00.Resume Nanomaterial Graphene

8/16/2019 00.Resume Nanomaterial Graphene

1/14

Nama : Vika Marcelina

NPM :140310130020

GRAPHENE

Pengertian Graphene

Graphene adalah kristal dua dimensi (2D) yang memiliki kondisi stabil terhadap

lingkungan. Graphene merupakan alotrop karbon yang berbentuk lembaran datar tipis di

mana setiap atom karbon memiliki hibridisasi ikatan sp2 dan dikemas rapat dalam bentuk kisi

kristal seperti sarang lebah atau berbentuk hexagonal dengan atom karbon dengan rantai

rangkap tunggal yang berulang (rantai konjugasi)[1].

(a) (b)

Gambar 1. Graphite dan Lapisan Graphene (a) dan rantai karbon dari graphene (b)

Nama graphene berasal dari G!"#$%& ' &N&. Dimana grait sendiri terdiri dari banyak lembaran graphene yang ditumpuk se*ara bersama. Graena yang sempurna se*ara

eksklusi terdiri dari selsel yang berbentuk heksagonal+ sel berbentuk segi lima dan segi

tujuh merupakan sel yang *a*at. ,ika terdapat sel bersegi lima yang terisolasi + maka bidang

akan mengkerut menjadi berbentuk keru*ut+ penyisipan 12 segi lima akan membentuk

ulerena. Graphene merupakan material baru yang ditemukan tahun 2-- se*ara sederhana

oleh !ndre Geim dan /onstantin No0oselo0 yaitu menggunakan selotip yang direkatkan

pada karbon sehingga didapat satu lapisan dengan orde nanometer dari karbon tersebut[1].

http://id.wikipedia.org/wiki/Alotrophttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Lebahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Grafithttp://id.wikipedia.org/wiki/Alkenahttp://id.wikipedia.org/wiki/Grafithttp://id.wikipedia.org/wiki/Selhttp://id.wikipedia.org/wiki/Selhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kerucuthttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Lebahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Grafithttp://id.wikipedia.org/wiki/Alkenahttp://id.wikipedia.org/wiki/Grafithttp://id.wikipedia.org/wiki/Selhttp://id.wikipedia.org/wiki/Selhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kerucuthttp://id.wikipedia.org/wiki/Alotrop


2/14

Gambar 2. Penemu Material Graphene Andre Geim dan Konstantin Novoselov[]

Strktr Graphene

/arbon memiliki tiga bentuk alotrop (bentuk alam yang ditemukan)+ yaitu arang+ intan+ grait.

(a) (b) (*)

Gambar 3. Tiga bentuk alotrop karbon: a) grait! b) "ntan! #) arang

Graphene merupakan alotrop karbon dengan struktur kristal 2D dari karbon dengan

struktur hexagonal yang berbentuk lembaran datar tipis di mana setiap atom karbon memiliki

hibridisasi ikatan sp2 dan dikemas rapat dalam bentuk kisi kristal yang memiliki ikatan

rangkap tunggal se*ara berulang (rantai konjugasi).

http://id.wikipedia.org/wiki/Alotrophttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Alotrophttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ikatan_kimia


3/14

Gambar 4. $truktur Graphene[]

Si!at "an #arakter Graphene

Graphene tampak berupa material kristaline berdimensi dua pada suhu kamar

memperlihatkan struktur jaringan karbon yang benar benar teratur dalam dua dimensi yaitu

dimensi panjang dan dimensi lebar. /eteraturan yang tinggi bahkan tanpa *a*at ini timbul

sebagai akibat dari ikatan antar atom karbonnya yang kuat. 3nit dasar struktur ini hanya

terdiri atas enam atom karbon yang saling bergabung se*ara kimia4i. ,arak antar atom 5 nya

sama dengan -+12 nm. /onigurasinya menyerupai struktur sarng lebah dengan ketebalan

ukuran orde atom+ dalam 1 mm grait terdapat 6 --- lapisan graphene. !dapun siat dan

karakteristik graphene yang lainnya akan dijelaskan diba4ah ini[1] 7

1. 8iat 9ptik

:emiliki transparansi sangat tinggi+ hal ini disebabkan oleh dimensi graphene yang mirip

selembar kertas dan ketebalannya yang berorde atom. Namun meskipun memiliki

transparansi yang tinggi graphene tetap memiliki kerapatan yang *ukup tinggi yaitu -+;;

mg ? dan dapat menghantarkan arus listrik dengan sangat

baik+ graphene berpeluang untuk diaplikasikan pada pembuatan lapisan sentuh yang

transparan+ panel listrik dan sel surya.

