TEKNOLOGI NANO

SEJARAH NANOTEKNOLOGI

Sesuai dengan namanya, nanoteknologi adalah ilmu pengetahuan teknologi dengan skala nanometer. Nanoteknologi ini merupakan teknologi masa depan. Hal ini dibuktikan dengan adanya nanoteknologi, semua kebutuhan manusia dapat terselesaikan. Sejumlah terobosan yang penting terjadi di dalam nanoteknologi. Pengembangan ini ditemukan dan digunakan di dalam aplikasi produk di seluruh dunia di sepanjang abad sekarang ini. Beberapa contoh adalah konvertor katalitis di dalam mobil yang membantu memindahkan air pengotor, alat di dalam komputer yang berfungsi untuk membaca dan merekam dalam komponen hard-disk, sunscreens tertentu, kosmetik yang dapat menghalangi radiasi berbahaya dari matahari, pakaian mantel khusus untuk sports yang mampu meningkatkan performen atlet. Meski demikian, banyak ilmuwan, insinyur, dan teknolog percaya bahwa mereka hanya memanfaatkan sebagian permukaan dari potensi nanoteknologi.
Pengembangan nanoteknologi dewasa ini berdampak luar biasa, karena itu negara-negara maju berlomba-lomba mengalokasikan dana untuk berinvestasi mengembangkan teknologi material berukuran mini itu. Partikel baru yang sangat halus itu akan mempunyai sifat-sifat dan penampilan yang jauh lebih baik dan berbeda dengan material aslinya, misalnya teknik pembuatan peralatan elektronik dari semikonduktor silikon yang dibentuk sesuai pola tertentu dan teknologi layer. Ilmuwan yang terkenal dalam konsep nanoteknologi adalah K.E. Drexler. Drexler mengembangkan nanoteknologi molekular dengan meniru apa yang terjadi pada sel. Hukum ini selanjutnya disebut Drexlerian Nanoteknologi dengan idenya yang disebut assembler. Assembler ini bertindak seperti tangan robot pada pabrik skala makro, yang menaruh atom/molekul pada tempat yang diinginkan.

.Selanjutnya dengan menggunakan assembler-assembler level awal yang menyusul blok bangunan berupa atom, assembler-assembler pada ukuran yang lebih besar dibangun. Pada ukuran ini, blok bangunannya berupa molekul.
Kemudian assembler yang lebih besar dibangun, dan seterusnya hingga produk-produk biasa berukuran makro dapat terbuat. Perbedaan dengan metode konvensional adalah, produk nanoteknologi molekular ini lebih kuat, prosesnya hemat energi dan presisinya hingga level atom. Untuk mempermudah prosesnya, assembler-assembler tingkat awal dilengkapi dengan kemampuan swa-replikasi (self-replication).

PERKEMBANGAN NANOTEKNOLOGI

Jepang dan AS merupakan dua negara terdepan dalam riset nanoteknologi. Berdasarkan data tahun 2002, pemerintah Jepang mengeluarkan dana riset US$1 miliar, sementara AS US$550 juta, dan Uni Eropa US$450 juta. Jepang memulai risetnya pada 1985. Untuk itu pemerintah Jepang, melalui Federasi Organisasi Ekonomi Jepang, Kaidanren, membentuk Expert Group on Nanotechnology sebagai motor penelitian nanoteknologi. AS mulai serius mengembangkan nanoteknologi di era Bill Clinton, yang tahun 2000 lalu mendirikan National Nanotechnology Initiative.
Selain badan pemerintahan, perusahaan swasta juga serius mengadakan riset pengembangan nanoteknologi. IBM, misalnya, melalui IBM Zurich Research Laboratory yang dipimpin oleh Petter Yettiger dan Gerd Binning, sedang mengembangkan instrumen penyimpan data sebesar jarum nano dengan teknik scanning tunneling microscope. Dengan teknologi ini, IBM mampu menyimpan 25 juta halaman buku dalam alat penyimpanan yang ukurannya hanya sebesar perangko (bandingkan dengan hard disk yang ada saat ini).
Prototipe alat penyimpan data ini akan dinamakan Millipede. Tak mau kalah, Intel Corporation pun mengembangkan prosesor yang memiliki kemampuan sepuluh kali lipat dibanding Pentium 4, yang rencananya dilepas ke pasar pada 2007. ]

4.Indonesia juga tak kalah... Adal PT Dirgantara Indonesia, bekerja sama dengan Pusat Teknologi Elektronika Dirgantara dari Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN), merancang satelit nano yang dinamakan Indonesia nano satelit-1 (Inasat-1). Mochtar Riady dari Grup Lippo dan Prof. Yohanes Surya (pelopor Tim Olimpiade Fisika Indonesia) dan kawan-kasan juga telah mendirikan Center for Nanotechnology. Dengan ukuran lebih kecil, lebih kuat dan lebih efisien. Hal ini akan berdampak positif bagi perkembangan teknologi. Bahkan, kini sedang dikembangkan komputer quantum dengan nanoteknologi.

