Material Nanostruktur dari Bahan Alam? Why Not?

Oleh: Abdulloh Ubaid

Material maju merupakan material dan modifikasi dari material yang telah ditingkatkan salah satu atau lebih dari karakteristik dasarnya. Material ini dikembangkan mengarah pada kebutuhan spesifik yang sesuai dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Kebutuhan Material maju tidak hanya menuntut karakteristik unik materialnya saja, tetapi juga mempertimbangkan berbagai bidang seperti physics, chemistry, materials science and device science and technology. salah satu karakteristik dasar yang menarik untuk dipelajari dan mempunyai peran besar dalam aplikasinya adalah struktur material maju.

Struktur material maju dapat dibagi menjadi 4, yaitu Zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional. Zero-dimensional biasanya berbentuk core–shell quantum dots, onions, hollow spheres and nanolenses. One-dimensional berbentuk nanowires, nanorods, nanotubes. two-dimensional memiliki bentuk nanosheets, nanowalls, and nanodisks. three-dimensional memiliki bentuk nanocones, nanopillers and nanoflowers.

One-dimensional nanostructure, a. nanowires, b. nanorods, c. nanotubes

Salah satu yang menarik dari struktur material tersebut adalah nanowires dari grup one-dimensional materials. Nanowires didefinisikan sebagai material nanostruktur berbentuk seperti dawai atau kabel dengan rasio panjang dan diameter sekitar 1000. Material berbentuk nanowires telah banyak dipelajari, misalnya bagaimana mengkontrol panjang, diameter dan densitasnya hingga metode sederhana dalam mensintesisnya. Pemanfaatan struktur nanowires ini pun sangat luas. Beberapa diantaranya adalah biosensor, fuel cells, supercapacitor hingga Li-ion batteries.

Namun taukah anda bahwa material dengan struktur nanowires ternyata banyak yang diperoleh dari bahan komersial. Misalnya pada sintesis silika nanowires menggunakan bahan dasar serbuk silika^[1], sintesis MnO2 nanowires meggunakan α-MnO2 Komersial^[2] dan masih banyak lagi. Hal tersebut membuat peneliti dari negara berkembang, seperti Indonesia, tidak memiliki peran banyak dalam perkembangannya dikarenakan berbagai keterbatasan. Namun berbeda dengan apa yang dilakukan oleh sekelompok peneliti dari Department of Physics, National Institute of Technology Kurukshetra India yang telah berhasil mensintesis silika nanowires langsung dari bahan alam^[3].

Anuj Bathla, Chetna Narula, dan R. P. Chauhan telah berhasil mensintesis silika nanowires dari limbah pertanian berupa abu sekam padi. Abu sekam padi dipilih karena material dengan harga murah dan memiliki kandungan 82-95% kandungan silika amorf dengan pengotor hanya sebesar 5-14%. selain itu, metode yang digunakan dalam sintesisnya adalah hidrothermal. Metode ini relatif lebih mudah dan murah jika dibandingkan dengan metode lain seperti chemical vapor deposition (CVD), vapor/solution liquid solid (VLS/SLS), Sol gel, Electrochemical dan electrophoretic deposition, lithography dan lainnya.

Dalam penelitiannya, sekam padi dicampur dengan asam oksalat pada suhu 75^oC selama 3 jam, kemudian dibersihkan dan dikeringkan. Sekam yang telah kering dibakar pada suhu 700^oC. Abu sekam padi yang dihasilkan dicampur dengan Fe(NO₃)₃·9H₂O dan dipanaskan kembali pada suhu 420^oC hingga terbentuk serbuk. Setelah itu serbuk ditambahkan ethylenediamine dan dimasukkan dalam autoclave hidrotermal yang dipanaskan pada suhu 200^oC selama 5 hari. setelah proses hidrotermal selesai, endapan disentrifugasi dan dicuci menggunakan deionized water. Hasil dari pencucian dikeringkan dan kemudian dihilangkan pengotornya, Fe₂O₃, menggunakan HCl. Endapan putih yang diperoleh kemudian dicuci dan dikeringkan.

Terdapat banyak krital kecil yang menggabung mementuk kumpulan besar selama berlangsungnya reaksi. Nanowires silika yang diperoleh membuat web seperti struktur. Sebagian besar nanowires silika memiliki morfologi halus dan tidak ada pembentukan struktur lain yang ditemukan di permukaan. Melalui TEM didapatkan variasi diameter maksimum sepanjang kabel diamati kurang dari 3 nm.

Dengan berhasilnya Anuj Bathla mensintesis silika nanowires dari abu sekam padi patut menjadi contoh bagi peneliti dan calon peneliti Indonesia untuk mengeksplorasi kembali bahan alam indonesia, khususnya limbah, untuk diolah menjadi material maju dengan menjadikan kendala yang ada menjadi semangat untuk terus maju.

Referensi

1. H. Tang, L. Z. Pei, L. W. Lin, and X. X. Li. Preparation of silicon nanowires by hydrothermal deposition on silicon substrates. J. Appl. Phys. 105, 044301 (2009); doi: 10.1063/1.3068488
2. Bin Deng, Haiying Huang & Ruijin Yu (2015) Synthesis of Manganese Oxides
   Nanowires by a Facile Hydrothemal Method, Integrated Ferroelectrics: An International Journal, 162:1, 38-45, DOI: 10.1080/10584587.2015.1037701
3. Bathla A. Narula C. Chauhan R. P. Hydrothermal synthesis and characterization of silica nanowires using rice husk ash: an agricultural waste. Journal of Materials Science: Materials in Electronics (2018), 29(8), pp 6225–6231