GRAFENA atau GRAPHENE

Apa itu GRAFENA/GRAPHENE?

Pengenalan tentang graphene/grafena, Pada tahun 2004 kelompok riset dari Universitas Manchester yang dipimpin oleh Andre K. Geim dan Kostya Novoselov menemukan suatu bahan semikonduktor yang disebut "Graphene". Bahan yang merupakan alotrop karbon ini 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. Lapisan tunggal dari grafit sebelumnya (sekitar tahun 1970an) ditumbuhkan secara epitaksial di atas material-material lainnya dan biasa di sebut "grafena epitaksial". Grafena epitaksial ini mengandung lapisan setebal satu atom berbentuk heksagonal dengan ikatan sp2 antar atom karbonnya. Pada proses penumbuhan kristal grafena ini terjadi transfer muatan dari substrat ke grafena epitaksial, dan dalam beberapa kasus terjadi hibridisasi orbital d dari atom substrat dengan orbital pi dari grafena, yang secara signifikan mengubah struktur elektronik grafena.

            Grafena yang sempurna secara eksklusif terdiri dari sel-sel yang berbentuk heksagonal; sel berbentuk segi lima dan segi tujuh merupakan sel yang cacat. Jika terdapat sel bersegi lima yang terisolasi , maka bidang akan mengkerut menjadi berbentuk kerucut; penyisipan 12 segi lima akan membentuk fulerena. Demikian pula, penyisipan sel segi tujuh yang terisolasi menyebabkan lembaran menjadi berbentuk pelana. Penambahan yang terkontrol dari segi lima dan segi tujuh memungkinkan terbentuknya berbagai bentuk komplek, misalnya carbon nanobud. Tabung nano karbon berdinding tunggal dapat dianggap sebagai silinder grafena; yang sebagian kecil memiliki tutup berbentuk setengah bola (yang melibatkan 6 segi lima) di setiap ujungnya.

            Graphene merupakan material baru yang memiliki sifat elektronik unggul, di antaranya adalah  mobilitas pembawa muatan yang tinggi. Sifat ini dan lainnya menyebabkan graphene banyak diteliti, baik secara teori maupun eksperimental. Grafit sebagai bahan graphene adalah salah satu bentuk alami karbon. Satu milimeter grafit terdiri atas tiga juta lapisan graphene yang berdiri satu sama lain, tapi dalam susunan yang lemah. Namun, bila grafit itu diiris tipis-tipis menggunakan selotip hingga tersisa satu lapisan tunggal atom saja dengan metode chemical exfoliation (pengelupasan kimiawi) yang ditemukan Geim dan Novoselov enam tahun lalu, akan menjadi material yang sangat kuat. Meski tak lebih tebal dari sebuah atom, kekuatan graphene memang 100 kali lebih kenyal daripada baja. Sifat tipis dan kuat saja tak cukup untuk menggambarkan kelebihan material ini. Graphene memiliki sifat penghantar (konduktivitas) listrik yang tinggi, seperti halnya tembaga. Massa efektif elektronnya bernilai nol dengan pita celah energi (band gap) juga nol. Elektron-elektron di dalamnya pun bersifat relativistik, yang berarti kecepatannya tinggi. Tiga sifat elektron graphene ini membuatnya sangat cocok dipakai dalam aplikasi elektronika. Graphene juga hampir transparan, dengan persentase cahaya yang diserap hanya sekitar 2,3 %. Ini berarti graphene bisa dipakai sebagai lapisan konduktor transparan, seperti panel sel surya. Maka, aplikasi graphene di masa datang bisa dimanfaatkan untuk membuat komputer berkecepatan tinggi, pesawat terbang dengan berat super ringan, dan layar sentuh transparan. Andre Geim (51 tahun) menyebutnya material yang bisa mengubah kehidupan manusia, seperti halnya penemuan polimer (plastik) 100 tahun lalu. “Dia memiliki semua potensi untuk mengubah kehidupan Anda seperti halnya yang telah dilakukan oleh plastik. Ini benar-benar sangat menarik,” kata ilmuwan yang kini mengajar di Universitas Manchester, Inggris, ini. Jadi, akankah graphene akan menggantikan peran yang telah diemban plastik di masa mendatang, mengingat ketipisan dan kekuatannya itu? Menurut Michael Strano, kimiawan dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), mencoba untuk memprediksi penggunaan graphene bukan hal mudah.

            Akan tetapi, dia dan ilmuwan lain punya beberapa harapan. Barang elektronik yang berbahan graphene membuat kerja transistor makin cepat. Transistor merupakan komponen kunci sirkuit elektronik. Ini akan menjadikan kinerja komputer menjadi lebih baik. Rangkaian elektronik yang terbuat dari graphene, bahkan dikabarkan dapat mencapai kecepatan satu terahertz (THz) atau 300-400 kali kecepatan prosesor Pentium saat ini.

Dengan sifatnya yang transparan, graphene berpotensi menggantikan bahan film oksida logam berbasis indium yang selama ini dipakai untuk layar LCD televisi dan telepon seluler. Padahal, bahan indium semakin mahal karena jumlahnya terbatas. Ini bisa menjadi solusi baru teknologi layar sentuh atau panel surya.

            sifat-sifat elektrik graphene adalah penting karena tidak seperti material lainnya yang digunakan dalam industri elektronik, tetap stabil dan menghantarkan dalam skala molekuler. Sebagai akibatnya, ketika teknologi silikon terbaru mencapai batas miniaturnya yang fundamental pada tahun-tahun mendatang, graphene dapat sangat baik menggantikannya. Sementara, beberapa ahli fisika teori tertarik pada graphene untuk suatu alasan yang sangat berbeda , graphene memberikan suatu cara baru untuk menguji teori mereka .

