circadianshift.net

Graphene, Material Ringan Yang Diklaim Memiliki Kekuatan Tangguh Untuk Menahan Peluru

Kemajuan teknologi saat ini menyebabkan banyaknya pengembangan material kimia dalam berbagai disiplin ilmu. Salah satu material baru yang berkembang akhir-akhir ini adalah graphene atau grafena. Grafena merupakan alotrop karbon yang berbentuk lembaran datar tipis di mana setiap atom karbon memiliki ikatan sp2 dan dikemas rapat dalam bentuk kisi kristal seperti sarang lebah. Ia dapat dilihat sebagai sebuah jaring-jaring berskala atom yang terdiri dari atom karbon beserta ikatannya.

Kemajuan tekhnologi hingga saat ini telah menunjukkan bahwa bahan berbasis graphene dapat memiliki dampak besar pada perangkat elektronik dan optoelektronik, sensor kimia, nanokomposit dan penyimpanan energi. Aplikasi graphene dapat dimanfaatkan dalam berbagai hal, salah satunya adalah mampu menahan puluru untuk masuk.

Disaat bahan pelindung antipeluru memang cenderung tebal dan berat, hal itu mungkin tidak perlu lagi terjadi jika penelitian yang dilakukan di The City University of New York mendapatkan hasil yang baik. Dipimpin oleh Prof. Elisa Riedo, para ilmuwan di sana telah menetapkan bahwa dua lapis graphene bertumpuk dapat mengeras seperti berlian yang konsistensi pada benturan.

Nah, untuk mengetahui lebih lanjut mengenai Graphene, mari simak penjelasannya di bawah ini.

Apa Itu Graphene?

Graphene bukanlah material silikon atau material lain yang telah ada sebelumnya. Graphene dibentuk oleh struktur kristal yang benar-benar terlihat dua dimensi. Graphene merupakan material transparan tertipis, teringan namun terkuat sekalipun dibandingkan dengan material yang terlihat lebih padat seperti baja atau bahkan berlian.

Graphene adalah allotrop (bentuk) karbon yang terdiri dari satu lapisan atom karbon yang disusun dalam kisi heksagonal. Ini adalah elemen struktural dasar dari banyak allotrop karbon lainnya, seperti grafit, arang, nanotube karbon dan fullerenes.

Graphene memiliki banyak sifat yang tidak biasa. Ini adalah bahan terkuat yang pernah diuji, secara efisien melakukan panas dan listrik dan hampir transparan. Graphene menunjukkan diameteragnetisme besar dan nonlinier, yang lebih besar dari grafit dan dapat dilepas oleh magnet neodimium.

Ilmuwan berteori tentang graphene selama bertahun-tahun. Ini telah diproduksi secara tidak sengaja dalam jumlah kecil selama berabad-abad, melalui penggunaan pensil dan aplikasi grafit serupa lainnya. Ini pada awalnya diamati pada mikroskop elektron pada tahun 1962, namun hanya dipelajari saat didukung pada permukaan logam. Materi tersebut kemudian ditemukan kembali, diisolasi, dan dicirikan pada tahun 2004 oleh Andre Geim dan Konstantin Novoselov di University of Manchester. Penelitian diinformasikan oleh deskripsi teoritis yang ada mengenai komposisi, struktur dan sifatnya. Karya ini menghasilkan dua pemenang Hadiah Nobel dalam Fisika di tahun 2010 “untuk eksperimen terobosan mengenai material graphene dua dimensi”.

Graphene adalah kombinasi dari grafit dan akhiran ene, dinamai oleh Hanns-Peter Boehm, yang menggambarkan lapisan karbon satu lapis pada tahun 1962. Istilah cafeen pertama kali muncul pada tahun 1987 untuk menggambarkan lembaran tunggal grafit sebagai penyusun senyawa interkalasi grafit (GIC). Secara konseptual GIC adalah garam kristal dari intercalant dan graphene. Istilah ini juga digunakan dalam deskripsi awal nanotube karbon dan juga untuk graphene epitaxial dan hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH). Grafena dapat dianggap sebagai “tak terbatas alternant” (hanya cincin karbon enam anggota) hidrokarbon aromatik polikliklik.

