(RESUME) Chapter 3 – Zero-Dimensional Nanostructures : Nanoparticle

Chapter 3 – Zero-Dimensional Nanostructures : Nanoparticles

Buku Nanostructures_and_Nanomaterials “Synthesis, Properties and Applications” - Guozhong Cao

Oleh : Halida Rahmi Luthfianti

Sumer : https://www.nextbigfuture.com/2010/11/heterogeneous-nanostructured-electrode.html

3.1. Pendahuluan

Teknik pengolahan suatu bahan (fabrikasi) berukuran nano memiliki berbagai macam cara, termasuk pendekatan top-down dan bottom-up. Teknik tersebut telah banyak dikembangkan dalam sintesis nanopartikel. Top-down, merupakan teknik pengolahan material dari ukuran besar menjadi kecil, yang sudah memiliki fungsi tertentu, contohnya penggerusan (attrition/milling), proses perlakuan panas yang cepat dan berulang (quenching),dan litografi. Proses milling adalah proses penggerusan yang memanfaatkan tumbukkan antara bola dengan dinding wadah. Ball mill banyak digunakan sebagai alat untuk menjadikan nanopartikel, akan tetapi kontaminan dari interaksi antar bola dan dinding kadang menjadi pengotor. Adapun teknik pengolahan lainnya menggunakan pendekatan bottom-up. Bottom-up merupakan teknik pengolahan material yang banyak dilakukan dengan sintesis material menggunakan prekusor tertentu kemudian dijadikan fungsional.

Proses pembentukan partikel nano pada sintesis memiliki beberapa tahapan :

a.       Proses pendekatan kesetimbangan termodinamika

-          Pembangkitan supersaturasi/super jenuh pada larutan

Kondisi dimana pelarut sudah tidak dapat melarutkan zat terlarut.

-          Nukleasi

Pembentukan inti dari larutan-larutan.

-          Pertumbuhan

Merupakan proses yang membentuk antara atom inti pada permukaan (growth surface) dengan atom yang dating (pembentuk)

b.      Proses pendekatan kinetik

3.2. Nukleasi Homogen

Pada proses nukleasi terdapat dua kemungkinan pembentukan inti (nukleasi), yakni : nukleasi homogen dan nukleasi heterogen. Nukleasi homogen adalah pembentukan inti atom yang sejenis dan terjadi secara spontan. Sedangkan nukleasi heterogen adalah pembentukan inti pada suatu material dengan bentuk struktur yang tidak sama antar satu dengan yang lainnya (tejadi pada permukaan, impuritas, batas butir, dislokasi)

Proses nukleasi terjadi beberapa tahapan :

-          Nukleasi meningkat, maka probabilitas pertumbuhan partikel meningkat pula.

-          Spesies tumbuh (pusat nukleasi)

-          Successful growth : tumbuh dan berkumpul mempentuk permukaan bahan.

·         Dasar-dasar Nukleasi Homogen

-          Perubahan energy bebas gibbs per volume.

Energi Gibbs merupakan hal yang perlu diperhatikan dalam pencampuran larutan dan terlarut. Larutan tidak hanya berbentuk cairan, tetapi termasuk gas juga.  

-          Perubahan energy gibbs atau energi volume

Satuan dari butiran larutan terbagi menjadi dua, yakni energi volume dan energi permukaan. 

Penjumlahan dari energy volume dan energy permukaan merupakan total energy yang terjadi pada fenomena tersebut, yang kemudian akan membentuk puncak pada grafik. Kondisi puncak tersebut disebut kondisi kritis, dimana saat terjadi kondisi kritis nukleus paling stabil.

·         Pertumbuhan nukleasi tahap selanjutnya :

-        Pembangkitan spesies tumbuh

-        Pertumbuhan yang diontrol dari difusi, yani lompatnya spesies ke pusat nukleasi. Yang mengakibatkan adanya diffusion jump frequency, yaitu proses transformasi atom dari satu konsentrasi ke konsentrasi lainnya yang mengakibatkan adanya frekuensi.

-       Proses adsorpsi, yakni pertumbuhan yang terjasdi pada permukaan, menempelnya bulk menuju pusat permukaan.

·         Sintesis nanopartikel logam

Pembentukan ukuran logam nanopartikel diperoleh dengan mencampurkan zat terlarut (konsentrasi rendah) dan polimer lapisan tunggal pada permukaan pertumbuhan. Secara umum, pengaruh-pengaruh terhadap sintesis yakni :

-          Reduksi reagen, yang lebih kuat menyebabkan laju reaksi lebih cepat dan menghasilkan nanopartikel berukuran lebih kecil.