2. 8iat :ekanik

:emiliki daya tahan terhadap tekanan sebesar 2 N


4/14

Graphene merupakan bahan superkonduktor+ namun dapat berubah menjadi

semikonduktor dengan menambahkan dopping. Dopping ini akan memutuskan ikatan phi

pada atom karbon yang bersangkutan+ sehingga menurunkan kondukti0itas listrik

graphene atau membuka band gap dengan tingkat resisti0itasnya menuju nol.

/isi kisi pada graphene memungkinkan elektronnya untuk dapat menempuh jarak yang

jauh dalam graphene tanpa gangguan. "ada konduktor normal+ elektron biasanya

mengalami pantulan berkali kali yang dapat melemahkan daya kerja konduktor. Namun

hal ini tidak terjadi pada graphene.

. 8iat %ermal

5ampuran 1 ? graphene dengan bahan plastik dapat membuat bahan plastik bersiat

menghantarkan panas. esistansi plastik akan meningkat sampai - 5 bersamaan dengan

meningkatnya kekuatan mekanis. #al ini memberi peluang untuk menghasilkan material

baru yang sangat kuat+ tipis+ elastis dan tembus pandang.

@. 8iat Graphene 8ebagai Coton

&lektron elektron pada graphene berperilaku sebagai partikel *ahaya+ oton oton

tanpa massa yang dalam keadaan 0akum dapat bergerak dengan dengan ke*epatan

--.---.--- m


5/14

Geim dan /onstantin No0oselo0 tertarik dengan lapisan grait yang ada di selotip tersebut.

%ernyata setelah mereka kaji dan dilakukan karakterisasi+ lapisan grait yang menempel di

selotip ini lebih memiliki siat unggul dari pada graitnya.

/eunggulan dari metode ini adalah graphene yang dihasilkan berkualitas tinggi

(murni atau tidak memiliki impuritas) karena diambil langsung dari grait. 8elain itu+

kualitasnya tinggi karena tidak digunakan pelarut saat mensintesisnya sehingga tidak ada siat

pelarut yang terba4a ke graphene yang dihasilkan. 8edangkan kelemahan dari metode ini

adalah hasil produksi dalam skala ke*il+ biaya produksi tinggi+ dan tebal graphene yang tidak

rata. :etode ini *o*ok jika graphene yang dihasilan untuk penelitian dimana jumlah produksi

yang diinginkan memang skala laboratorium.

8elotip tidak mempengaruhi graphene yang terbentuk karena siat graphene yaitu

kondukti0itas listrik yang baik (disebabkan karena elektron bergerak sangat *epat dengan

ke*epatan relati0istik karena massa dari graphene sangat ke*il sehingga dianggap nol)+

kondukti0itas panas yang baik (disebabkan perbandingan luas permukaan dan 0olumenya

yang besar sehingga kondukti0itas panas graphene lebih besar dibanding material lainnya)+

band gap nol (dipengaruhi oleh bentuk tepi pita graphene)+ siat optiknya yaitu siat

transparannya yang baik (karena graphene hanya setebal satu atom). Dengan meninjau

penyebab dari siatsiat yang dimiliki graphene maka selotip ti"ak mempengarhi siat

graphene yang terbentuk.