MANFAAT NANOTEKNOLOGI DALAM KEHIDUPAN MANUSIA
1 Bidang Kesehatan

Dalam bidang kesehatan, melalui nanoteknologi dapat diciptakan "mesin nano" yang disuntikan ke dalam tubuh guna memperbaiki jaringan atau organ tubuh yang rusak. Penderita hipertensi, misalnya, kini tak perlu lagi disuntik atau mengonsumsi obat, cukup hanya disemprot saja ke bagian tubuh tertentu. Nanoteknologi mencakup pengembangan teknologi dalam skala nanometer, biasanya 0,1 sampai 100 nm (satu nanometer sama dengan seperseribu mikrometer atau sepersejuta milimeter). Untuk industri logam, dapat diciptakan sebuah materi logam alternatif yang murah, ringan dan efisien, yang dapat menekan biaya produksi kendaraan, mesin dan lainnya. Nanoteknologi telah dapat merekayasa obat hingga dapat mencapai sasaran dengan dosis yang tepat, termasuk peluang untuk mengatasi penyakit-penyakit berat seperti tumor, kanker, HIV dan lain lain.

2. Bidang Industri

Aplikasi nanoteknologi dalam industri sangat luas. Dengan nanoteknologi, kita bisa membuat pesawat ruang angkasa dari bahan komposit yang sangat ringan tetapi memiliki kekuatan seperti baja. Kita juga bisa memproduksi mobil yang beratnya hanya 50 kilogram. Industri fashion pun tidak ketinggalan. Mantel hangat yang sangat tipis dan ringan bisa menjadi tren di masa mendatang dengan bantuan nanoteknologi.

Berbagai terobosan dapat dilakukan dengan nanoteknologi untuk menggantikan bahan baku industri yang kian langka. Jepang, misalnya, pada 1997 membuat proyek ultra baja untuk mengembangkan teknologi konservasi baja. Baja super ini dilaporkan memiliki kekuatan dua kali lipat dari baja biasa, sehingga pemakaiannya dapat lebih efisien. Hal ini dapat menjadi solusi bagi krisis baja yang melanda dunia beberapa bulan terakhir akibat melonjak tajamnya permintaan baja dari Cina.Diperkirakan tahun 2010, produk-produk industri dalam skala apa pun akan menggunakan material hasil rekayasa nanoteknologi. Tidak heran kalau Bill Clinton-saat menjabat Presiden AS-sejak 1993 telah menginstruksikan kepada National Science and Technology Council (NSTC) untuk meriset bidang nanoteknologi ini. (dapat dilihat di www.whitehouse.gov/WH/EOP/OSTP/ NSTC/).Perkembangan pesat ini akan mengubah wajah teknologi pada umumnya karena nanoteknologi merambah semua bidang ilmu. Tidak hanya bidang rekayasa material seperti komposit, polimer, keramik, supermagnet, dan lain-lain. Bidang-bidang seperti biologi (terutama genetika dan biologi molekul lainnya), kimia bahan dan rekayasa akan turut maju pesat. Misalnya, manusia akan mengecat mobil dengan cat nanopartikel yang mampu memantulkan panas sehingga kendaraan tetap sejuk walau diparkir di panas terik matahari. Atau, kawat tembaga akan sangat jarang digunakan (terutama dalam hardware computer) karena digantikan dengan konduktor nanokarbon yang lebih tinggi konduktivitasnya.