-          Penstabil polimer, yang digunakan untuk stabilisasi reaksi dapat memberikan beragam pengaruh pada proses penumbuhan nanopartikel karena interaksi antara permukaan partikel dan polimer bergatung pada sifat kimia permukaan polimer-partikel, larutan, dan suhu

-          Pengaruh dari at lainnya, seperti reduksi methanol pada H₂PtC₁

·         Sintesis nanopartikel semikonduktor

-          Nanopartikel semikonduktor nonoksida umumnya disentesis dengan metode pirolisis atau menguraikan prekursor logam organik dalam pelarut nonhidrat dengan temperatur tinggi dalam tempat kedap udara dengan menambahkan stabilizer polimer atau capping material

·         Sintesis nanopartikel oksida

Pada umumnya sintesis nanopartikel oksida lebih stabil secara termal dan kimiawi dibandingkan semikonduktor dan logam, tapi hal tersebut menjadi penyebab reaksi dan penumbuhan nanopartikel oksida lebih sulit untuk dimanipulasi. Sintesis nanopaterikel oksida umumnya dilakukan menggunakan proses sol-gel.

-          Sol-gel, merupakan proses yang . Yang meliputi beberapa tahap :

-          Hidrolisis, merupakan jenis reaksi dekomposisi di mana salah satu reaktannya berupa air.

-          Kondensasi, merupakan perubahan wujud benda ke wwujud yang lebih padat.

-          Pembentukan kristal

·         Reaksi fase uap

-          Secara umum, reaksi dan sintesis nanopartikel dialkukan pada suhu tinggi dan dalam keadaan vakum.

-          Keadaan vakum dibutuhkan untuk memastikan konsentrasi rendah pada pertumbuhan molekul, sehingga dapat mengendalikan difusi penumbuhan berikutnya

·         Segregasi fase padat

-          Nanopartikel logam dan semikonduktor dalam matriks kaca pada komposit dibentuk menggunakan metode nukleasi homogen dalam keadaan padat.

Logam atau semikonduktor yang diinginkan didistribusikan secara homogen dalam lelehan kaca liquid pada suhu tinggi, sebelum didinginkan dengan cepat pada temperatur ruang.

3.3. Nukleasi Heterogen

Prinsip dasar pembentukan inti dalam pendektan kesetimbangan termodinamika sama dengan nukleasi homogeny, begitupun konsep perubahan energy gibbs per volumenya. Yang membedakan adalah perubahan energy volume, perubahan energy permukaan dan atom-atom yang menempel yaitu bukan atom yang sejenis. Beberapa fenomena dalam nukleasi heterogen sebagai berikut :

-          Hidrofobik, sifat fisik suatu molekul yang tidak suka dengan air, dan memiliki sudut < 90 derajat dan lebih besar sama dengan 0 derajat antara liquid dan solid .

-   Hidrofilik, sifat fisik suatu molekul yang tidak suka dengan air, dan memiliki sudut memiliki sudut < 180 derajat dan lebih besar sam dengan 90 derajat antara liquid dan solid.

·         Sintesis nanopartikel

Contoh dari sintesis nanopartikel dalam pendekatan nukleasi heterogen yaitu pada sintesis antara perak dengan Highly Oriented Pyrolitic Graphite (HOPG). Agar atom-atom tersusun dilakukan pemanasan dan fungsi graphite untu menumbuhkan atom-atom tersebut.

3.4. Proses Pendekatan Kinetik

Pertumbuhan yang dikontrol secara kinetik adalah membatasi pertumbuhan secara spasial sehingga pertumbuhan berhenti ketika terbatasnya jumlah bahan sumber yang dikonsumsi atau ruang yang tersedia sudah terisi semua. Adapun kontrol yang dilakukan dalam ruang tersebut yakni :

a)      Air yang dikontrol oleh dan atau dalam gas, seperti aerosol (cairan di dalam kabut gas) dan spray.

b)      Air yang dikontrol dalam air, seperti sintesis micelle dan mikro emulsi.

c)      Dibuat template untuk sintesis, salah satu contohnya dibuat cetakan tapi dalam ukuran nano.

d)     Sintesis self-termining, seperti besi oksida, nanopartikel Fe₃0₄ terdispersi dalam matriks polimer padat, dapat disintesis oleh infiltrasi larutan besi klorida.

