Teknologi Nano Partikel, Dimensi Tak Terbatas Skala Nano

Teknologi Nano adalah teknologi yang didasarkan pada manipulasi material dalam skala sangat kecil, sekitar nanometer (1-100 x 10-9 meter). Ide tentang teknologi nano pertama kali dikemukakan oleh fisikawan Richard Feynman pada tahun 1959 melalui presentasi berjudul "There’s Plenty of Room at the Bottom".

Feynman mempertimbangkan kemungkinan untuk mengendalikan materi pada tingkat molekul. Pada awalnya, ide-ide Feynman dianggap sebagai lelucon dan baru dijelaskan secara detail dalam bukunya yang berjudul "Surely You’re Joking, Mr. Feynman".

Sekitar 20 tahun kemudian, Eric Drexler secara lebih terperinci menjelaskan konsep pembuatan partikel yang sangat kecil dari atom-atom. Drexler juga memperkenalkan istilah "nanoteknologi" dalam bukunya yang berjudul "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology".

Teknologi Nano Partikel

Dengan kemajuan dalam bidang optik dan mikroskopi, penerapan teori dan konsep nanoteknologi menjadi semakin nyata secara praktis.

Penemuan Microscope Tuneling Terowongan (STM) oleh Gerd Binnig dan Heinrich Rohrer (IBM Zurich Research Laboratory) pada tahun 1981 membuka babak baru dalam dunia nanoteknologi.

Sejak saat itu, bidang ilmu nanosains menarik minat para ilmuwan dan mengalami perkembangan pesat.

Di ranah nano, prinsip-prinsip fisika yang biasa kita kenal tidak lagi berlaku seperti yang biasa kita rasakan sehari-hari. Dunia nano mengikuti aturan fisika kuantum. Dengan menyusutnya ukuran sebuah material hingga menjadi skala nanometer, sifat dan karakteristiknya berubah.

Sebagai contoh, karbon dalam bentuk grafit yang biasa ditemukan di pensil memiliki sifat yang lunak dan mudah patah. Selain itu, CNT dapat bersifat metalik atau semikonduktor tergantung pada struktur dan ukurannya.

Transistor CNT pertama kali berhasil dibuat pada tahun 1998, hanya beberapa tahun setelah penemuan pertama CNT oleh Iijima. Sampai saat ini, penelitian tentang material nano berbasis karbon terus dilakukan dan diproyeksikan akan menjadi masa depan industri elektronik dalam beberapa tahun mendatang.

Awalnya berfokus pada karbon, penelitian tentang material nano terus berkembang ke berbagai jenis material, baik organik maupun anorganik. Teknologi rekayasa material organik, seperti nanopartikel berbasis lipid, telah diterapkan secara luas dalam bidang kedokteran, terutama dalam pengobatan kanker.

Di sisi lain, nanopartikel berbasis material anorganik, seperti besi (Fe) dan emas (Au), telah menjadi objek penelitian yang intensif, digunakan baik untuk diagnosa maupun terapi sel kanker. Keunikan sifat dan karakteristik material pada skala nanometer telah membuka era baru dalam perkembangan teknologi.

Nanoteknologi tidak hanya membuat terobosan yang signifikan dalam industri elektronik dan kedokteran, tetapi juga dalam bidang lain seperti energi terbarukan.

Kemajuan yang signifikan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi nano telah menjadi terobosan penting dalam bidang katalisis yang berperan dalam pengembangan energi terbarukan berbasis hidrogen dan sel bahan bakar.

Katalis dalam sel bahan bakar memiliki peran penting dalam mempercepat reaksi yang mengubah energi kimia yang tersimpan dalam hidrogen menjadi energi listrik.

Teknologi rekayasa material nano digunakan untuk meningkatkan properti katalis dengan memperluas area permukaan dan menyusun struktur katalis yang lebih efisien.

Platinum (Pt), yang telah digunakan sebagai katalis sejak ditemukannya teknologi sel bahan bakar pada tahun 1939, telah mengalami evolusi menjadi nanopartikel PtCo alloy yang digunakan dalam mobil berbasis hidrogen seperti Toyota Mirai.

Nanoteknologi juga telah diterapkan dalam teknik penyimpanan hidrogen untuk membuatnya lebih ringan. Selain sel bahan bakar, teknologi baterai juga memiliki peran penting dalam pengembangan energi terbarukan yang ramah lingkungan.

Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian baterai telah difokuskan pada eksplorasi dan optimasi area permukaan material untuk meningkatkan kapasitas elektroda.

Penggunaan nanostruktur LiFePO2 pada katoda baterai lithium telah terbukti efektif tidak hanya dalam meningkatkan daya baterai, tetapi juga ketahanan dan keamanannya.

Salah satu fitur menonjol dari material nano adalah luas permukaannya yang besar dibandingkan dengan material dalam skala makroskopis (bulk material) yang berukuran mikro hingga milimeter.

Jika kita membayangkan sebuah kotak gula berbentuk kubus dengan ukuran 1 mm3, lalu memotongnya menjadi kubus-kubus kecil, luas permukaannya akan bertambah. Dengan massa dan volume total yang sama, kita meningkatkan luas permukaan suatu material dengan mereduksi ukurannya.

Hal ini menjelaskan mengapa material dalam skala nanometer sangat reaktif, karena semua interaksi dengan lingkungan terjadi di permukaannya. Sebagai contoh, cincin emas yang telah lama kita kenakan tidak mengalami perubahan bentuk atau karat meskipun terpapar air atau keringat.

Hal ini menunjukkan bahwa emas relatif stabil dan tidak bereaksi dengan mudah terhadap zat di sekitarnya. Namun, emas dalam bentuk nanometer (Au NPs) sangat reaktif dan sering digunakan sebagai katalis untuk mempercepat reaksi kimia tertentu.

Demikian bahasan tentang teknologi nano, sebuah teknologi luar biasa yang awalnya hanya dianggap sebagai teknologi mustahil oleh sebagian kalangan yang belum memahaminya.