Carbon Nanotube sering disingkat dengan sebutan CNT merupakan aterial yang saat ini sangat populer di kalangan peneliti teknologi nano dan mengundang perhatian industri-industri raksasa elektronika yang memiliki sifat elektronik dan mekanik yang luar biasa. CNT adalah satu rantai atom karbon yang berikatan secara heksagonal berbentuk silinder tabung yang berdiameter 1-2 nanometer. Silinder tabung CNT ini memiliki panjang beberapa puluh mikrometer dengan ujung- ujungnya memiliki tutup seperti layaknya pil obat.
Struktur CNT mirip dengan fullerene. Bedanya atom-atom karbon pada fullerene membentuk struktur seperti bola, sedangkan CNT berbentuk silinder yang tiap ujungnya ditutup oleh atom-atom karbon yang berbentuk setengah struktur fullerene. Silinder CNT sering digambarkan sebagai lembaran-lembaran graphene (bagian dari struktur grafit) yang digulung. Silinder yang dibentuk dikarakterisasi berdasarkan diameter dan sudut kiralnya atau oleh indeks (n,m). Struktur CNT yang bernilai indeks (n,0) disebut struktur zigzag, yang bernilai indeks (n,n) disebut dengan armchair, dan struktur-struktur lainnya disebut dengan struktur intermidiate.
CNT dikelompokkan menjadi dua jenis. Jenis yang pertama adalah CNT berdinding tunggal di mana hanya ada satu tabung silinder karbon. Sedangkan jenis yang kedua adalah CNT berdinding ganda di mana satu tabung silinder CNT terdiri atas beberapa CNT di dalamnya, layaknya lingkaran lapisan pada kayu yang berlapis-lapis.
Karakteristik dari CNT ini memiliki beberapa kelebihan, antara lain:
1. Konduktivitas listriknya jauh melampaui tembaga, sedangkan kemampuan menghantarkan panas lebih tinggi dari berlian
2. memiliki kemampuan menghantarkan energi jauh lebih baik dibandingkan dengan seluruh material penghantar energi yang ada
3. memiliki daya tahan terhadap temperatur tinggi serta lebih ringan dari aluminium
4. CNT dapat diatur sifat elektroniknya sesuai yang diinginkan, mulai dari bersifat superkonduktor, semikonduktor, hingga insulator, tergantung pada arah ikatan heksagonal pada dinding CNT itu. Dikarenakan ukuran diameter yang berskala nano ini, maka CNT dapat digolongkan sebagai struktur elektronik satu dimensi (hanya panjang CNT saja yang memiliki dimensi). Kondisi ini mengakibatkan elektron dapat berjalan sepanjang CNT tanpa hambatan sedikitpun. Berapa pun arus yang diberikan dalam CNT akan dapat dialirkan tanpa sedikitpun menimbulkan panas.
5. Material ini memiliki nilai modulus Young dan kekuatan meregang yang tinggi. Kedua sifat mekanik ini menyebabkan CNT merupakan material yang sangat keras dan kuat tetapi mudah dibengkokkan. Sifat mekanik ini akan membuat penghantar listrik yang dibuat dari bahan CNT akan memiliki kelenturan yang tinggi, yang memungkinkan fleksibilitas dalam pemakaiannya akan jauh lebih tinggi dibandingkan dengan jenis penghantar tegangan tinggi yang ada saat ini.
6. CNT yang dibentuk dengan material berpori akan memiliki permukaan yang sangat luas, yang memungkinkan terjadinya akses elektrokimia pada susunan pori-pori CNT dapat berlangsung dengan sangat baik
Aplikasi penggunaan CNT ini adalah dapat digunakan sebagai alat penghasil emisi medan elektron yang banyak digunakan pada TV atau monitor layar datar, lampu, tabung gas bermuatan, Sinar X serta pembangkit gelombang mikro. Inilah aplikasi CNT pada alat elektronik yang paling banyak menarik perhatian kalangan peneliti nano-elektronik dan juga kalangan industri. Tidak mengherankan jika 45 persen hasil penelitian tentang aplikasi CNT yang telah dipatenkan berkisar tentang emisi elektron ini. CNT memiliki kemampuan yang sangat baik sebagai penghasil medan elektron dikarenakan jika sebuah tegangan diberikan di antara permukaan lapisan CNT dan sebuah anoda, maka akan menghasilkan medan lokal yang tinggi sebagai akibat dari sangat kecilnya radius tabung CNT. Pada layar datar, medan elektronik yang dihasilkan ini mampu mengarahkan pancaran elektron ke arah anoda di mana fosfor kemudian menghasilkan warna.
Tabung karbon berukuran nano (nanotubes) yang didoping dengan nitrogen memiliki potensi untuk menggantikan katalis platina yang mahal yang biasa digunakan untuk mereduksi oksigen didalam sel bahan bakar, menurut para peneliti di Ohio (Science 2009, 323, 760). Penemuan ini dapat menurunkan harga dari sel bahan bakar, yang merupakan teknologi menjanjikan namun memiliki masalah dalam pengaplikasiannya dalam skala besar seperti pada kendaraan bermotor karena harga katalis yang mahal disamping segi ketahanannya. Sekumpulan karbon nanotube yang tersusun vertikal, yang sebagian atom karbon digantikan dengan nitrogen dapat mereduksi oksigen dalam larutan alkali lebih baik dibandingkan katalis platina yang telah lama dipakai dalam teknologi sel bahan bakar sejak 1960an. Lebih dari itu, nanotube tidak terpengaruh oleh racun katalis berupa karbon monoksida yang terbukti mendeaktivasi katalis platina. Penyebab utama dari aktifitas tinggi oleh nanotube berdoping nitrogen karena kemampuan menerima elektron dari atom nitrogen yang akan menghasilkan muatan positif pada atom karbon disebelahnya. Muatan ini menarik elektron dari anoda dan mendorong reaksi reduksi oksigen. Peran baru dari nitrogen doping tersebut sangat penting dan dapat diaplikasikan untuk mengembangkan berbagai katalis pereduksi oksigen berbahan non logam yang efisien diluar aplikasinya dalam fuel cells.
Proses sintesis CNT salah satunya yaitu dengan menggunakan metode chemical vapor deposition (CVD). Metode ini memiliki kelebihan antara lain: lebih murah, mudah, dan kemungkinan aplikasi untuk skala yang lebih besar. Yang digunakan sebagai sumber karbon adalah alkohol. Katalis Co/Fe yang telah diimpregnasi dan dikalsinasi, diletakkan pada boat keramik dan dimasukkan pada reaktor kuarsa. Reaktor ditempatkan pada tube furnace dan dikondisikan pada keadaan vakum dan diset pada suhu yang diinginkan yaitu 800 OC, 900 OC dan 1000 OC. Alkohol dialirkan masuk ke dalam furnace selama 20, 30, dan 40 menit dalam aliran gas Ar dan H2. Katalis diimpregnasikan pada penyangga silika gel dan zeolit. Sedang alkohol yang digunakan adalah etanol dan metanol. Karbon nanotube berbentuk lurus dengan diameter 50 – 100 nm dan termasuk tipe multiwall nanotube (MWNT). Mekanisme pertumbuhan katalis mengikuti tipe extrusion / root growth mechanism.
No comments:
Post a Comment