Nanoteknologi: Pengertian, Penerapan dan Contoh Nano Tekologi

  Nanoteknologi, sebuah teknologi yang dianggap mampu mengubah dunia melalui berbagai aplikasinya, dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari dalam berbagai bentuk seperti kaca, cat, bahkan tabir surya yang melindungi kulit dari sinar matahari.

Nanoteknologi telah banyak dikembangkan di negara-negara maju untuk menciptakan teknologi baru. Beberapa contoh penelitian yang sedang berlangsung saat ini termasuk robot nano, beton dengan kemampuan memperbaiki diri sendiri, dan seragam militer yang canggih.

Apa itu nanoteknologi?

Nanoteknologi adalah ilmu pengetahuan dan teknologi yang berhubungan dengan benda-benda yang memiliki satu atau lebih dimensi (panjang/lebar/tinggi) dalam skala nanometer. Istilah nano menunjukkan skala 10^(-9) dalam hal dimensi (ukuran) material, sehingga nanometer berarti 10^(-9) meter.

Objek yang termasuk dalam rezim nanoteknologi biasanya memiliki salah satu dimensi di bawah 100 nm. Namun, esensi sebenarnya dari nanoteknologi tidak hanya terletak pada dimensi tetapi juga pada perubahan sifat material pada dimensi kecil. Jadi, bahkan benda berukuran 200 nm dapat dianggap sebagai material nano yang “tepat” jika menunjukkan beberapa penyimpangan yang signifikan dari sifat materialnya secara massal atau skala mikrometer.

Apa Saja Contoh Nano Teknologi?

Berikut ini merupakan beberapa contoh dari teknologi nano yg ada saat ini:

1. Partikel nano dalam losion tabir surya: Partikel nano digunakan dalam losion tabir surya untuk meningkatkan efektivitas perlindungan terhadap sinar matahari.
   
   
2. Kaca/cat anti-kotoran dengan pelapis nano: Pelapis nano pada kaca atau cat dapat membuat permukaannya menjadi sangat licin sehingga kotoran dan air tidak dapat menempel.
   
   
3. Laboratorium pada sebuah chip (µ-TAS): Ini adalah sistem pengujian dan analisis mikro yang memungkinkan berbagai jenis pengujian dilakukan pada skala yang sangat kecil.
   
   
4. Bahan nanokomposit: Bahan ini terdiri dari partikel nano yang digabungkan dengan bahan lain untuk menciptakan material dengan sifat unik.
   
   
5. Graphene: Penemuan graphene, alotrop karbon dua dimensi, pada tahun 2004 telah menciptakan antusiasme yang sangat besar karena sifat elektroniknya yang lebih unggul daripada semikonduktor konvensional.
   
   
6. Sistem nanoelektromekanis (NEMS): Ini adalah perangkat yang menggabungkan prinsip-prinsip mekanika dan elektronika pada skala nano.

Bagaimana Cara Kerja Nanoteknologi?

Nanoteknologi bekerja berdasarkan dua konsep utama: rasio permukaan terhadap volume yang ditingkatkan dan pengurungan kuantum.

1. Rasio Permukaan terhadap Volume (S/V)

Konsep ini menjelaskan bahwa semakin kecil ukuran partikel, semakin banyak atom atau molekul material yang terpapar ke lingkungan. Hal ini karena rasio permukaan terhadap volume (S/V) meningkat seiring dengan penurunan ukuran partikel. Sebagai contoh, partikel berdiameter 100 nm hanya memiliki 2% atom yang terpapar ke permukaan, tetapi jika ukuran partikel berkurang menjadi 10 nm, 20-25% atom menjadi terpapar, dan jika berkurang lagi menjadi 3 nm, 45-60% atom terpapar. Dengan demikian, partikel menjadi lebih aktif secara kimiawi.

2. Pengurungan Kuantum

Konsep ini muncul dari pengurangan ukuran material yang mengarah ke fungsi gelombang elektronik menjadi lebih terbatas. Hal ini menghasilkan perubahan yang terkait dengan sifat elektronik dan optik dari material nano. Misalnya, nanopartikel logam menunjukkan variasi warna suspensi koloid dengan perubahan ukuran partikel, fotoemisi UV, dan fotoluminesensi yang ditingkatkan.

Nanoteknologi memanfaatkan perubahan dalam sifat fisik dan kimia material pada skala nano untuk menciptakan aplikasi baru dan inovatif di berbagai bidang, termasuk nanomedisin, nanobioteknologi, dan nanoelektronika.

Apa Saja Penerapan Nanoteknologi Dalam Berbagai Bidang?

Teknologi nano sudah banyak di terapkan dalam banyak bidang, berikut ini merupakan beberapa contoh penerapannya:

1. Mobil

Nanoteknologi digunakan untuk membuat bahan nanokomposit yang tangguh dan sangat ringan untuk mobil sport dan sepeda motor berkinerja tinggi. Selain itu, cat tahan kotoran dan kaca depan/kaca spion anti-kabut dengan pelapis nano hidrofobik juga merupakan aplikasi nanoteknologi dalam industri otomotif.

