Oleh: Kristiyanto *)
SURAKARTA, wartaintegritas.com – Fouad Sabry dalam Nanorobotik (2023) mendefinisikan nanomaterial sebagai bahan yang memiliki setidaknya satu dimensi utama dengan ukuran lebih kecil dari 100 nanometer. Bahan yang disebut sebagai nanomaterial kerap kali menunjukkan karakteristik yang relevan secara teknologi, namun berbeda dari komponen massalnya.
Istilah nanomaterial juga kerap digunakan bersandingan dengan nanoteknologi. Hal ini dikarenakan hasil riset di bidang nanomaterial berupa teknologi yang dapat mengubah material berskala makro dan mikro menjadi teknologi berskala nanometer.
Istilah nanoteknologi pertama kali dicetuskan pada 1959 oleh Richard Feyman. Di mana nanoteknologi mempelajari rekayasa dan ilmu tentang nanometer. Hal ini bertujuan agar manusia dapat menciptakan, memproduksi, dan menggunakan sistem, bahan, maupun perangkat berskala nano.
Hasil nanoteknologi pun kini dapat diterapkan di bidang elektronik, bioteknologi, energi, kosmetik, kedokteran hingga bahan pangan.
Diketahui, nanomaterial bisa dibangun dengan teknik top down dan menghasilkan struktur yang sangat kecil dari potongan material yang lebih besar. Contohnya saja dengan Etching. Etching adalah proses yang digunakan untuk membuat sirkuit pada permukaan microchip silikon.
Konsep Pembentukan Nanomaterial
Mengutip dari Ayuk Ratna Puspaningsih, dkk. dalam Ilmu Pengetahuan (2021), konsep pembentukan nanomaterial dapat dipelajari lewat dua metode sintesis. Kedua metode sintesis itu adalah top-down dan bottom-up. Metode sintesis nanomaterial top-down adalah metode yang dilakukan secara fisika. Pada metode ini sebuah partikel besar dipecah menjadi partikel berukuran nanometer. Sementara itu, metode bottom-up merupakan proses sintesis partikel melibatkan reaksi kimia. Sejumlah partikel akan diproses secara kimia sehingga menghasilkan material lain yang berukuran nanometer.
Kedua konsep pembentukan nanomaterial tersebut didasari atas dua aspek, yakni ukuran material dan luas permukaan material. Adapun di bawah ini adalah penjelasan kedua aspek tersebut.
1. Ukuran material
Sebuah material diidentifikasi sebagai nanomaterial berdasarkan ukurannya. Di mana material berukuran nano memiliki batasan antara 1-100 nm. Material sendiri merupakan gabungan atom yang direduksi menjadi skala nano. Proses reduksi tersebut bisa menyebabkan perubahan sifat pada material saat masih berskala makro. Misalnya saja, logam tembaga merupakan zat buram. Namun setelah direduksi menjadi skala nano, sifatnya pun berubah menjadi transparan.
Contoh lainnya ada alumunium yang merupakan bahan yang tidak mudah terbakar. Namun, setelah diperkecil menjadi skala nano aluminium menjadi lebih mudah terbakar. Perubahan sifat juga dapat terjadi pada silikon. Material silikon bersifat isolator ketika masih berukuran makro. Namun, setelah direduksi menjadi skala nano, silikon akan berubah menjadi konduktor.
2. Luas permukaan material
Luas permukaan nanomaterial tentunya jauh lebih kecil dari pada material makro dan mikro. Kendati demikian, luas permukaan nanomaterial juga masih lebih besar jika dibandingkan material nanonano untuk massa yang sama. Para ahli mengungkap teori bahwa semakin kecil ukuran material dapat meningkatkan jumlah sisi aktif material untuk bereaksi secara kimia. Meningkatnya jumlah sisi aktif ini merujuk pada semakin meluasnya permukaan sisi aktif partikel. Padahal luas permukaan partikel meningkatkan peluang terjadinya rekasi kimia karena bertambahnya sisi aktif. Hal inilah yang menyebabkan nanomaterial cenderung lebih reaktif secara kimia dibanding material nanonano.
