Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Nanosains dan Nanoteknologi

Nanosains (nanoscience) atau nanoteknologi (nanotechnology), saat ini banyak diteliti oleh para ilmuwan luar negeri terutama di negara maju seperti Amerika, Eropa, dan Jepang. Nanosains pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli fisika bernama Richard Phillips Feynman pada tanggal 29 Desember 1959 dalam pertemuan tahunan Masyarakat Fisika Amerika (American Physical Society) di California Institute of Technology (Richard Phillips Feynman merupakan Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1965). Pada pertemuan tersebut, Richard Phillips Feynman memberikan gambaran dari istilah nanosains yang kita kenal sekarang ini dalam pidatonya yang berjudul “There’s Plenty of Room at the Bottom”.

Sebenarnya apa yang disebut dengan nanosains?

Nanosains dan nanoteknologi adalah studi perilaku benda-benda dan struktur pada skala yang sangat kecil yaitu sekitar 1 nanometer (10^{-9} m) sampai 100 nanometer (100 \times 10^{-9} = 10^{-7} m). Istilah nano berasal dari kata Yunani yang berarti kerdil. Satuan nano merupakan ukuran panjang sebesar sepermiliar meter atau 1/1.000.000.000 meter. Panjang 1 nanometer merupakan panjang dari barisan 10 atom hidrogen, suatu ukuran yang sangat kecil.

Tabel satuan ukuran dan ilustrasi besar yang relevan dari masing-masing satuan.

Tabel satuan ukuran dan ilustrasi besar yang relevan dari masing-masing satuan.

Untuk mempermudah membayangkan seberapa kecil ukuran nano, kita bisa mengambil contoh seekor kutu yang mempunyai ukuran dalam millimeter. Ukuran seekor kutu ini adalah 1000 kali lebih kecil dibandingkan manusia. Kemudian, coba kita bayangkan, bakteri atau amuba (amuba berukuran 1-2 mikron) adalah makhuk hidup yang berukuran 1000 kali lebih kecil dibandingkan seekor kutu. Dan benda berukuran nanometer adalah 1000 kali lebih kecil dibandingkan dengan amuba.

Skala dari milimeter menuju nanometer.

Skala dari milimeter menuju nanometer.

Mengapa nanosains dan nanoteknologi menjadi sangat penting dan menarik?

Yang membuat nanosains/nanoteknologi menjadi spesial adalah bahwa pada jenis material yang sama, apabila material tersebut mempunyai ukuran beberapa nanometer, seringkali material tersebut akan menunjukkan sifat yang sangat berbeda dan unik. Menariknya, perbedaan ukuran skala besar pada material yang sama tidak menunjukkan hal tersebut. Sebagai contoh, unsur Au mempunyai warna indah coklat kekuningan yang kita ketahui sebagai “emas”. Akan tetapi, jika kita hanya mempunyai 100 atom Au yang kemudian disusun menjadi sebuah kubus, warnanya akan jauh lebih merah dan sangat berbeda dengan warna emas. Dan faktanya, partikel Au akan menghasilkan warna berbeda seperti merah, biru, kuning atau warna lain tergantung dari ukuran partikel.

 Nanogold 12nm: warna kemerahan

Nanogold 12nm: warna kemerahan.

Warna merupakan salah satu sifat (optik) yang berbeda pada material berskala nano. Sifat lainnya, seperti fleksibilitas/kekuatan (sifat mekanik) dan konduktivitas, juga merupakan sifat yang sering sangat berbeda pada material skala nano. Hal inilah yang membuat material skala nano mempunyai sifat yang unik. Nanomaterial secara umum mempunyai karakteristik: ringan, kecil, mempunyai properti unggul dan super.

Nanogold: beda ukuran partikel menghasilkan warna yang berbeda

Nanogold: beda ukuran partikel menghasilkan warna yang berbeda.

Beberapa aplikasi nanosains/nanoteknologi

1) Material serba guna

Material buatan berstruktur nano (artificial nanostructure) yang banyak diteliti oleh ilmuwan antara lain: Carbon Nanotubes (CNT) dan Fullerene. CNT mempunyai kekuatan 100 kali lebih kuat dibanding dengan baja dan sangat fleksibel sehingga bila CNT ini ditambahkan ke dalam material seperti bemper mobil, material tersebut akan mempunyai kekuatan dan fleksibilitas yang sangat tinggi.

model CNT

Model carbon nanotubes.

Sementara itu, fullerene memiliki struktur ikatan yang berbentuk seperti bola sepak. Fullerene mampu berfungsi sebagai kulit untuk pengiriman obat karena material ini mampu menembus dinding sel dan bergerak aman melalui aliran darah secara nonreaktif.

Model Fullerene

Model fullerene.

2) Coating: nanopaints

Nanopaint adalah jenis lapisan atau coating yang diterapkan ke permukaan benda dengan cara yang mirip dengan cat berbasis minyak atau air. Karakteristik utama dari nanopaint adalah bahwa senyawa tersebut mengandung partikel skala nano berupa nanotube. Sebuah nanotube membantu menciptakan sebuah penghalang efektif yang mencegah banyak hal dari gangguan eksternal. Contoh pemanfaatan sifat ini adalah aplikasi nanopaint pada mobil yang membuat permukaan mobil lebih halus, berwarna sangat berkilat, serta tahan terhadap goresan.

Nanopaints pada mobil: warna mengkilap dan tahan goresan.

Nanopaints pada mobil: warna mengkilap dan tahan goresan.

3) Energi: penggunaan nano solar cell

Sel surya pada skala nano (nano solar cell) mempunyai beberapa keuntungan, misalnya efisiensinya akan meningkat. Ukuran sel surya menjadi lebih kecil dan praktis, akan tetapi mempunyai kapasitas yang tinggi. Ahli kimia Paul Alivisatos, seorang profesor kimia di Universitas California, Berkeley, mengembangkan penelitian untuk meningkatkan efisiensi dari sel surya. Efisiensi ini juga mampu mengurangi biaya produksi pembuatan nano solar cell. Nano solar cell ini menggunakan nanorod yang sangat kecil yang tersebar dalam polimer.

Model nano solar cell

Model nano solar cell.

Beberapa terobosan yang muncul di bidang nanosains di atas mengindikasikan bahwa saat ini ilmu dan teknologi nano telah banyak dikembangkan dan semakin banyak dilakukan penelitian oleh para ilmuwan untuk mengetahui potensi-potensi yang masih banyak tersimpan dalam sebuah material berskala nano. Mungkin beberapa tahun ke depan segala aspek kehidupan manusia, seperti pada bidang otomotif, kosmetik , farmasi, tekstil, militer, lingkungan hidup, energi dan konservasinya, akan menggunakan produk-produk berskala nano.

Bahan bacaan:

Penulis:
Murni Handayani, Peneliti LIPI, saat ini sedang melanjutkan studi di Osaka University, Jepang.
Kontak: murnie_h(at)yahoo(dot)com.