%ahap lanjutan dari proses pengelupasan adalah dra%ing method yaitu mentranser

lapisan graphene pada selotip ke substrat dengan *ara menempelkan lapisan tersebut ke

substrat1. 8ubstrat yang biasa digunakan adalah silikon (8i) dan 8ilika (8i92). 8ilikon yang

semula bersiat semikonduktor lalu didoping oleh graphene sehingga memiliki kondukti0itas

listrik sangat baik dan menjadi konduktor. Dengan adanya metode ini+ graphene yang

terbentuk dapat langsung digunakan.

b& Re"k%i Graphene 'k%i"a (G')

%ahapan sintesisnya adalah Graphene 9ksida (G9) dilarutkan dalam air. /arena G9

bersiat hidroobik+ lembaranlembaran G9 langsung terpisah dari kristal asalnya. /emudian+

untuk mendapatkan graphene+ G9 diendapkan dan direduksi dengan hidraEin.

Graphene yang dihasilkan ternyata tidak rata dan memiliki kondukti0itas yang rendah+

yaitu -+-@ 2 8


6/14

ini juga memiliki kelebihan yaitu hasil produksi dalam jumlah besar dan biaya produksi

murah.

c& *i%per%i *alam +airan

"ada metode ini+ *airan yang digunakan adalah larutan suraktan 8DB8 (sodium

dode*ylbenEene sulonate). 8aat dilarutkan+ grait terlepas dengan sendirinya karena siatnya

yang hidroobik. 8etelah itu+ dilakukan pengendapan dan pengeringan sehingga graphene

dapat dikumpulkan. ,enis larutan yang dapat digunakan untuk metode ini memiliki kriteria

grait tidak larut dalam pelarut tersebut. Namun sampai saat ini+ larutan yang digunakan

adalah larutan suraktan 8DB8 (sodium dode*ylbenEene sulonate).

Graphene yang dihasilkan memiliki tebal sekitar 1@- nm+ dan memiliki kondukti0itas

1@-- 8


7/14

hingga habis. !lasan digunakannya "::! karena dapat dikikis habis dengan aseton

sehingga graphene yang terbentuk tidak terikat pada "::!.

8elain "::!+ polimer lain juga berpotensi untuk mejadi substrat kemudian dilakukan proses

annealing (dipanaskan pada suhu tertentu dan pada 4aktu tertentu) sehingga polimer terkikis

habis. %etapi+ sampai saat ini polimer yang digunakan sebagai substrat adalah "::! karena

siat "::! yang leksibel jadi jika tidak dikikis pun graphene yang menempel di "::!

dapat menjadi produk leksibel yang bersiat konduktor dan dapat diterapkan untuk le&ible

s#reens! dan solar #ell .

ii) Penmbhan "engan Silik$n #arbi"a

"enumbuhan dengan 8ilikon /arbida berarti menggunakan 8ilikon /arbida (8i5) sebagai

substrat pertumbuhannya. !da dua *ara penumbuhannya yaitu 7

+ara -

8ubstrat 8i5 dipoles sampai rata kemudian dipanaskan (1@--o5) dalam 3ltra #igh

a*uum (1-1-torr) sehingga atomatom 8i menyublim dan atom karbon tertinggal di

permukaan membentuk graphene.

+ara --

8ubstrat 8i5 dipanaskan (1@--o5) dalam 0akum tingkat sedang (1-@ torr) dengan

menyisakan gas (92+ #29+ 592). Gasgas tersebut bereaksi dengan 8i5 dan menyisakan atom

karbon yang membentuk graphene.

/eunggulan dari metode ini adalah substrat 8i5 dapat langsung digunakan sebagai

piranti elektronik dan menghasilkan graphene berkualitas tinggi karena tidak menggunakan

pelarut. 8elain itu+ dihasilkan graphene berkualitas tinggi karena atom 8i tidak berekasi

dengan karbon+ melainkan menyublim pada *ara $ dan bereaksi dengan gasgas pada *ara $$.

8edangkan kelemahan dari metode ini adalah biaya produksi yang tinggi karena mahalnya

harga substrat dan memerlukan suhu yang tinggi men*apai 1@--o5.

