kisaran 0,33 hingga 0,42 nm.

kekuatan tarik dan rasio aspek yang tinggi menjadikan tabung nano karbon sebagai bahan penguat yang ideal.159 Tabung nano karbon bersifat ringan dan digunakan untuk menghasilkan busa nanokomposit yang ringan dan mudah terbiodegradasi.160 Parameter struktural tabung nano karbon menentukan apakah mereka akan mampu bersifat semi-konduktor atau logam. Sifat karbon nanotube ini dianggap efektif untuk digunakan sebagai elemen sentral dalam desain perangkat elektronik seperti dioda penyearah,161 transistor elektron tunggal,162 dan transistor efek medan.163 Stabilitas kimia, nanotube ukuran, konduktifitas listrik yang tinggi, dan kesempurnaan struktural yang luar biasa dari tabung nano karbon membuatnya cocok untuk aplikasi pemancar medan elektron.164 Kumpulan sifat mekanik dan elektrokimia yang unik menjadikan CNT kandidat cerdas yang berharga untuk digunakan dalam litium-ion

Tabung nano karbon berdinding tunggal dapat menampilkan perilaku logam atau semikonduktor. Apakah karbon nanotube menunjukkan perilaku logam atau semikonduktor tergantung pada diameter dan helisitas cincin grafit.154 Penggulungan lembaran graphene menghasilkan tiga jenis CNT yang berbeda: kiral, kursi berlengan, dan zigzag (Gbr. 15).155 Tabung nano karbon menunjukkan beberapa sifat metalik atau

semikonduktor. karakteristik luar biasa yang menjadikannya bahan nano berharga untuk kemungkinan aplikasi praktis. Studi teoritis dan eksperimental dari tabung nano karbon telah mengungkapkan sifat tariknya yang luar biasa.

atom karbon terhibridisasi sp2 berlapis tunggal . Permukaan nanotube terdiri dari atom karbon hibridisasi sp2 yang disusun dalam segi enam.145 Tabung nano karbon dapat dibagi lebih lanjut berdasarkan jumlah lembaran graphene yang digulung menjadi tabung nano karbon berdinding tunggal, tabung nano karbon berdinding ganda, dan tabung nano karbon berdinding ganda. tabung nano karbon berdinding banyak.

Tabung nano karbon berdinding tunggal terdiri dari lapisan grafit setebal satu atom yang mulus, di mana atom karbon dihubungkan melalui ikatan kovalen yang kuat.146 Tabung nano karbon berdinding ganda terdiri dari dua tabung nano karbon berdinding tunggal. Satu tabung nano karbon disarangkan ke dalam tabung nano lain untuk membuat tabung nano ganda.

JR Xiao dkk. menggunakan model mekanika struktur molekul analitik untuk memprediksi kekuatan tarik SWCNT sebesar 94,5 (tabung nano zigzag) dan 126,2 (tabung nano kursi berlengan) GPa.156 Dalam penelitian lain, modulus Young dan kekuatan tarik rata-rata tabung nano karbon berdinding banyak sepanjang milimeter adalah dianalisis dan ditemukan masing-masing 34,65 GPa dan 0,85 GPa.157 Karbon nanotube memiliki rasio aspek yang tinggi. Karena kekuatan tariknya yang tinggi, tabung nano karbon digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik komposit.

Tabung nano karbon telah menjadi bahan industri yang penting dan ratusan ton diproduksi untuk aplikasi.158 Nilainya yang tinggi

Anoda berbasis CNT dapat memiliki kapasitas litium-ion reversibel melebihi 1000 mA·h g1 , dan ini merupakan peningkatan substansial dibandingkan dengan anoda grafit konvensional. Singkatnya, faktor-faktor berikut berperan dalam mengendalikan dan mengoptimalkan kinerja komposit berbasis CNT:166 (i) fraksi volume tabung nano karbon; (ii) orientasi CNT; (iii) adhesi matriks CNT; (iv) rasio aspek CNT; dan (iv) homogenitas komposit.

Untuk beberapa aplikasi, dispersi CNT dalam air yang stabil dan tepat pada konsentrasi tinggi sangat penting agar sistem dapat menjalankan fungsinya secara efisien dan efektif.167 Salah satu masalah utama yang terkait dengan tabung nano karbon adalah dispersinya yang buruk dalam media air karena sifat hidrofobiknya.

alam. Gugusan CNT terbentuk akibat tarikan van der Waals, penumpukan p–p, dan hidrofobisitas. Cluster CNT, karena interaksinya yang kuat, menghambat kelarutan atau dispersi dalam air atau bahkan sistem berbasis pelarut organik.168 Tantangan dispersi ini terkait dengan

baterai.165 CNT memiliki potensi penuh untuk digunakan sebagai elektroda berdiri bebas tanpa pengikat untuk penyimpanan litium-ion aktif.