Sejarah Graphene

Sejarah grafena berawal dari keingintahuan Benjamin Collins Brodie terhadap struktur lamilar dari reduksi grafit oksida pada akhir 1900an. Struktur grafit diketahui sama seperti grafena yang memiliki bentuk sarang lebah atau hexagonal pada tahun 1916 dengan menggunakan metode difraksi. Selanjutnya diketahui bahwa struktur grafit berupa kristal tunggal.

Namun, grafena sendiri pertama sekali diteliti pada tahun 1947 oleh P. R, Wallace. Awalnya Wallace hanya mengemukakan sebuah teori adanya grafene di antara grafit setelah memahami gambar 3 dimensi dari grafit. Sejak saat itu, penelitian mengenai lapisan tunggal dari grafit yang saat itu diasumsikan sebagai grafena menjadi terkenal. Bahkan sejak penemuan TEM (Transmission Electron Microscopy), gambar yang diambil oleh Ruess dan Vogt pada tahun 1948 menunjukkan adanya lapisan tunggal grafena.

Akan tetapi isolasi grafena dari grafit masih sulit ditemukan sejak tahun 1947 sampai awal 2000an. Bahkan, sebelum tahun 2004 isolasi grafena melalui proses interkalasi senyawa grafit masih sulit untuk dilakukan. Percobaan untuk mengisolasi grafena pada permukaan kristal tunggal dimulai dari awal tahun 1970an dan akhirnya diketahui bahwa ikatan antara grafena pada grafit berupa ikatan van der waals.

Hal tersebut akhirnya dicoba oleh Andre Geim dan Kostya Novoselov pada tahun 2004 di Universitas Manchester, Britania Raya. Pada hari jumat (umumnya di Universitas tersebut ada kegiatan percobaan di setiap hari jumat) kedua ilmuwan tersebut mencoba melepaskan lapisan paling atas dari bongkahan grafit dengan menggunakan selotip. Mereka menyadari pada saat itu ada sebuah lapisan yang lebih tipis dibandingkan dengan serbuk hitam lainnya. Beranjak dari itu, mereka mencoba memisahkan lapisan demi lapisan dengan selotip berulang kali sehingga didapatlah ketebalan seukuran atom. Dan akhirnya mereka mampu mengisolasi grafena untuk pertama kalinya.

Karakteristik dan Manfaatnya

Grafena tersusun atas kristal tunggal dengan kisi segienam atau hexagonal dengan komposisi atom karbon. Dengan ini diketahui bahwa karakteristik dari grafena sama seperti karbon aktif sehingga susunan kisinya seperti penyaring. Setiap atom karbon pada grafena memiliki 1 ikatan sigma diantara tiga atom karbon tetangganya sehingga menyebabkan adanya ikatan yang kuat.

Grafena sendiri memiliki banyak karateristiknya, diantaranya adalah:

  • Memiliki 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 cukup tinggi yaitu 0,77 mg/m2.
  • Memiliki daya tahan terhadap tekanan sebesar 42 N/m, dibandingkan dengan baja yang memiliki kekuatan tekanan 0,251,2×109 N/m. Jika dianggap terdapat baja yang ketebalannya sama dengan graphene, maka kekuatan baja tersebut setara dengan 0,084 0,40 N/m. Sehingga dapat dikatakan bahwa graphene seratus kali lebih kuat dari baja.
  • Ikatan atom karbonnya sangat fleksibel yang memungkinkan jaringannya merenggang hingga 20 % dari ukuran awal.
  • Bersifat konduktor listrik dan konduktor panas. Sifat konduktivitas listrik graphene berasal dari elektron ikatan phi yang terdelokalisasi disepanjang ikatan C-C dan bertindak sebagai pembawa muatan. 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 konduktivitas listrik graphene atau membuka band gap.
  • Tingkat resistivitasnya menuju nol.
  • Kisi pada graphene memungkinkan elektronnya untuk dapat menempuh jarak yang jauh dalam graphene tanpa gangguan. Pada konduktor normal, elektron biasanya mengalami pantulan berkali-kali yang dapat melemahkan daya kerja konduktor. Namun hal ini tidak terjadi pada graphene.
  • Elektron pada graphene berperilaku sebagai partikel cahaya, foton-foton tanpa massa yang dalam keadaan vakum dapat bergerak dengan dengan kecepatan 300.000.000 m/s. Elektron dalam graphene karea tidak memiliki massa dapat bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 1.000.000 m/s.