Graphene yang dihasilkan dengan menggunakan metode ini dapat diaplikasikan

menjadi transistor+ 'umper atau inter#onne#t sir#uit + dan memor #ard .

e& :etode 3nEipping :ulti4alled 5arnon Nanotubes

8alah satu metode pembuatan 5arbon Nanotubes adalah dengan menggulung graphene

pada arah tertentu sehingga membentuk tabung atau tube. !kan terbentuk 5arbon nanotubes

multi4alled saat lapisan graphene yang digulung lebih dari satu (banyak). :etode

3nEipping :ulti4alled 5arnon Nanotubes adalah metode yang membuka kembali gulungan

tersebut sehingga menjadi lapisan graphene kembali.


8/14

/eunggulan dari metode ini adalah menghasilkan graphene dengan kualitas tinggi karena

tidak adanya atom impuritas dan biaya produksinya yang murah. 8edangkan kelemahannya

adalah skala hasil produksinya tidak besar. :etode ini *o*ok diterapkan jika ingin

menghasilkan graphene yang digunakan untuk transistor eek medan dan superkapasitor yang

membutuhkan tingkat kondukti0itas sangat tinggi.

Aplika%i Graphene

!plikasi yang pertama kali akan menggunakan material graphene yaitu sebagai bahan

pengganti logam mahal seperti $ndium selenida yang terdapat dalam sel surya. /edua+

sebagai bahan perangkat komunikasi.

.abel 1. !plikasi &lektronik dari Graphene[]

Gambar /. Aplikasi lektronik dari Graphene ang Akan *iaplikasikan pada 2+ Tahun

Kedepan[]

.abel 2. !plikasi "hotonik dari Graphene[]


9/14

Gambar . Aplikasi Photoni# dari Graphene ang Akan *iaplikasikan pada 2+ Tahun

Kedepan[]

!plikasi lainnya yaitu sebagai display transparan yang dapat diintegrasikan dimana saja

seperti pada jendela+ gelas+ dan di dinding. 8emua itu membutuhkan material yang sangat

tipis dan transparan yaitu graphene. Berikut beberapa aplikasi material graphene yang sedang

dan akan dikembangkan.

1& .$ch Screen

Gambar . Graphene ,ased Tou#h $#reen[@]

"ertama display graphene leksibel (oto) dibuat prototipenya pasa 8eptember 2-1 oleh dua

lembaga kemitraan 3ni0ersitas 5ambridge Graphene "usat dan perusahaan 3/ "lasti*


10/14

Aogi*. $ni adalah layar monokrom+ mirip dengan epemba*a. "enemuan ini mungkin tampak

terbatas+ tapi itu merupakan langkah penting menuju perangkat pintar 4earable dan leksibel

masa depan telah di toko layar ini khususnya+ dan mungkin orang lain yang mengikutinya .

seperti yang ada di smartphone 5ina kita melihat kemarin bekerja pada prinsip matriks

elektrooresis akti. :enggunakan medan listrik untuk output gambar melalui remengatur

partikel tersuspensi dalam larutan. Aapisan emulsidiproses elektroda graphene dititipkan ke

sebuah panel plastik leksibel dan terukir dengan sirkuit listrik. %idak ada persyaratan

intrinsik untuk menggunakan lembar ka*a+ yang berarti menampilkan graphene tidak akan

dikenakan jenis dampak kerusakan yang diderita oleh layar ka*a tertutup. 8elain itu+

sema*am ini tampilan harus lebih mudah untuk menghasilkan dari leksibel layar 9A&D+

karena ba*kplane yang lapisan listrik yang memasok listrik untuk partikel display mengatur

ulang dapat diproduksi menggunakan proses suhu rendah (di ba4ah 1-- I 5 < 212 I C)+

yang meminimalkan risiko hasil dan membuat produksi yang kurang sumber daya intensi0e.

