Si 'Ajaib' Graphene, Ringan Sekali Tapi 300 Kali Kekuatan Baja dan Lebih Kuat dari Berlian

Graphene adalah serat karbon yang hanya disusun dari satu lapis atom karbon yang tersusun dalam kisi sarang lebah.

Sejak ditemukan tahun 2004 lalu, graphene digadang-gadang sebagai material ajaib, yang ditakdirkan mengubah hidup manusia di abad ke-21. Graphene ditemukan oleh dua ilmuwan kelahiran Rusia, Andre Geim dan Konstantin Novoselov -- yang menjadi pemenang Nobel Bidang Fisika 2010.

Graphene memiliki sifat yang menakjubkan, sekaligus membingungkan. Bagaimana bisa sesuatu yang jutaan kali lebih tipis dari rambut manusia, punya kekuatan 300 kali baja, dan 1.000 kali lebih konduktif atau bisa mengalirkan panas lebih kuat dari silikon.

Seperti dimuat CNN Labs, peneliti graphene dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), Tomas Palacios menjelaskan mengapa material itu sungguh istimewa dan menawarkan banyak harapan untuk masa depan.

Apa itu graphene?

Menurut Tomas, graphene adalah serat karbon yang hanya disusun dari satu lapis atom karbon yang tersusun dalam kisi sarang lebah.

Pengaturan atom yang khusus membuat graphene memiliki sifat unik dan khusus. Contohnya, arus listrik dalam  graphene bergerak lebih cepat dari material lain yang kita ketahui selama ini.

Demikian juga dengan panas. Graphene adalah konduktor panas terbaik yang kita miliki saat ini. Di atas itu, graphene adalah material paling tipis di dunia, namun paling kuat. Lebih kuat dari baja, dan tentu saja, lebih ringan.

"Dan karena disusun dari satu lapis atom, bentuknya transparan dan fleksibel," kata Tomas.

Apa kegunaan graphene ?

Menurut Tomas, aplikasi pertama, graphene akan digunakan untuk menggantikan indium selenide -- logam yang relatif mahal -- dalam sel surya (solar cells). "Setelah itu mungkin kita akan menyaksikan peralatan komunikasi yang tak hanya memakai graphene, tapi juga  menggunakan material dua dua dimensi lain," kata Tomas. Perangkat telekomunikasi bakal jauh lebih tipis. "Telepon selular akan terintegrasikan dalam -- misalnya -- pakaian, lembaran kertas, atau jendela."

Kegunaan lain, membuat benda-benda yang penampilannya transparan. "Pada dasarnya kita akan memiliki peralatan elektronik yang tertanam hampir di manapun, di jendela, kaca mata, dinding, di mana pun." Untuk mewujudkannya kita memerlukan material yang amat tipis dan transparan. Graphene mungkin yang selama ini kita cari.

Kapan produk yang memakai graphene ada di pasaran?

Tergantung pada aplikasinya. "Saya yakin penggunaan graphene di sel surya, produk display, dan lainnya mungkin bisa dipasarkan dalam beberapa tahun," kata Tomas. Namun, untuk aplikasi yang lebih kompleks seperti komputer atau telepon genggam mungkin harus menunggu
lebih lama. Mungkin 5 sampai 10 tahun.

Tantangan apa yang kini dihadapi peneliti  terkait graphene?

Salah satu tantangan penting yang dihadapi terkait graphene adalah cara material itu dikembangkan. Sebab, Graphene diisolasi  menggunakan teknik  Scotch Tape, diisolasi dari grafit -- yang digunakan dalam batang pensil dengan teknik yang rumit dan kompleks menggunakan selotip.

Dengan teknik seperti itu, kuantitas yang bisa dihasilkan masih sedikit. "Masih dicari teknik yang tepat untuk mengembangkannya. Sudah ada yang menjanjikan, namun masih prematur," kata Tomas.

Tantangan lain, graphene adalah material yang mengandung selapis atom. Sifatnya sangat retan. "Kami masih perlu memahami dengan lebih baik bagaimana membuat perangkat dari graphene, dengan perlakuan selembut mungkin, tanpa merusak formulanya.

Apakah ada perkembangan sejauh ini?

Baru-baru ini Samsung Electronics mendemonstrasikan satu lapisan graphene berdiameter 30 inchi. Jadi hanya dalam beberapa tahun, graphene yang tadinya hanya serpihan menjadi 30 inchi. "Ambisi kami, suatu hari nanti graphene bisa diproduksi dengan cara yang sama seperti mencetak surat kabar. Ini  akan mengubah industri elektronik secara keseluruhan."