Oleh karena itu ada enam manfaat yang diaplikasikan melalui isolasi grafena itu, yaitu:

Energi

Grafena atau graphen ini dapat menggantikan penggunaan grafit yang selama ini digunakan pada baterai biasa, atau dalam penggunaan ion lithium pada baterai-baterai elektronik. Hal ini didasari atas karakteristik perpindahan elektron yang dimiliki oleh grafena membuat proses pengisian ulang lebih cepat dan dapat menyimpan daya lebih banyak sehingga pemakaian lebih lama. Selain itu, dengan massanya yang sangat ringan, baterai grafena memiliki massa yang sangat ringan dan fleksible. Sehingga penggunaan grafena dalam skala besar untuk dijadikan sebagai material superkapasitor untuk pembangkit listrik tenaga angin dan matahari sangat efektif dan efisien. Superkapasitor grafena dapat digunakan di kendaraan seperti pesawat terbang karena massanya yang sangat ringan.

Membran Penyaring

Struktur hexagonal grafena sangat efektif dalam proses penyaringan. Dapat kita bayangkan penyaringan air kotor melalui grafena sehingga didapatkan air jernih. Membran grafena oksida sangat efektif untuk dijadikan filter khususnya untuk cairan dan gas. Membran berbahan dasar grafena oksida sangat efektif memisahkan pelarut organik dari air dan mampu melepaskan air dari campuran gas. Menariknya, grafena oksida juga telah terbukti untuk mencegah helium yang merupakan gas yang paling sulit untuk ditahan.

Komposit dan Pelapisan

Material grafena merupakan material yang lebih kuat daripada besi untuk sifat-sifat konduktivitas, keringanan, fleksibilitas dan kekuatan mekanisnya. Oleh karenanya, grafena juga efektif untuk digunakan sebagai komposit dan pelapis. Komposit yang dihasilkan akan lebih kuat baik ketika grafena dijadikan matrix ataupun sebagia pengisi. Dalam hal pelapisan, grafena yang dikombinasikan dengan cat menghasilkan pelapisan menggunakan grafena sehingga material yang dilapisinya dapat tahan air termasuk juga tahan berbagai jenis kondisi cuaca.

Biomedis

Dengan ukuran yang sangat kecil, grafena dapat dijadikan sebagai material pengantar obat-obatan ke dalam tubuh. Permukaan grafena yang datar sangat mudah untuk difungsikan dan direkayasa dari sifat hidrophobia menjadi hidrofilik sehingga sangat efektif menjadi zat pengantar obat-obatan. Penggunaan grafena yang tersusun atas unsur organik berupa karbon dapat direkayasa dalam penggunaan rekayasa jaringan tubuh dan agen biologis khususnya untuk anti-mikroba.

Alat Pendeteksi

Dengan konduktivitas yang lebih tinggi dari besi, grafena merupakan material yang ideal untuk fabrikasi sensor. Ultra-senstive sensor yang dibuat dari grafena dapat mendeteksi partikel-partikel berbahaya dengan hitungan menit. Grafena juga memiliki dapat mendeteksi hal-hal dalam skala molekuler karena struktur hexagonalnya. Selain itu, grafena juga dapat dijadikan sebagai indikator adanya perubahan kondisi pada suatu makanan dalam kotak akibat adanya pembusukan.

