Faiz iqbal itishom

Graphene: Material Sains Fiksi, tak Lagi Sebatas Imajinasi

Teknologi | 2024-09-28 13:21:45

Grafit, Vibranium di Dunia Nyata

Dalam dunia fiksi Marvel, vibranium dikenal sebagai logam luar angkasa dengan sifat luar biasa yang melebihi kekuatan dari baja. Selain itu, vibranium juga mampu menyerap getaran dan tahan terhadap berbagai bentuk energi. Meskipun vibranium tidak nyata, material tersebut telah menginspirasi para ilmuwan di bidang rekayasa nanoteknologi untuk mengembangkan material dengan sifat serupa (Bryan Ward, 2018). Salah satunya yaitu peneliti bernama Yuri Gogotsi dari Drexel University yang mengembangkan nanomaterial piezoelektrik yang dapat mengubah getaran menjadi energi listrik. Penelitian Yuri Gogotsi tersebut serupa dengan kemampuan vibranium yang dapat menyerap dan menyimpan energi kinetik (Robert Stephens, 2018).

Nanoteknologi telah membuka peluang besar dalam pengembangan material super kuat dan multifungsi yang sebelumnya hanya ada dalam dunia fiksi. Melalui manipulasi material pada skala nanometer, para ilmuwan kini mampu menciptakan nanomaterial yang kuat, ringan, dan mampu menyerap energi, seperti graphene dan carbon nanotubes. Inovasi tersebut memberikan harapan untuk dapat mengembangkan bahan canggih yang tidak hanya tahan terhadap tekanan mekanis tetapi juga memiliki kemampuan menghantarkan dan menyimpan energi dengan efisien [1] [2].

Apa itu Grafit? Apa Kelebihan dan Kekurangannya?

Graphene, atau Grafit adalah karbon nanomaterial yang terbuat dari satu lapisan atom karbon dua dimensi yang terhubung dalam struktur heksagonal layaknya sarang lebah. “Graphene is a carbon nanomaterial made of two-dimensional layers of a single atom thick planar sheet of sp2 -bonded carbon atoms packed tightly in a honeycomb lattice crystal” [3]. Perbedaan mendasar antara karbon yang biasa kita jumpai sehari-hari dengan grafit terletak pada struktur heksagonal-nya yang diproses menggunakan nanoteknologi.

Perbedaan struktur atom yang sama, dapat memberikan perbedaan yang luar biasa besar. Hanya dengan perbedaan struktur membuat grafit memiliki sifat-sifat unik dan superior dibandingkan material lainnya, termasuk karbon yang merupakan atom penyusunnya. Berikut keunggulan yang grafit miliki.

1. Kekuatan dan Fleksibilitas yang Luar Biasa

lapisan tipis graphene yang tersusun secara paralel. Maka dari itu untuk mendapatkan graphene kita perlu mengupas lapisan grafit sehingga didapatkan lapisan paling tipis dengan tebal hanya satu lapis atom. Lapisan tipis inilah yang kemudian dikenal dengan graphene material yang 200 kali lebih kuat dari baja. [4]

2. Konduktivitas yang Tinggi

Selain kekuatan material yang luar biasa, grafit juga memiliki sifat konduktivitas elektrik dan termal yang sangat baik. “Graphene as one-atom planar sheet with nanoscale and remarkable aspects such as high electrical conductivity, significant stiffness and large specific surface area can replace the common fillers for fabrication of polymer nanocomposites” [5]. Sifat-sifat tersebut menjadikan grafit material revolusioner dengan potensi yang luar biasa besar, serta dapat diterapkan dalam berbagai teknologi dan industri di masa depan.

Kendati demikian, grafit bukanlah material yang dapat ditemukan secara alami melainkan dari proses pengolahan dengan berbagai teknik nanoteknologi. Proses pembuatan yang luar biasa kompleks menjadikan grafit masih menjadi material yang eksklusif dan belum bisa untuk diproduksi secara masal agar semua orang dapat menikmatinya.

Implementasi Grafit di Dunia Nyata

Grafit sangat cocok digunakan sebagai bahan rangka dan keseluruhan bodi kendaraan di industri otomotif, memungkinkan terciptanya kendaraan dengan durabilitas dan kekuatan tinggi, namun tetap ringan dan berkecepatan tinggi [6] Grafit juga sangat cocok untuk diterapkan pada hampir seluruh perangkat elektronik yang ada. Durabilitas, konduktivitas, serta bobotnya yang ringan menjadikan grafit sebagai material yang sempurna untuk berbagai perangkat mobile seperti smartphone, laptop, material semikonduktor, hingga baterai [7]

Selain itu, adanya material seperti grafit membuka peluang yang sangat lebar pada inovasi teknologi-teknologi maju dan ramah lingkungan. Salah satu bidang utamanya adalah sektor energi, di mana grafit mampu meningkatkan efisiensi baterai dengan superkapasitor yang memungkinkan penyimpanan energi yang lebih optimal dan tahan lama. Baterai berbasis grafit, seperti yang digunakan dalam baterai lithium-ion dapat mengurangi emisi karbon dengan meningkatkan efisiensi energi. [8]

Grafit juga digunakan dalam teknologi sel surya untuk meningkatkan efisiensi konversi energi matahari menjadi listrik. Di luar sektor energi, grafit juga berperan dalam bidang pengelolaan air dan transportasi. Membran grafit dapat digunakan untuk desalinasi dan penyaringan air yang membantu menyediakan air bersih secara hemat energi dan biaya. Dalam transportasi, grafit juga memungkinkan pengembangan material yang lebih ringan dan kuat untuk kendaraan listrik yang mengurangi konsumsi energi dan emisi karbon. Dengan berbagai peran tersebut, grafit menjadi material yang dapat mendukung upaya global untuk mengurangi dampak lingkungan, mempromosikan efisiensi energi, dan mencapai pembangunan yang lebih berkelanjutan. [9]

