Nanomaterial 2021

Buku ini dimaksudkan untuk dipakai pada perkuliahan Pengantar Nanomaterial satu semester pada Ilmu-ilmu Murni seperi Fisika, Kimia, Biologi dan Material. Namun buku ini dapat juga dipakai dalam Ilmu Teknik seperti Kimia, Mesin, Lingkungan, Metalurgi dan Elektro. Akhir-akhir ini sering terdengar kata-kata nanosains dan nanoteknologi. Sesuai dengan namanya nanosains mengacu pada pengetahuan benda-benda berukuran nano atau jelasnya sepermiliar meter dan disingkat dengan nm. Sebagai perbandingan, ukuran semut setara dengan kira-kira 5.000.000 nm atau ukuran rambut manusia setara dengan 75.000 nm. Secara umum nanoteknologi mencakup banyak jenis penamaan seperti nanomaterial, nanopartikel, nanokomposit, nanomagnet, nanoobat dan lain-lain. Tujuan penulisan buku ini adalah untuk memberikan pengertian mengenai nanomaterial seperti sejarah awalnya, awal ketertarikan para peneliti tentang bahan ini, berbagai aspek manfaatnya, sifat-sifat uniknya, dan sebagainya. Tidak kalah pentingnya adalah bagaimana mempersiapkan suatu bahan agar memenuhi syarat supaya dapat disebut sebagai bahan nanomaterial. Ada dua pertanyaan utama di sini. Bagaimana sifat bahan nanomaterial berkaitan dengan ukuran dan bentuk molekul di dalamnya. Biasanya sifat fisis suatu material terutama dalam hal polimer dan keramik, pembahasan sangat banyak berkaitan dengan tensil, kompresi, modulus, ruptur, muai termal, creep dan sebagainya. Dalam hal nanomaterial, sifat fisis yang berbeda nyata dengan bahan limpahan dapat dijumpai misalnya titik lebur bahan nano CdSe berukuran 3 nm akan melebur pada 700 K sementara kalau dalam bentuk limpahan, baru melebur pada 1678 K. Penurunan ini luar biasa besarnya dalam konteks titik lebur. Begitu juga dalam hal konduktivitas panas, penurunan ukuran partikel menyebabkan menurunnya konduktivitas panas bahan. Sifat kimia material nano juga berubah bila dibandingkan dengan ukuran mikro. Hal ini sebagai akibat terjadinya kenaikan luas permukaan bahan yang terpapar ke lingkungannya sehingga reaktivitas partikel-partikel akan naik dengan pesat. Itulah sebabnya aktivitas bahan fotokatalis akan meningkat seiring dengan menurunnya ukuran partikel. Bab II membahas cara dan metode-metode pembuatan bahan nanomaterial. Secara umum pendekatan teknologi nano ada dua, yaitu dari atas-ke bawah dan dari bawah-ke atas. Contoh pendekatan dari bawah-ke atas adalah dispersi koloidal sementara dari atas-ke bawah adalah membuat ukuran nano dari limpahan atau bongkahan besar menjadi ukuran nano melalui berbagai proses seperti penggilingan bola dan atrision. Sampai sejauh ini, metode preparasi nanomaterial dapat dilakukan dengan berbagai metode seperti sol gel. Hasil akhir bisa berupa film padat, keramik padu, serat keramik dan aerogel. Metode lain yang banyak dilakukan adalah pelapisan vakuum, kondensasi atau pemadatan gas, deposisi uap kimia, kondensasi uap kimia, pemercikan, elektrodeposisi, nanolitografy dan lain-lain. Pada Bab III membahas sifat listrik bahan nano terutama tahanan jenis. Selanjutnya Bab IV dikhususkan membahas preparasi spesifik bahan nanomaterial seperti ablasi laser. Sifat mekanik kekerasan disajikan pada Bab V dan dilanjutkan dengan karakteristik bentuk partikel pada Bab VI. Dalam berbagai aspek, bentuk partikel nano emas dan nanoperak memainkan peranan penting dalam aktivitas kimianya. Bagaimanapun setelah dipelajari pembuatan bahan nano perlu karakterisasi untuk melihat bagian luar dan di dalam bahan. Untuk melihat struktur perlu analisis difraksi sinar-X atau X-ray diffraction (XRD), mikroskop elektron transmisi atau transmission electron microscopy (TEM). Kadang karakterisasi ini digabungkan dengan analisis spektroskopi Raman untuk mendapat hasil yang lebih baik misalnya dalam hal penentuan amorph dan kristal. Selain TEM, karakterisasi penting lainnya untuk bahan nano adalah mikroskop gaya atom (AFM) dan penghamburan cahaya dinamis (DLS). Kombinasi perhitungan ukuran partikel berdasarkan persamaan Scherer, TEM, AFM dan DLS akan semakin meyakinkan kita dalam hal konfirmasi ukuran partikel nano yang sebenarnya. Semoga buku ajar ini dapat membantu mahasiswa lebih memahami perkuliahan nanomaterial dan bisa mendorong pembaca lebih menghargai betapa pentingnya peranan nanomaterial dalam perkembangan ilmu pengetahuan ke depannya.