Pada proses ini tidak dipaksa untuk supersaturasi terlebih dahulu.

(RESUME) Chapter 1 - Introduction of nanotechnology

Chapter 1 – Introduction of Nanotechnology

Buku Nanostructures_and_Nanomaterials “Synthesis, Properties and Applications” - Guozhong Cao

“There is plenty room of the bottom”

-Richard Feyman-

https://www.oxfordmartin.ox.ac.uk/research/programmes/nanoscience/

Pada tahun 1959 ilmuwan hebat Richard Feyman sudah mengetahui akan potensialnya sesuatu yang berukuran semakin kecil. Maksud dari pada pernyataan tersebut adalah semakin dalam kita melihat, maka akan semakin banyak ruang yang dapat diamati. Ruang-ruang tersebut adalah partikel-partikel yang berukuran semakin kecil, akan tetapi memiliki efek besar. Petualangan Richard Feyman dengan pernyataannya adalah mengawali pengembaraan nanoteknologi yang hari ini menjadi tanda kemajuan zaman.

Nanoteknologi merupakan teknologi material yang berukuran nano. Material berukuran nano adalah material yang memiliki dimensi yang berkisar kurang dari 100 nm, atau berkisar 10^-9 meter. Adapun ukuran atom terkecil adalah atom hidrogen yang memiliki jari-jari 0,5 amstrong atau 0,5 x 10^-10 meter. Jika disetarakan dengan atom hydrogen, satu nanometer kira-kira setara dengan10 atom hydrogen yang dibariskan atau setara dengan 5 silikon yang dibariskan. Ukuran kecil atom hydrogen menjadi hal yang menarik, sehingga atom hydrogen banyak dibahas di mekanika kuantum, hingga tingkat level-level energinya. Hal tersebut dilengkapi dengan teori Landau-Lifshitz bahwa Jika tinjauan klasik atas gejala ini membolehkan partikel untuk memiliki bentuk distribusi energi yang kontinyu, sesuai dengan medan B serta kecepatan awal partikel, maka Landau menunjukkan bahwa partikel justru hanya boleh memiliki tingkat-tingkat energi tertentu.

Secara umum nanoteknologi dapat difahami sebagai teknologi desain, fabrikasi atau pembuatan, dan aplikasi dari struktur nano. Pemanfaatan nanoteknologi saat ini sudah hamper masuk ke segala bidang keilmuan khusunya natural science. Berikut beberapa contoh pemanfaatan nanoteknologi :

•        Drug delivery. Pengantar atau pembawa obat, yakni dengan menempatkan obat di dalam nanotube karbon, dianggap sebagai nanoteknologi.
•          Micro-electromechanical systems (MEMS), serangkaian system yang merubah elektrik menjadi mekanik atau merubah mekanik menjadi elektrik. Terbuat dari bahan semikonduktor
•         Lab-on-a-chip, memiliki ukuran sub-mikron, reaksi yang dibutuhkan sangat kecil.

Selain itu, nanoteknologi banyak berperan dalam pembuatan transistor. Transistor terbagi menjadi 2, yakni BJT (Bipolar Junction Transistor) dan MOSFET (Metal Oxide Silicon atau Semiconductor FET). Adapun beberapa ilmuan yang terkenal dalam menggeluti bidang ini adalah Bardeen, Brattain dan Shockless yang merupakan pemenang dua kali nobel.

Ada banyak cara untuk fabrikasi dan pengolahan seperti top-down dan bottom-up. Top-down merupakan pengolahan material dari ukuran besar menjadi kecil, yang sudah memiliki fungsi tertentu. Sedangkan bottom-up merupakan pengolahan dari material berukuran kecil atau cairan kemudian dijadikan fungsional. Sintesis molekul polimer besar adalah pendekatan bottom-up yang khas, dimana blok bangunan individu (monomer) berkumpul untuk molekul besar atau polimerisasi. Pertumbuhan kristal adalah pendekatan bottom-up yang lain, dimana baik pertumbuhan atom, atau ion atau molekul yang teratur merakit ke dalam struktur kristal yang diinginkan pada pertumbuhan permukaan bahan oleh kumpulan partikel berukuran nano. Pertumbuhan nanomaterial dibagi menjadi beberapa bagian, yakni :