Tidak hanya pada sektor energi, penerapan grafit pada sektor manufaktur, memungkinkan adanya infrastruktur dengan ketahanan luar biasa dengan desain yang mungkin tidak pernah kita bayangkan sebelumnya untuk dapat diwujudkan secara nyata. Teknologi maju layaknya film sains fiksi seperti lift luar angkasa, pesawat antariksa untuk perjalanan antar planet mungkin saja tidak lagi sebatas imajinasi dan angan-angan belaka [10]

Potensi luar biasa yang dibawanya mendorong berbagai universitas di dunia saat ini sedang gencar meneliti dan mendalami bidang nanoteknologi ini. diantaranya adalah sebagai berikut:

University of Exeter di Inggris mengembangkan beton berbasis grafena yang 146% lebih kuat dibandingkan beton konvensional dan memiliki 50% lebih sedikit kebutuhan material, menjadikannya lebih ramah lingkungan (University of Exeter, 2022).

University of Manchester telah mengembangkan filter grafena oksida yang dapat menyaring partikel berbahaya dan garam dari air laut, membuat proses desalinasi lebih hemat energi dan terjangkau (University of Manchester, 2024).

Universitas Airlangga Menjadi pionir pada bidang nanoteknologi dengan mendirikan program studi Rekayasa Nanoteknologi pertama dan satu-satunya di Indonesia (Universitas Airlangga, 2020).

Kesimpulan

Penemuan graphene sebagai material unggul yang menyerupai vibranium telah membawa terobosan yang signifikan dalam bidang rekayasa nanoteknologi. Dengan sifat mekanik yang kuat, fleksibilitas tinggi, dan konduktivitas listrik yang luar biasa, graphene telah menunjukkan potensi besar dalam berbagai aplikasi teknologi, mulai dari elektronik, energi, hingga konstruksi. Penerapan graphene, seperti yang ditunjukkan oleh sejumlah penelitian, mendukung inovasi berkelanjutan dalam pengembangan baterai, superkapasitor, dan sensor canggih. Hal ini sejalan dengan tujuan Sustainable Development Goals (SDGs) ke-9, yaitu mendukung pertumbuhan industri yang inovatif dan berkelanjutan. Implementasi graphene tidak hanya memperkuat infrastruktur industri, tetapi juga mendorong terciptanya solusi berbasis teknologi yang lebih efisien dan ramah lingkungan, memberikan dampak positif bagi masa depan industri global.

Daftar Pustaka

https://ceramics.org/ceramic-tech-today/materials-scientists-and-acers-members-weigh-in-on-vibranium-a-material-with-superpowers

[1] Rajesh, K., Sumanta, S., Ednan, J., Rajesj, K. S., Wai, K. T., Kamal, K. K., Atsunori, M. (2019). Recent progress in the synthesis of graphene and derived materials for next generation electrodes of high performance lithium ion batteries.

[2] Vestince, B. M., Euphrem, N., Thirasara, S., Sunaina, T., Elice, R. M., Atta, U. K. (2021). Graphene synthesis, characterization and its applications: A review

[3] Mbayachi, V. B., Ndayiragije, E., Sammani, T., Taj, S., & Mbuta, E. R. (2021). Graphene synthesis, characterization and its applications: A review. Results in Chemistry, 3, 100163.

[4] Apriansyah, M., Wangsa, A. G., Ukkasya, M., Fadlun, F., & Anisah, N. (2024). STUDY LITERATUR: GRAPHENE, NANO TEKNOLOGI SEBAGAI MATERIAL KONSTRUKSI MASA DEPAN. Bearing: Jurnal Penelitian dan Kajian Teknik Sipil, 9(1), 1-9.

[5] Zare, Y., Rhee, K. Y., & Park, S. J. (2023). Progressing of a power model for electrical conductivity of graphene-based composites. Scientific Reports, 13(1), 1596.

[6] Izzaty, N., & Sastra, H. Y. (2019, June). The implementation of graphene composites for automotive: an industrial perspective. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 536, No. 1, p. 012133). IOP Publishing.

[7] Guerra-Him, A., Fernández-Arteaga, Y., Maldonado, J. L., Valle-Orta, M., Sierra, U., Fernández, S., & Frontana-Uribe, B. A. (2023). Implementation of an alternative graphene-based electrode. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 34(6), 513.

[8] Geim, A. K., & Novoselov, K. S. (2007). The rise of graphene. Nature Materials, 6(3), 183–191.

[9] Hu, M., & Mi, B. (2014). Enabling graphene oxide nanosheets as water separation membranes. Environmental Science & Technology, 47(8), 3715–3723.

[8] Kamaruddin, K. (2016, April). Graphene and Nanotechnology Applications for Space Technology. In Space Environment and Kibo Utilization Workshop (SEKUW).

https://www.exeter.ac.uk/research/centres/graphene/grapheneandgraphexeter/

https://www.manchester.ac.uk/about/news/immersive-event-showcases-graphenemanchesters-capabilities-to-industry/

https://ftmm.unair.ac.id/rekayasa-nanoteknologi-program-studi/

Nama Penulis: Faiz Iqbal I’tishom dan Miska Chirzia