Klasifikasi Nanomaterial
Klasifikasi nanomaterial didasarkan pada jumlah dimensi material yang berada di luar rentang skala nano (<100 nm). Oleh sebab itu, dalam nanomaterial berdimensi nol (0D) semua dimensi diukur dalam skala nano (tidak ada dimensi yang lebih besar dari 100 nm). Paling umum, bahan nano 0D adalah:
Dalam bahan nano satu dimensi (1D), satu dimensi berada di luar skala nano. Kelas ini mencakup nanotube, nanorods, dan nanowires. Dalam nanomaterial dua dimensi (2D), dua dimensi berada di luar skala nano. Kelas ini menunjukkan bentuk seperti pelat dan mencakup graphene, nanofilms, nanolayers, dan nanocoatings. Nanomaterial tiga dimensi (3D) adalah material yang tidak terbatas pada skala nano dalam dimensi apa pun. Kelas ini dapat berisi serbuk curah, dispersi nanopartikel, bundel kawat nano, dan tabung nano serta multi-nanolayers.
Manfaat Nanomaterial
Manfaat nanomaterial dalam kehidupan sehari-hari sangat luas, mencakup peningkatan kekuatan material (seperti pada semen dan kain), pengembangan produk kosmetik yang lebih efektif (seperti tabir surya transparan dan produk anti-penuaan), peningkatan kinerja baterai dan panel surya, inovasi dalam pertanian (pupuk dan pestisida nano), serta peningkatan kualitas kemasan makanan untuk memperpanjang masa simpan dan mengurangi limbah. Nanomaterial juga berperan dalam bidang kesehatan, dengan pengembangan obat yang lebih tertarget dan efisien.
Dalam Bidang Kesehatan:
- Terapi Tertarget:
Nanomaterial dapat digunakan untuk merancang obat yang mampu menargetkan organ atau sel tertentu, seperti sel kanker, sehingga meningkatkan efektivitas terapi dan mengurangi efek samping.
- Biomarker dan Biosensor:
Karbon dots, sejenis nanomaterial, dapat berfungsi sebagai penanda dalam bioimaging dan biosensor, membantu mendeteksi penyakit dengan lebih akurat.
- Dalam Bidang Material & Produk Sehari-hari:
Material yang Lebih Kuat: Nanomaterial dapat ditambahkan ke material seperti semen, kain, dan peralatan olahraga untuk membuatnya lebih kuat namun tetap ringan.
- Kosmetik:
Dalam tabir surya, nanopartikel seperti titanium dioksida dan seng oksida digunakan untuk memblokir sinar UV sambil memberikan tampilan transparan. Nanomaterial juga ditemukan dalam produk pelembap dan anti-penuaan, serta memberikan warna baru pada kosmetik seperti lipstik.
Dalam Bidang Energi & Elektronik:
- Energi Terbarukan:
Nanomaterial dapat meningkatkan kinerja sel surya dan baterai, membuat perangkat energi lebih efisien.
- Perangkat Wearable:
Material berbasis nano memungkinkan pengembangan perangkat wearable seperti jam tangan pintar yang fleksibel dan terintegrasi dengan teknologi tinggi.
Dalam Bidang Pertanian & Lingkungan:
- Pertanian:
Nanomaterial dapat bertindak sebagai pupuk nano atau pembawa nutrisi mikro dan makro, meningkatkan penyerapan oleh tanaman.
- Pengemasan Makanan:
Kemasan nano dengan lapisan antimikroba dapat menjaga kesegaran dan memperpanjang masa simpan produk makanan, mengurangi pemborosan.
Manfaat Lainnya:
- Keamanan Siber:
Nanoteknologi dapat memperkuat kriptografi dengan mengembangkan chip nano yang memiliki kunci enkripsi lebih rumit, menyulitkan peretasan.
- Perawatan Lingkungan:
Nanomaterial dapat digunakan untuk pemurnian air melalui lembaran nano, dan untuk mendesain pelapis kertas arsip yang lebih tahan lama.
*) Penulis lulusan S1 dan S2 Pendidikan Kimia UNS, Guru Kimia SMA Negeri 1 Ngemplak Boyolali
Referensi:
- Nanorobotik: Fortschritte bei Molekularmaschinen und in der Mikrotechnologie by Fouad Sabry, Daniel Hueber (Translator) (2023)
- Ilmu Pengetahuan Alam by Ayuk Ratna Puspaningsih (2021)