•  Pertumbuhan fase uap, yakni perubahan uap langsung menjadi padat. Dalam kehidupan sehari-hari kita dapat melihat pada peristiwa pemadatan kotoran hidung, hal tersebut berawal dari uap udara yang dihirup, sedang hidung dalam keadaan suhu yang hangat, sehingga terjadi pembentukan uap udara tersebut menjadi kotoran hidung. Selain itu juga peristiwa uap air dan kaca, proses yang terjadi mirip dengan kotoran hidung
• Pertumbuhan fase cair. Contohnya pada sintesis material yang berbentuk koloid kemudian menjadi padatan
• Pertumbuhan fase padat. termasuk fase pemisahan untuk membuat partikel logam dalam matriks kaca.
• Pertumbuhan Hybrid, termasuk pertumbuhan uap-cair-padat (VLS) dari kawat nano.

Surabaya dan Hangatnya Ber-Muhammadiyah

Pertama kali berkunjung ke surabaya, aku membayangkang sumuk dan padatnya kota besar ini.Atau mungkin seperti ibu kota besar lainnya, solokan berbau dan berwarna, ah ibu kota. 

Dan Katanya..Belum lagi Nada tinggi bicara, "jangan kaget itu bukan marah" katanya. 

Tapi islam tetaplah islam, bagiku ideologi yang ditanamkan lewat Muhammadiyah membuat bertahan dimanapun tempatnya, bagaimanapun kulturnya. Maka perbedaan kultur merupakan laboratorium pembelajaran terhebat untuk mencapai sebaik2nya budi.Gedung tinggi itu, bukan perguruan tinggi, tapi sekolah dasar di sekitar perguruan tinggi. Aku mulai melihat kehangatan kota ini, SD Muhammadiyah 26, panti asuhan, dll komplek Muhammadiyah. Ku hubungi beberapa kawan IMM ITS, sepertinya kami tak pernah lama bersua, tapi begitu akrab, rasanya paling enak untuk direpotkan hehe 

Keesokan harinya ku hubungi guru terhebatku, Gus Pur. Untuk sekedar mencicipi Laboratorium Fiska Teori ITS, walau rada alergi kuantum, ah untung pindah ngobrol ke ruangannya.Katanya, teman terbaik adalah teman yang tak segan untuk 'direpotkan' dan 'merepotkan'. Entahlah, tapi begitulah kira2 karena kesamaan ideologi, 'repot dan merepotkan' menjadi begitu filosofis. Lalu kami diajak keliling menikmati kota surabaya. Katanya "memuliakan tamu" hehe *tau aja, ini mesti kader sdah lulus DAD, peka :') Ruangan dosen Fisika, isinya kitab2 tafsir quran, ayat2 semesta, Nalar ayat2 semest, dan buku2 fisika teori jelas numpuk disitu. 

Muhammadiyah pelopor pembaharu, maka spirit berkemajuan harus selalu dijiwai."karena belajar itu babnya agama, sub bab nya fisika, kimia, ekonomi, hukum, dll." Filosofis!! Obrolan semakin renyah, mulai akademik hingga proyek peradaban Trensains, kemarin baru meluluskan angkatan kedua. Generasi pecinta quran dan sains. Aku melihat, peradaban islam akan segera direbut kembali. Minimal, sedang diperjuangkan. Ada tekad untuk bangkit. Ada semangat untuk kembali mengarungi. Namanya ikhtiar, capek, lelah, tapi ada mimpi yang harus segera dicapai. Itulah perjuangan. 

Besok, aku harus pulang, ada harapan, semoga pulang untuk kembali :)Sebelumnya antrian panjang, 2 jam lebih obrolan kami berakhir karena beliau harus mengajar di kelas. 

Aku menemukan kehangatan di Surabaya, lagi2 karena kesamaan ideologi.

Surabaya, 12 Mei 2017

OPTIMASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ARUS LAUT MENGGUNAKAN SISTEM TURBIN SAVONIUS TERMODIFIKASI

Jurnal pertama..
Adalah semoga sebagai pembuka karya-karya selanjutnya

Sila KLIK!
http://ejournal.undip.ac.id/index.php/berkala_fisika/article/view/9668

Fundamental Physics

Selamat belajar :)

https://www.youtube.com/watch?v=KOKnWaLiL8w&list=PLFE3074A4CB751B2B

https://www.youtube.com/watch?v=Uo28HOrhipc&list=PLUdYlQf0_sSsb2tNcA3gtgOt8LGH6tJbr