Aplikasi dari Material Graphene :

1.      Pendeteksi Molekul Gas Tunggal

Grafena dapat digunakan sebagai sensor yang sangat baik untuk menentukan struktur 2D dimana keseluruhan isi grafena memiliki permukaan yang besar, membuat grafena sangat efisien untuk mendeteksi molekul yang diadsorpsi.Lokasi dari adsorpsi mengalami perubahan dalam tahanan listrik. Saat efek ini terjadi dalam material lain, grafena memiliki keunggulan karena mempunyai konduktivitas listrik yang tinggi dan rendahnya gangguan, yang membuat grafena ini tidak mengalami perubahan dalam mendeteksi.

2.      Ultrakapasitor

Menurut Prof. Rod Ruoff grafin memiliki luas permukaan 2630 M2/gram dapat membentuk lapisan-lapisan dan menghasilkan ruang-ruang yang dapat menyimpan energi sehingga bisa digunakan sebagai ultrakapasitor. Ultrakapasitor dari grafena ini mempunyai rapat massa yang tinggi dibandingkan dengan kapasitor-kapasitor dielektrik konvensional. Selain itu ultrakapasitor dari grafena memiliki range yang besar dalam menangkap energi dan menyimpan energi tersebut sehingga dapat pula dijadikan sebagai sumber daya primer bila dikombinasikan dengan aki atau sel bahan bakar. Ultrakapasitor dari grafena dapat menangkap kembali energi yang terbuang dengan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial sehingga akan mengurangi kalor yang terbuang. Industri dapat mengurangi energi yang terbuang dengan memasang ultrakapasitor dalam mesin-mesin produksi dan dapat pula diterapkan pada bus, truk dan kereta api.

3.      Graphene Nanoribbons

Graphene Nanoribbons (GNRs) adalah lapisan tunggal yang esensial dari grafena yang dipotong dengan pola tertentu untuk menghasilkan sifat-sifat listrik tergantung dari tepi lembaran tersebut, dapat berbentuk Z atau armchair. Berdasarkan perhitungan prediksi tigh binding bahwa GNR yang zigzag bersifat logam, sedangkan armchair dapat bersifat logam ataupun semilogam tergantung lebarnya. GNR dapat mempunyai sifat logam hingga semikonduktor tergantung chirality-nya. GNR bertepi zigzag bersifat logam dengan bentuk khas pada kedua sisinya tanpa memperhatikan lebarnya. Sementara GNR bertepi armchair dapat bersifat logam ataupun semikonduktor tergantung pada lebar NA. GNR armchair akan bersifat logam jika NA = 3k + 2 ( k adalah bilangan bulat ) dan jika tidak maka bersifat semikonduktor. Akhir-akhir ini bermacam-macam junction seperti bentuk L, bentuk T dan bentuk Z di dasarkan pada dua jenis GNR yang telah diusulkan tersebut. Walaupun junction-junction ini memiliki bentuk geometri yang sama dengan junction Quasi satu dimensi yang lain, keadaan elektronnya sangat berbeda dari junction yang lain karena pada GNR elektron-elektronnya mempunyai sifat yang khas.

Perhitungan DFT akhir-akhir ini memperlihatkan nanoribbons armchair bersifat semikonduktor dengan skala [energi] GAP nya berbanding terbalik dengan lebarnya . Hasil eksperimen `memperlihatkan bahwa energi GAP benar-benar meningkat dengan menurunnya lebar GNR . Meskipun demikian tidak ada data eksperimen yang mengukur energi GAP dari suatu GNR dan mengidentifikasi dengan tepat struktur tepinya .

Nanoribbons zigzag juga bersifat semikonduktor dan memiliki spin tepi yang terpolarisasi. Struktur 2Dnya memiliki daya hantar listrik dan termal yang tinggi dengan ganguan yang kecil memungkinkan GNR digunakan sebagai alternatif pengganti tembaga untuk sambungan-sambungan sirkuit tembaga. Beberapa penelitian juga dilakukan untuk membuat Quantum dots dengan mengubah lebar GNR pada titik tertentu disepanjang pita untuk membuat quantum confinement.

4.      Transistor Grafena

Transistor grafena sudah ditemukan sejak 2 tahun yang lalu, namun transistor tersebut masih mengalami kebocoran dan memengaruhi penampilan atau performa jika digunakan pada chip komputer, akan tetapi setelah dua tahun berikutnya kebocoran dari graphene dapat ditutupi dan telah diciptakan transistor grafena yang benar-benar stabil. Transistor grafena memiliki kelebihan dibandingkan dengan material lain seperti silikon,diantaranya tidak cepat membusuk dan tidak cepat teroksidasi.

Kesimpulan :

            Sudah banyak sekarang penemuan-penemuan material baru yang nantinya akan menggantikan material lama dan kemungkinan material lama-pun sudah sedikit jumlahnya dialam, ada baiknya kita sebagai seorang Mahasiswa Teknik Mesin mengembangkan material -meterial terbaru tersebut guna untuk membantu perkembangan teknologi dan melestarikan alam agar material yang jumlahnya sudah menurun atau hampir habis itu bisa kita olah kembali atau bisa kita kombinasikan dengan material-material yang beru tersebut.

sumber :
http://documents.tips/documents/grafit-55d29592b107e.html
http://www.himasaifi.com/2011/08/mengenal-graphene-dan-manfaatnya.html
http://www.dw.com/id/material-ajaib-graphene/a-6183425
https://id.wikipedia.org/wiki/Grafena#Sejarah_penemuan_grafena