Carbon Nanotube, Material Ajaib Primadona Teknologi NanoBrian Yuliarto (Universitas Tokyo)
GEMPITA teknologi nano yang diprediksikan akan melahirkan revolusi baru dalam dunia elektronika agaknya semakin mendekati kenyataan dengan pesatnya perkembangan Carbon Nanotube yang sering disingkat dengan sebutan CNT. Material yang saat ini sangat populer di kalangan peneliti teknologi nano dan mengundang perhatian industri-industri raksasa elektronika untuk menggelutinya ini kerap disebut sebagai material ajaib karena sifat elektronik dan mekaniknya 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.
Sampai saat ini ada dua jenis CNT. Pertama adalah CNT berdinding tunggal di mana hanya ada satu tabung silinder karbon. 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.
CNT sebenarnya bukanlah barang baru dalam dunia material elektronik, mengingat filamen karbon berdiameter 7 nanometer telah ditemukan pada tahun 1970 oleh Morinobu Endo, seorang mahasiswa PhD dari Jepang yang bersekolah di Orleans University, Perancis. Meskipun begitu, temuan yang dituangkan dalam disertasi doktornya tersebut belum menarik banyak perhatian saat itu.
Penelitian tentang CNT itu sendiri seolah terhenti hingga tahun 1991 ketika seorang peneliti Nippon Electric Company (NEC), Jepang, bernama Sumio Iijima berhasil mengungkap lebih detail tentang sifat CNT dengan menggunakan mikroskop elektron beresolusi tinggi. Inilah temuan spektakuler pertama yang menjadi awal perkembangan CNT. Karakterisasi yang dilakukan Iijima menunjukkan inilah fiber terkuat yang pernah dibuat sampai saat ini. Konduktivitas listriknya jauh melampaui tembaga, sedangkan kemampuan menghantarkan panas lebih tinggi dari berlian. CNT mampu menghantarkan energi jauh lebih baik dibandingkan dengan seluruh material penghantar energi yang ada. Keunikan lainnya adalah CNT ternyata memiliki daya tahan terhadap temperatur tinggi serta lebih ringan dari aluminium.
Salah satu sifat yang menarik dari CNT ini adalah dia 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.
Sifat elektrik seperti ini dikenal dengan sebutan konduktor balistik. Inilah model pengirim energi masa depan yang akan menggantikan kabel listrik yang mengalirkan tegangan tinggi dari sumbernya ke pemakai di rumah-rumah. Lebih jauh dengan model struktur satu dimensi ini, CNT juga memungkinkan untuk menghantarkan panas jauh lebih baik dari penghantar panas yang selama ini dipakai seperti berlian.
Sifat lain dari CNT adalah 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. Sebuah eksperimen dari Stanford University bahkan melaporkan bahwa CNT mampu dibengkokkan sampai 1.200 dan dikembalikan ke bentuk semula tanpa kerusakan sedikitpun. 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.
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. Model yang saat ini sedang dikembangkan adalah apa yang disebut dengan superkapasitor yang memiliki kapasitas raksasa dibandingkan dengan kapasitor yang dibuat dari elektroda biasa. Kemampuan kapasitas yang sangat besar dapat terjadi mengingat besarnya kapasitas suatu kapasitor berbanding terbalik dengan jarak pemisah dua elektroda yang digunakan, serta sebanding dengan luas permukaan pemisah itu.
DENGAN menggunakan CNT, maka jarak pemisah yang berorde nanometer akan jauh lebih kecil dari pemisah yang selama ini dipakai. Jarak yang sangat kecil itu ditambah dengan permukaan yang sangat luas dari CNT, akan menghasilkan kemampuan kapasitas yang sangat besar dibandingkan dengan kapasitor yang saat ini ada. Model pemisah elektroda dari bahan CNT ini dapat menghasilkan injeksi muatan yang sangat besar dengan hanya memberikan tegangan beberapa volt saja. Superkapasitor CNT ini diharapkan dapat menghasilkan kendaraan listrik yang sangat efisien sebagai alternatif pengganti kendaraan berbahan bakar minyak. Kemampuan injeksi superkapasitor CNT seperti di atas juga akan menghasilkan elektroda dengan kemampuan ekspansi dan kontraksi yang tinggi, yang diharapkan bisa menghasilkan robot yang lebih lincah dari yang ada saat ini.
Perkembangan lainnya yang lebih mengesankan dari CNT adalah aplikasi CNT 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.
CNT cukup menjanjikan untuk menggantikan model emisi elektron yang sekarang ada mengingat pembuatannya relatif lebih mudah, yakni hanya dengan menggunakan screen printing dan bisa dikerjakan pada tekanan yang relatif rendah. Layar datar yang dibuat dari CNT sudah dapat beroperasi hanya dengan energi listrik yang rendah, resolusi gambar yang tinggi, lebih jelas, memiliki sudut pandang yang lebar, serta temperatur operasi yang lebih fleksibel. Perusahaan Korea, Samsung, bahkan telah memamerkan beberapa prototipe dari TV layar datar yang dikembangkan dari CNT ini. Beberapa perusahaan elektronika menargetkan untuk meluncurkan monitor layar datar dari CNT tidak lebih dari tahun 2005.
PERKEMBANGAN lain yang tidak kalah penting adalah penggunaan CNT pada divais elektronik berskala nano yang sangat menjanjikan untuk terwujudnya impian memperkecil ukuran chip dan prosesor. Sebuah penelitian dari Osaka University di Jepang telah mampu membuat transistor dari CNT yang memiliki kecepatan lebih tinggi dibandingkan dengan silikon transistor. Beberapa publikasi penelitian juga telah menunjukkan hasil yang menggembirakan, di mana beberapa transistor CNT dapat digabungkan.
Melihat perkembangan yang cukup cepat ini, IBM meramalkan alat-alat elektronik dari CNT yang sempurna akan mampu dihasilkan dalam satu dekade lagi. CNT sebagai ujung detektor pada mikroskop atom bahkan saat ini telah dipasarkan oleh Seiko Instruments Co yang berhasil dibuat oleh Daiken Chemical Company di Jepang. Dengan sifat kekerasan yang sangat baik dan gaya melengkung yang rendah dari CNT menyebabkan alat ini memiliki usia operasi yang jauh lebih lama serta tidak mudah rusak karena berbenturan dengan material yang ingin dideteksi.
Meskipun perkembangan teknologi CNT begitu cepat, sebagaimana diuraikan di atas, permasalahan untuk memproduksi secara massal masih menjadi kendala di kalangan industri. Industri pembuat CNT yang cukup terkenal, yaitu Carbon Nanotechnologies Inc (CNI) yang didirikan oleh peraih nobel Rick Smalley, saat ini hanya mampu memproduksi 1 kilogram per-harinya. CNI menargetkan untuk memproduksi 450 kilogram dalam sehari pada tahun 2005, yang diharapkan akan mampu menurunkan harga jual. Perusahaan lainnya, Showa Denko KK di Kawasaki, Jepang, saat ini hanya mampu memproduksi sebanyak 4-5 kilogram CNT per hari.
Sumber : Kompas (30 Desember 2003)
http://www.nano.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1073086044