Bagaimanapun+ menampilkan graphene smartphone kemungkinan akan menggunakan unsur

unsur dari A5D dan teknologi 9A&D untuk memberikan jenis 4arna dan reresh rate yang

diperlukan untuk pengalaman pengguna yang memadai. #al ini pasti akan menyulitkan

produksi agak. 8ekitar lima bulan kemudian+ peneliti dari 3ni0ersity o :an*hester dan

3ni0ersity o 8heield memperkenalkan semitransparan+ layar A&D berbasis graphene+ yang

merupakan dasar untuk menampilkan graphene leksibel yang akan berakhir di perangkat

mobile masa depan. :enjadi hanya 1- sampai - tebal atom+ itu meman*arkan *ahaya di

seluruh permukaan tanpa membutuhkan latar [@].

2& .ran%i%t$r Graphene

Gambar & Transistor Graphene[2]

Graphene dapat diukir ke sirkuit elektronik ke*il dengan transistor indi0idu yang memiliki

ukuran tidak lebih besar daripada molekul. J8emakin ke*il ukuran transistor lebih baik


11/14

perormanya J8eperti /ata "eneliti :an*hester. dua tahun lalu :an*hester meme*ahkan

rekor ukuran transistor menggunakan graphene. %ransistor graphene yang memiliki kinerja

tertinggi telah dibuat pada graphene yang terbentuk dari gumpalan dipipihkan dari grait dan

menempel pada substrat. %ransistor dibuat pada graphene terbentuk pada permukaan substrat

yang sejauh ini berkinerja buruk dibandingkan dengan mereka graphene yang dipipihkan. Di

sini kita berbi*ara tentang dua perusahaan yang membuat transistor graphene yang

men*engangkan dan beberapa khusus siat transistor graphene.

3& Grapheneba%e" ',E* $tper!$rm% $ne ba%e" $n -.'

Graphene telah dipuji sebagai pengganti potensial untuk $ndium %hin 9xide ($%9) di pasar

yang telah berkembang menjadi konduktor transparan+ khususnya karena memungkin untuk

menjadi perangkat portabel yang leksibel. /etidakde4asaan teknologi sejauh ini telah

menghambat meluasnya penggunaan graphene sebagai elektroda transparan+ namun peneliti

dari "hilips esear*h+ 3ni0ersity o 5ambridge+ dan Graphenea telah direkayasa organi* light

emitting diode (9A&D) berdasarkan graphene yang mengungguli perorma perangkat $%9.

Gambar -. Graphene/based 0L*[K]

:obilitas tinggi elektronik dan transparansi optik dari graphene membuat bahan ini

sangat baik untuk perangkat optoelektronik+ seperti sel surya+ light emitting diode (A&D)+

dan layar sentuh. 8aat $%9 adalah bahan yang paling banyak digunakan untuk aplikasi

tersebut. Namun+ harga yang mahal dan ketersediaan $ndium yang terbatas+ dikombinasikan

dengan tren pasar ke arah perangkat leksibel+ dengan permintaan konduktor transparan

alternati (%5) untuk perangkat generasi berikutnya.

4& aterai


12/14

"eneliti 35A! telah berhasil mengembangkan baterai graphene yang tidak bera*un+ murah+

dan mengisi ulang (*harging) dalam 4aktu singkat.Baterai ini bisa mengisi ponsel hanya

dalam 4aktu @ detik.

/& Night Vi%i$n

Graphene bersama dengan sulida timbal dapat men*iptakan gambar atau *itra lebih halus

dalam kondisi *ahaya yang sangat rendah.%erobosan ini akan mendorong diproduksinya

kamera ultra ringan dan ka*amata night 0ision.

& Men"etek%i ahan Pele"ak

Graphene dapat berguna dan sangat eisien dalam mendeteksi bahan peledak.

:eskipun desain a4al telah dikembangkan oleh ensselaer "olyte*hni* $nstitute+ masih

dibutuhkan 4aktu lama sebelum produk ini bisa digunakan oleh tim penjinak bom.

& R$mpi Anti Pelr #alita% .inggi

/ekuatan graphene yang begitu besar menjadikannya ideal digunakan sebagai bahan pembuat

rompi antipeluru. 8ebuah penelitian di !ustralia telah berhasil menemukan *ara untuk

menggabungkan karbon nanotube dengan graphene untuk membuat rompi antipeluru yang

sejauh ini paling aman.