2. Kedirgantaraan

Dalam industri kedirgantaraan, nanoteknologi digunakan untuk membuat komposit serat karbon untuk pesawat terbang dan helikopter modern yang membantu mengurangi berat dan meningkatkan efisiensi bahan bakar.

3. Konstruksi

Nanoteknologi digunakan dalam industri konstruksi untuk membuat beton "memperbaiki diri" yang terbuat dari aplikasi nanokomposit dan nanobioteknologi. Selain itu, kaca jendela yang mudah dibersihkan untuk gedung pencakar langit memiliki lapisan nanorod di permukaan yang dapat dibersihkan hanya dengan air tanpa sabun/surfaktan.

4. Pertahanan

Dalam sektor pertahanan, nanoteknologi digunakan untuk membuat helm nanokomposit yang lebih ringan dan lebih baik serta antipeluru untuk personel keamanan/kontraterorisme.

5. Elektronik

Nanoteknologi digunakan dalam bidang elektronik untuk membuat MOSFET skala nano, FET tabung nano karbon (CNT), graphene FET, pemancar medan CNT, laser kaskade kuantum, transistor elektron tunggal (SET), dan masih banyak lagi.

6. Perawatan Kesehatan

Dalam bidang perawatan kesehatan, nanoteknologi digunakan untuk pengiriman obat berkemampuan nano di mana agen tertentu secara selektif dikirim ke lokasi tertentu untuk mengobati penyakit kompleks seperti kanker, tumor, dan penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer.

Selain itu, "Lab pada chip" atau mikrofluida digunakan untuk menguji dan menganalisis sistem untuk secara otomatis menguji sejumlah besar patogen. Penggunaan yang lebih umum adalah pelapis antibakteri dari Nano yang diaktifkan dengan cahaya Titanium di toilet, rumah sakit, dan interior sistem transportasi umum.

Sifat Fisik dan Kimia Bahan Nano

Berikut adalah sifat fisik serta kimia dari bahan nano:

1. Aktivitas Kimia yang Lebih Tinggi

Bahan nano memiliki aktivitas kimia yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan skala besar. Hal ini disebabkan oleh peningkatan rasio permukaan terhadap volume (S/V) yang membuat lebih banyak atom atau molekul material terpapar ke lingkungan. Sebagai contoh, partikel berdiameter 100 nm hanya memiliki 2% atom yang terpapar ke permukaan, tetapi jika ukuran partikel berkurang menjadi 10 nm, 20-25% atom menjadi terpapar, dan jika berkurang lagi menjadi 3 nm, 45-60% atom terpapar.

2. Perubahan Sifat Elektronik dan Optik

Pengurungan kuantum yang terjadi akibat pengecilan ukuran partikel menyebabkan fungsi gelombang elektronik menjadi lebih terbatas. Hal ini menghasilkan perubahan yang terkait dengan sifat elektronik dan optik dari material nano. Misalnya, nanopartikel logam menunjukkan variasi warna suspensi koloid dengan perubahan ukuran partikel, fotoemisi UV, dan fotoluminesensi yang ditingkatkan.

3. Penurunan Titik Leleh

Rasio S/V yang tinggi juga bertanggung jawab atas penurunan titik leleh dalam kristal nano.

4. Perubahan dalam Struktur Pita Material

Pengurungan kuantum yang lebih kuat atau lebih lemah yang dihasilkan oleh ukuran partikel yang lebih kecil atau lebih besar menghasilkan peningkatan atau penurunan celah pita dan memodifikasi struktur pita material. Hal ini menghasilkan perubahan dalam mobilitas dan massa efektif elektron, konstanta dielektrik relatif, dan sifat optik.

Kesimpulan

Teknologi nano merupakan bidang dengan banyak penerapan di bidang industri, dua konsep utama nanoteknologi adalah rasio permukaan terhadap volume yang ditingkatkan dan pengurungan kuantum. Rasio permukaan terhadap volume yang ditingkatkan membuat lebih banyak atom atau molekul material terpapar ke lingkungan, sehingga meningkatkan aktivitas kimia partikel. Pengurungan kuantum, di sisi lain, menghasilkan perubahan dalam sifat elektronik dan optik material nano.

Aplikasi nanoteknologi sangat beragam dan telah menemukan jalan mereka ke berbagai industri seperti mobil, dirgantara, bioteknologi, kosmetik, pertahanan, energi, elektronik, perawatan kesehatan, olahraga/kebugaran, tekstil, dan alas kaki. Dalam setiap industri ini, nanoteknologi digunakan untuk meningkatkan efisiensi, kinerja, dan keberlanjutan produk dan proses. Dengan demikian, nanoteknologi memiliki potensi untuk membawa perubahan signifikan dalam cara kita hidup dan bekerja.