Sesuai dengan namanya, nanoteknologi atau nanosains adalah ilmu
pengetahuan dan teknologi pada skala nanometer, atau sepermilyar meter.
Nano teknologi merupakan suatau teknologi yang dihasilkan dari
pemanfaatan sifat-sifat molekul atau struktur atom apabila berukuran
nanometer. Jadi apabila molekul atau struktur dapat dibuat dalam ukuran
nanometer maka akan dihasilakan sifat-sifat baru yang luar biasa.
Sifat-sifat baru inilah yang dimanfaatkan untuk keperluan teknologi,
sehingga teknologi ini disebut nano teknologi. Sebelum membahas lebih
jauh tentang nano teknologi perlu dibahas tentang apa yang dimaksud
dengan atom, molekul dan elektron dan bidang ilmu yang berkaitan dengan
nano teknologi.
Atom dan Ion
Jika sebuah benda dibagi-bagi menjadi bagian kecil secara terus-menerus
maka pada suatu saat akan sampai pada bagian terkecil yang tidak dapat
dibagi-bagi lagi yang disebut atom. Atom adalah bagian terkecil dari
suatu benda, hal ini yang diungkapkan oleh Demokritus (460-370 SM).
Kemudian para ahli menemukan keberadaan elektron dalam atom yang diawali
oleh pengamatan J.J Thompson. Lalu disusul dengan enemuan proton,
netron, dan partikel inti oleh para ahli fisika, ternyata proton dan
netron ini pun masih tersusun oleh partikel-partikel yang lebih kecil
yang dikenal sebagai quarks(kuark). Namun demikian istilah atom tetap
digunakan walaupun disadari bahwa atom bukan lagi bagian terkecil dari
suatu benda. Pengertian ini masih relevan dalam analisa fisika dan
teknik.
Model Atom J.J Thompson |
Dalam nano teknologi pijakan utamanya adalah atom yang didalamnya
terdapat elektron yang bergerak mengelilingi inti atom yang terdiri dari
proton dan netron yang jumlahnya tergantung dari nomor atom (sama
dengan jumlah elektron dan proton) serta nomor massa (jumlah proton +
netron). Beberapa atom membentuk unsur sebuah bahan. Unsur-unsur yang
dikenal sebanyak 103 dan telah disusun dalam tabel periodik. Unsur
teringan adalah hidrogen, lalu helium dan lainnya.
Elektron bermuatan listrik negatif dan proton bermuatan listrik positif,
itulah sebabnya elektron selalu berada mengelilingi inti atom, karena
adanya gaya tarik inti. Jika elektron atau proton berdiri sendiri maka
interaksi itu dilukiskan dengan hukum coulomb dimana gaya tarik-menarik
muatan tak sejenis atau tolak-menolak muatan sejenis berbanding lurus
dengan besarnya muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak keduanya. Artinya gaya tarik makin kuat jika jarak muatan
makin dekat dan semakin lemah jika jarak muatan jauh. Atom akan
bersifat netral secara keseluruhan dan semakin lemah
jika jarak muatan jauh.
Nanoteknologi berkecimpung mulai dari penggabungan atom atau ion
menjadi molekul untuk membentuk struktur dalam orde nanometer yang
berguna untuk menghasilkan barang-barang dalam kehidupan sehari-hari.
Tentu saja nanoteknologi melakukan juga proses-proses seperti reaksi
kimia untuk membentuk zat cair atau padat seperti keramik, polimer, dan
logam yang diatur (dimanipulasi) sedemikian rupa sehingga menghasilkan
sifat-sifat kimia atau fisika yang baru. Bahkan lebih jauh lagi
nanoteknologi mengkombinasikan semua zat padat seperi keramik, logam dan
polimer untuk membentuk material baru yang tidak ada di alam. Material
baru ini menjadi material campuran dua atau tiga bahan dan dinamakan
komposit. Bila struktur dari bahan-bahan campuran tadi dalam orde
nanometer terbentuklah nano komposit.
Alat Analisa Dan Karakterisasi Nano Teknologi
Untuk melihat suatu atom atau molekul untuk direkayasa diperlukan
peralatan yang canggih dan super sensitif. Tetapi mikroskop tidak dapat
melihat dalam ukuran skala nano. Ini disebabkan ukuran atom atau molekul
yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang tampak pada panjang
gelombang antara 500-700nm. Tetapi dengan berasumsi bahwa ketika tidak
melihat hal yang dilakukan adalah meraba, dua ahli fisika Heinrich
Rohrer dan Gerd Karl Binnig membuat mikroskop peraba pada tahun 1981yang
dikenal dengan nama Scanning Tunelling Mikroscope (STM). Dua fisikawan
ini mendapat nobel atas karyanya pada tahun 1986.
STM adalah singkatan dari Scan Tunneling Microscopy yaitu suatu
peralatan yang berguna untuk melihat struktur material berdasarkan
distribusi elektron atom-atom permukaan ketika diberi medan listrik yang
besar antara permukaan sampel dengan sebuah jarum yang ukurannya dalam
nanometer. Karena muatan selalu berkumpul diujung yang tajam, maka
jarum ini mesti sekecil-kecilnya agar dihasilkan medan listrik yang
besar. Jarum ini didekatkan pada permukaan sampel lalu diberi beda
potensial yang tinggi untuk menghasilkan medan listrik yang besar antara
jarum dan permukaan sampel.
Karena medan listrik yang besar ini maka elektron-elektron dari
atom-atom pada permukaan logam berusaha melompat keujung jarum tadi.
Keluarnya elektron ini dapat diamati dengan bantuan komputer sehingga
distribusi elektron yang juga menunjukan distribusi atom dapat
diperoleh.
Sistem Kerja Scan Tunneling Microscopy |
Alat Scan Tunneling Microscopy |
Alat ini berguna untuk menggambarkan kedudukan atom di permukaan sampel
untuk menentukan lekak lekuk permukaan bahan. Gambar yang dihasilkan
dengan STM ini mampu mencapai ketelitian sampai 1/25 dari ukuran
diameter atom tunggal sehingga membuat gambar yang dihasilkan dapat
terlihat dengan jelas meskipun objek aslinya hanya berorde beberapa
nanometer saja. Dengan ketelitian seperti itu, gambar tiga dimensi yang
dihasilkan oleh STM ini mampu menangkap permukaan sebuah material dengan
baik yang sangat berguna terutama pada penelitian dasar material nano
seperti kekasaran permukaan, observasi cacat pada permukaan, serta
penentuan ukuran molekul dan agregat pada permukaan sebuah material.
Bentuk 3 dimensi yang dihasilakan oleh STM |
Pada tahun 1985 Benning mengusulkan ide yang lebig sederhana lagi yaitu
untuk bahan yang memiliki konduktifitas rendah dibuatlah Atomic Force
Microscope (AFM). Mikroskop ini benar-benar menyentuh permukaan struktur
permukaan atom secara akurat. Dimana ujung jarum AFM disentuhkan dan
digerakkan perlahan-lahan sepanjang permukaan struktur dari atom
molekuldapt dilihat pada gambar. Jarum AFM mempunyai pegas yang bisa
meregang dan merapat sesuai dengan permukaan atom.
Alat Atomic Force Microscope |