Elektronika

Teknologi Transistor dan Touch-Screen dapat dikembangkan dengan menggantikan bahan silikon ke grafena. Perpindahan elektron yang lebih tinggi dibandingkan silikon meskipun berada pada satu golongan membuat performa alat-alat elektronik, smartphone dan computer tablet menjadi lebih cepat. Transistor yang digunakan akan berukuran sangat kecil sehingga performanya pada rangkaian-rangkaian elektronik sangat cepat. Grafena juga efektif untuk digunakan sebagai bahan semikonduktor untuk menggantikan beberapa material mahal yang digunakan untuk membuat sebuah prosesor komputer.

Cara Kerja Graphene Untuk Menahan Peluru Masuk

Peneliti dari The City University of New York (CUNY) menemukan bahwa menumpuk dua lapisan graphene, sehingga material baru ini bisa mengeras seperti berlian. Dengan demikian material diklaim memiliki kekuatan yang cukup tangguh untuk dapat menahan peluru. Inovasi ini bisa dipakai sebagai material tahan peluru yang cenderung ringan. Graphene atau Grafena merupakan bahan terkuat di dunia yang terdiri dari atom karbon yang saling terkait dalam pola sarang lebah.

Ini bisa diproduksi dalam lembaran satu atom. Material baru, yang dikemukakan oleh associate profesor CUNY Angelo Bongiorno, terdiri dari dua lembar graphene dan disebut diamene. Ini sebanding dengan foil ringan dan fleksibel. Ketika tiba-tiba tekanan mekanis menghantamnya, material tersebut untuk sementara bisa menjadi lebih keras daripada berlian.

“Grafit dan berlian keduanya seluruhnya terbuat dari karbon, namun atomnya diatur berbeda di setiap material, memberi mereka sifat yang berbeda seperti kekerasan, fleksibilitas dan konduksi listrik,” jelas Bongiorno. Ia mengklaim bahwa teknik baru mereka memungkinkan untuk memanipulasi grafit, sehingga dapat mengambil sifat menguntungkan dari berlian di bawah kondisi tertentu. Peneliti melihat bahwa material bisa digunakan pada lapisan pelindung dan anti-peluru.

Elisa Riedo, profesor fisika dan peneliti utama proyek ini, mengatakan bahwa ini adalah material tertipis yang memiliki “kekakuan dan kekerasan berlian” yang pernah diciptakan. “Sebelumnya ketika kita menguji grafit atau satu lapisan atom graphene, kita akan menerapkan tekanan dan merasakan film (material tipis) yang sangat lembut. Tapi ketika film grafit setebal dua lapis, tiba-tiba kita menyadari bahwa bahan di bawah tekanan menjadi sangat keras dan kaku atau kaku daripada berlian besar,” kata Elisa.

Cara Mudah Produksi Graphene

Seperti yang diketahui bahwa graphene adalah material paling luar biasa di dunia. Berupa lembar berbentuk sarang lebah, seperti karbon murni yang hanya terdapat satu atom tunggal. Satu juta kali lebih tipis dari rambut manusia tetapi mempunyai kekuatan 200 kali lebih kuat dari baja. Material ini juga merupakan konduktor sangat baik terhadap panas dan listrik dan merenggang, fleksibel, transparan dan kedap air.

Sudah lama ditemukan akan tetapi sulit diproduksi secara massal karena harga produksinya sangat mahal. Tetapi kali, para ilmuwan di Caltech, Pasadena, California, Amerika Serikat, berhasil memecahkan sebuah teka-teki dan menemukan satu metode untuk memproduksi graphene secara massal dan revolusioner. Para ilmuwan dan pakar industri ingin mengeksploitasi graphene untuk menghasilkan barang-barang seperti layar komputer yang bisa ditekuk, penyarign udara, panel surya yang lebih efisien dan mikrokomputer berkecepatan kilat. Ini semua sudah nyata dan bisa dibuat.

Sejak Oktober 2004, ketika fisikawan Andre Geim dan Konstantin Novoselov menerbitkan makalah yang menjelaskan apa yang beberapa dicirikan sebagai sifat fiksi ilmiah graphene, ilmuwan dan pakar industri di seluruh dunia telah mencoba dan gagal untuk menciptakan cara-cara memproduksi graphene, murah, berupa bahan karbon yang melimpah di bumi kita. Pada bulan Juli 2011, ada 3.108 aplikasi paten yang diterbitkan di seluruh dunia, menurut Kantor Kekayaan Intelektual Britania Raya. Delapan belas bulan kemudian, angka itu hampir tiga kali lipat menjadi 8.416.