Apakah ada material lain yang mirip graphene?

Graphene adalah material dua dimensi pertama yang ditemukan, tapi bukan satu-satunya. Saat ini ada lebih dari 10 material dua dimensi dengan sifat pelengkap yang bisa diintegrasikan dengan graphene. Misalnya, Boron nitride (Boron nitrida) yang hanya selapis atom tebalnya, namun alih-alih konduktor, material itu adalah isolator terbaik yang saat ini kita ketahui.

Kapan produk berbasis graphene membanjiri pasaran?

Jika mengkaji kebiasaan sebuah material baru berdampak di pasaran, itu butuh waktu 20 tahun. Kita harus lebih sabar, namun, graphene kemungkinan lebih cepat dari para material lain. Beberapa tahun mendatang kita akan melihat perbaikan yang cukup signifikan dalam teknik pertumbuhan dan sintesis bahan dua dimensi.

Pada tingkat penelitian dasar kita akan mencoba memahami apa yang terjadi ketika menumpukkan bahan-bahan tersebut satu di atas yang lain. Berpotensi memunculkan banyak pemahaman baru, yang akan berujung pada perangkat yang sama sekali baru. "Saya benar-benar yakin bahwa graphene akan mengubah kehidupan kita. Persisnya bagaimana, saya tidak tahu, dan saya pikir siapapun tak dapat mengetahuinya dengan pasti. Namun, tidak ada material yang lebih tipis, lebih kuat atau lebih cocok untuk menghantarkan listrik daripada graphene," kata Tomas.(Ein)
sumber: copas01

Grafene adalah sesuatu yang jutaan kali lebih tipis dari rambut manusia, punya kekuatan 300 kali baja, 20 kali lebih kuat dari berlian

Sudah jadi pengetahuan umum, berlian dan grafit -- seperti yang dipakai untuk isi pensil-- berbahan dasar sama: karbon. Reaksi yang membentuk mereka menjadi penentu perbedaan dan nilai keduanya.

Berlian terbentuk di kedalaman 150 kilometer, dengan tekanan sekitar 5 giga pascal  dengan temperatur sekitarnya 1.200 derajat Celcius. Membuatnya menjadi benda yang superkeras. Bahkan diamond -- Bahasa Inggris berlian -- berasal dari Bahasa Yunani adamas yang berarti "tak bisa dihancurkan". Sementara, grafit adalah jenis karbon yang mudah terbakar dan mudah hancur ketika terkena tekanan. Tapi, jangan pernah remehkan isi pensil itu!

Mungkin tak seorang pun pernah mengira, bahan isi pensil menjadi pemicu sebuah revolusi. Namun, dengan mengupas dan mengisolasi grafit isi pensil menjadi lapisan atom tebal menggunakan pita perekat (selotip) biasa. Dua ilmuwan kelahiran Rusia, Andre Geim dan Konstantin Novoselov, meraih Hadiah Nobel pada tahun 2010.

Mengarahkan mereka pada penemuan sebuah 'material ajaib', yang ditakdirkan mengubah hidup manusia di Abad ke-21: graphene atau grafena. Grafena adalah serat karbon yang hanya disusun dari satu lapis atom karbon yang tersusun dalam kisi sarang lebah. Saat ini, sebuah laboratorium riset di Korea Selatan mungkin telah membuat lompatan dari teori ke praktis, dengan mengembangkan cara untuk mensintetiskan grafena, yang berpotensi untuk digunakan pada skala komersial.

Substansi, "kisi atom yang sempurna" memiliki kemampuan menarik, yang membuatnya berpotensi digunakan dalam berbagai industri dan untuk nyaris semua tujuan. Graphene atau grafena  punya kekuatan super, 20 kali lebih kuat dari berlian, 200 kali lebih kuat dari baja, namun 6 kali lebih ringan. Ia juga bersifat sangat konduktif -- baik untuk menghantarkan listrik dan panas.





Jika itu belum cukup mengagumkan, graphene nyaris transparan, kedap terhadap gas, dan memiliki sifat -- yang menurut para ilmuwan -- mudah diubah. Grafena merupakan salah satu bentuk alotrop karbon, dasar dari semua kehidupan di Bumi. Alotrop karbon yang lebih dikenal termasuk berlian dan grafit. Yang membuat grafena unik adalah ketipisannya -- mempunyai ketebalan hanya satu atom saja, yaitu karbon yang disusun menyamping pada kisi yang menyerupai sarang lebah dan diperkirakan sebagai bahan semikonduktor tertipis di dunia.