& +at #alita% Sper

"ara peneliti terus bereksperimen men*ampur graphene dengan unsur lain untuk membentuk

selsel oto0oltaik (sel surya) ultra tipis yang dapat digunakan untuk menge*at rumah. 5at ini

pada gilirannya dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik seluruh rumah dengan

memanaatkan sinar matahari.

5& ,a6ar .ran%paran 6ang ,ebih #at "ari a7a

Dengan siat graphene yang kuat+ kita bisa berharap akan banyak layar elektronik transparan

dipasang di manamana. Aayar kon0ensional+ seperti yang kita tahu+ akan menjadi usang

segera setelah itu.

10& Graphene Mamp Mengbah .ekn$l$gi Sel Sr6a

&nergi matahari merupakan sumber daya gratis dan tak ada habisnya. #anya saja+ teknologi

sel surya saat ini masih belum begitu eisien.

Graphene dapat mengubah semua itu di masa depan. Dengan sel surya graphene ultra tipis+

energi yang bisa diserap dari sinar matahari akan berlipat dibandingkan yang bisa dilakukan

saat ini.

11& #apa%it$r Sper Graphene ntk Men6alakan ,apt$p erharihari


13/14

/apasitor super yang menggunakan lapisan karbon diantara dua pelat diprediksi akan mampu

meningkatkan kapasitas penyimpanan muatan listrik.

8e*ara teori+ kapasitor ini akan sanggup menyalakan laptop hingga berharihari.

12& Membat Speaker 6ang ,ebih aik "an Mrah

8peaker graphene telah dikembangkan dalam bentuk yang masih kasar saat ini. "enelitian

terus dilakukan untuk meningkatkan kualitas serta keterjangkauannya di pasaran. 8elain suara

yang mumpuni+ speaker graphene juga mengkonsumsi daya lebih rendah dibandingkan

speaker kon0ensional.

13& Pembangan ,imbah Nklir 6ang ,ebih M"ah

Graphene oksida akan membuat pembuangan limbah nuklir dari badan air lebih mudah dari

sebelumnya. 8aat di*ampur dengan limbah radioakti+ graphene oksida berubah menjadi

gumpalan sehingga lebih mudah diangkat dari badan air.

14& Membat 't$t atan

Graphene berpotensi digunakan untuk membuat otot manusia buatan. 8ekali lagi+ meskipun

memiliki peluang+ diperlukan riset lebih jauh untuk me4ujudkannya.

1/& Anti #arat

/arat adalah masalah ke*il namun merepotkan+ terutama di mesin berbagai peralatan.

8iat graphene yang menolak air dapat dimanaatkan untuk men*egah karat. !hli kimia di

83N telah berhasil men*iptakan lapisan yang dapat men*egah baja dari karat hingga 1

bulan saat terendam dalam larutan air garam.

1& ,a6ar .$ch%creen Ek%tra #at

:emasukkan graphene sebagai konduktor di layar sentuh (tou*hs*reen) akan membuatnya

menjadi produk kuat sehingga akan menggantikan material plastik. Dengan 8amsung

men*oba untuk memonopoli teknologi ini se*ara agresi+ kita bisa mengharapkan smartphone

murah dengan layar sentuh yang lebih tahan lama di masa depan.

1& Membat Air ,at i%a *iminm

"eneliti :$% sedang meran*ang ilter menggunakan graphene (graena) yang dapat

memisahkan garam dari air laut.


14/14

*A8.AR P9S.A#A

1; Fidiatmoko+ &ko. G1APN : $"3AT! 3A,1"KA$"! *AN APL"KA$"N4A. Bandung 7

,urusan Cisika+ $nstitut %eknologi Bandung.

[2] aEa+ #assan. 2-12. Grapehene Nanoele*troni*s. Ne4 ork 7 8pringer

[] http7

00.Resume Nanomaterial Graphene

Documents

Transcript of 00.Resume Nanomaterial Graphene