Samsung dan Sungkyunkwan University di Korea, Universitas Zhejiang di Cina dan IBM di Amerika Serikat adalah pemimpin dalam aplikasi paten. Persoalnnya adalah menyangkut teknik produksi. Untuk membuat graphene diperlukan tungku yang mampu menghasilkan pasan hingga 1.800 derajat Fahrenheit. Para peneliti di California Institute of Technology di Pasadena mengatakan mereka adalah yang pertama untuk menciptakan teknik cepat untuk memproduksi graphene berupa lembaran panjang berkualitas tinggi.

David Boyd, staf ilmuwan Caltech yang mengembangkan teknik baru, yang disebut metode sebelumnya“agak barbar” dibandingkan dengan apa yang sengaja ia ditemukan pada tahun 2012. Sekarang materi ini dapat dibuat pada panas cukup 842 derajat Fahrenheit. “Kami telah berada pada tingkat produksi graphene dalam tungku, dan kami memiliki graphene yang membentuk besar tetapi benar-benar kecil. Sekarang, kami punya metode membuat graphene benar-benar baik pada proses terukur. Ini sangat menarik!”

Boyd bersama profesor fisika Nai-Chang Yeh telah merilis kertas kerja itu dan diterbitkan dalam jurnal Nature Communications. Teknik Caltech memungkinkan graphene pertumbuhan yang akan berlapis-lapis di atas satu sama lain, sedangkan teknik yang ada saat hanya satu lapisan saja, kata Boyd. “Sebelumnya orang hanya mampu menghasilkan beberapa milimeter persegi graphene,” katanya dalam sebuah pernyataan. “Biasanya dibutuhkan sekitar 10 jam dan sembilan sampai 10 langkah berbeda untuk membuat graphene menggunakan metode pertumbuhan suhu tinggi. Proses kami melibatkan satu langkah dan memakan waktu lima menit saja. “

Nilai perdagangan graphene di pasaran dunia mencapai $ 20 juta (sekitar Rp 260 mliar) pada 2014, tetapi bisa tumbuh menj’adi $ 390.000.000 (sekitar Rp 5 triliun) pada tahun 2024, menurut peneliti pasar independen IDTechEx. Sejauh Caltech mampu menghasilkan hanya mampu menhasilkan 1 cm persegi graphene, tetapi berencana untuk tumbuh mereka untuk sampai 4 inci (sekitar 12 cm), kata Boyd. Dan peneliti Caltech akan mengeksplorasi menambahkan molekul yang berbeda dan senyawa untuk efek yang berbeda-beda. Graphene seperti bayi, dan dunia belum melihat secara menyeluruh atas potensial material ini, katanya.

“Anda bisa membayangkan sesuatu yang gila. Anda bisa membungkus bangunan dengan i graphene agar tidak terjatuh. “ Ia mengatakan sampai batas tertentu yang hiperbola, tapi mungkin membayangkan skenario seperti itu, lapisi benda apapun dengan graphene sehingga tidak jatuh ke bawah. “Imajinasi adalah langkah pertama dan satu bisa membayangkan apa mungkin itu bisa menjaga kaca agar tidak retak. Saya tidak tahu. Anda bisa melapisi patung mengunakan graphene sehingga tidak rusak. “

Sebenarnya masih banyak lagi kelebihan dan pemanfaatan dari graphene ini seperti dari sisi optik dan lain sebagainya. Akan tetapi yang jelas penemuan graphene bisa banyak membuat perubahan besar hampir di setiap industri. Jadi gak heran deh kalau sang penemu mendapatkan penghargaan nobel pada tahun 2010. Demikianlah penjelasan kali ini, semoga dapat bermanfaat.

Your Header Sidebar area is currently empty. Hurry up and add some widgets.