Fleksibilitasnya membuat grafena bisa digunakan untuk membuat sebuah perangkat yang fleksibel atau bisa dipakai. "Grafena memiliki banyak potensi, terutama dalam hal aplikasi industri untuk perangkat optik dan elektronik," kata Ping Sheng, seorang Profesor nanosains di Hong Kong University of Science and Technology, seperti Liputan6.com kutip dari CNN, Kamis (10/4/2014).

Satu-satunya hambatan adalah kuantitasnya. Seandainya grafena bisa diproduksi dalam skala besar. "Jika bisa demikian, itu akan menjadi sebuah terobosan besar." Selain ketipisan yang luar biasa, keunggulan lainnya adalah beratnya yang ringan. Grafena bisa digunakan untuk membuat komponen ultra-ringan untuk -- misalnya-- industri penerbangan, yang secara dramatis mengurangi berat pesawat -- dan dengan demikian secara signifikan meningkatkan efisiensi bahan bakar tanpa mengorbankan kekuatannya. Luar biasa!

Grafena bahkan disebut-sebut sebagai masa depan kondom. Bill and Melinda Gates Foundation tahun lalu memberikan hibah U$ 100.000 untuk mendanai pengembangan alat kontrasepsi berbahan grafena.

Tantangan

Salah satu tantangan penting produksi grafena adalah cara material itu dikembangkan. Material itu masih harus diisolasi  menggunakan teknik  Scotch Tape, diisolasi dari grafit -- yang digunakan dalam batang pensil dengan teknik yang rumit dan kompleks menggunakan selotip.

Juga konduktivitasnya yang tidak dapat diubah, yang berarti bahwa sebagai semikonduktor, grafena tak berguna, meskipun peneliti bereksperimen dengan substansi untuk mencari cara mengatasi masalah ini. Salah satu solusi yang mungkin dilakukan adalah dengan menggunakan proses kimia.

Jika kekurangan ini bisa diatasi, grafena bisa digunakan dalam berbagai perangkat sebagai pengganti  transistor silikon supercepat, yang sudah mencapai kapasitas maksimal mereka. Grafena punya kemampuan seratus kali mobilitas elektron silikon.

Keterbatasan lain datang dalam bentuk produksi: saat ini hanya dapat disintesis dalam bentuk kristal kecil. Meskipun ini cukup bagi para peneliti untuk menguji sifat-sifat dan memahami manfaatnya, belumlah cukup memproduksinya untuk penggunaan komersial secara massal.

Hingga kini, pendanaan publik dan sektor swasta secara aktif mengeksplorasi substansi tersebut. Uni Eropa menggelontorkan US$ 1,3 miliar dalam bentuk dana penelitian yang berpotensi mengubahnya agar bisa digunakan dalam berbagai sektor, termasuk elektronik, energi, kesehatan, dan konstruksi. Dana tersebut untuk digunakan pada tahun 2013 hingga 2023.

Kemudian, Samsung Advanced Institute of Technology pekan lalu mengumumkan telah  mengembangkan "metode sintesis terobosan" dalam produksi grafena, dan berharap itu akan membuka jalan bagi komersialisasi bahan  tersebut. Hasilnya dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Science.

Samsung melihat grafena sebagai "bahan yang sempurna" untuk perangkat generasi berikutnya, dan terobosan yang bisa memiliki implikasi besar untuk produksi komersial .

"Ini adalah salah satu terobosan paling signifikan dalam penelitian grafena  dalam sejarah," kata para peneliti dalam sebuah pernyataan yang dikeluarkan oleh Samsung. " Kami berharap penemuan ini bisa mempercepat komersialisasi grafena, yang bisa membuka jalan bagi era baru teknologi elektronik berbasis konsumen."

Dalam kemitraan dengan dengan Sungkyunkwan University, Samsung Advanced Institute of Technology telah mempelopori gafena dalam skala selapis wafer.

Sebelumnya, sudah dihasilkan satu lapisan graphene berdiameter 30 inchi. Namun dirasa kurang efektif.

Belum terungkap, apakah Samsung berencana untuk membuat terobosan proses sintesis massal, sebuah langkah yang cepat akan mempercepat adopsi graphene dalam penggunaan sehari-hari .

Namun, menurut Sheng, tidak akan lama lagi sebelum proses tersebut dilakukan secara luas. "Saya pikir, tak mungkin mereka (Samsung) akan menyembunyikannya dalam waktu lama, bahkan jika mereka menginginkannya... Akan ada banyak pabrik di seluruh dunia melakukan hal yang sama," kata dia. (Rizki Gunawan)
sumber: copas02