3.Bidang Luar Angkasa

Nanoteknologi juga sudah berhasil menyodorkan suatu material hebat yang sangat ringan, tetapi kekuatannya 100 kali lebih kuat dari baja! Material hebat ini diberi nama Carbon Nano-Tube (CNT). Material ini hanya tersusun dari atom karbon (C), seperti grafit dan berlian.
Kuat tetapi sangat ringan sehingga menara dapat dibuat lebih tinggi dan kabel dapat dibuat lebih panjang dan kuat tanpa takut jatuh/roboh karena beratnya sendiri. Hal berikut yang sangat dibutuhkan adalah sesuatu yang cukup berat yang mengorbit mengelilingi bumi. Asteroid dapat dimanfaatkan untuk tujuan ini! Asteroid ini berfungsi sebagai beban yang menstabilkan kabel serta satelit geostasioner yang sedang mengorbit itu. Tanpa beban penstabil (counterweight), kabel dan satelit bisa jatuh menimpa bumi karena tertarik gravitasi, walaupun bahan konstruksinya merupakan material yang sangat ringan. Asteroid ini nantinya dihubungkan dengan satelit menggunakan kabel yang sama. Asteroid ini dapat diarahkan supaya mengorbit pada ketinggian tertentu mengelilingi bumi dengan cara menembaknya dengan rudal. Tabrakan dengan rudal tersebut dapat menggeser posisi asteroid sehingga berada pada jangkauan gravitasi bumi. Dengan demikian asteroid akan terus mengorbit mengelilingi bumi pada ketinggian yang sama. Rencana konstruksi bangunan dan lintasan/kabelnya tampaknya sudah cukup baik. Lalu bagaimana dengan 'lift'nya sendiri? Yang pasti bentuknya tidak sama dengan lift yang biasa kita lihat di gedung-gedung bertingkat. Lift ke luar angkasa ini berupa sebuah pesawat luar angkasa yang akan membawa penumpang dari bumi menuju satelit yang sedang mengorbit. Pesawat ini berbeda dengan pesawat luar angkasa yang saat ini digunakan para astronot untuk menjalankan misi-misi mereka.


4 Bidang Teknologi Tahan Gempa
Nanoteknologi jadikan beton kokoh dan tahan gempa. Konstruksi bangunan menjadi dua kali lebih kokoh, tahan gempa, kedap air laut dengan ditemukannya bahan konstruksi nanosilika, suatu jenis mineral yang melimpah ruah di Indonesia dan diolah melalui teknologi nano.Dengan mencampur beton dengan 10 persen bahan nano-silica, kekuatan bertambah menjadi dua kali lipatnya.
5 Bidang Teknologi Informasi

Dunia informatika dan komputer/elektronik bisa menikmati adanya kuantum yang mampu mengirimkan data dengan kecepatan sangat tinggi. Superkomputer di masa depan tersusun dari chip yang sangat mungil, tetapi mampu menyimpan data jutaan kali lebih banyak dari komputer yang kita gunakan saat ini. Begitu kecilnya superkomputer itu, kita mungkin hanya bisa melihatnya dengan menggunakan mikroskop cahaya/elektron. Peran teknologi nano dalam pengembangan teknologi informasi (IT,information technology), sudah tidak diragukan lagi. Bertambahnya kecepatan komputer dari waktu ke waktu, meningkatnya kapasitas hardisk dan memori, semakin kecil dan bertambahnya fungsi telepon genggam, adalah contoh-contoh kongkrit produk teknologi nano di bidang IT.

Gambaran mudahnya, bila ukuran satu buah transistor bisa dibuat lebih kecil maka kepadatan jumlah transistor pada ukuran chip yang sama secara otomatis akan menjadi lebih besar. Dalam pembuatan LSI (large scale integrated sedapat mungkin jumlah transistor dalam satu chip bisa diperbanyak. Sebagai contoh, tahun 2005, INTEL berhasil meluncurkan 70 Megabit SRAM (static random access memory) yang dibuat dengan teknologi nano proses tipe 65 nanometer (nm). Pada produk baru ini, di dalam satu chip berisi lebih dari 500 juta buah transistor, dimana lebih maju dibanding teknologi processor tipe 90 nm yang dalam satu chipnya berisi kurang lebih 200 juta transistor. Diperkirakan ke depannya, sejalan dengan terus majunya teknologi nano, ukuran transistor terus akan mengecil sesuai dengan hukum Moore dan processor tipe 45 nm akan masuk pasar tahun 2007, dan selanjutnya tahun 2009 akan processor 32 nm.

ETIKA DALAM PENERAPAN NANOTEKNOLOGI

                   
Perkembangan nanoteknologi pada saat ini terus berkembang seiring dengan sejalannya waktu. Nanoteknologi akan terus mengalami kemajuan karena manusia akan selalu berpikir kritis dan kreatif untuk menciptakan nanoteknologi.
Semakin berkembangnya nanoteknologi maka semakin diperlukannya penerapan etika dalam perkembangan nanoteknologi. Etika dalam nanoteknologi mencakup penerapan standar-standar etika dalam pemilihan, perencanaan, penerapan, dan pengawasan teknologi untuk mencegah terjadinya kegagalan teknologi yang merugikan kepentingan publik. Selain itu, dengan adanya etika atau suatu langkah yang benar dalam menciptakan nanoteknologi, manusia dapat mempertimbangkan keputusan yang diambil dan berfikir dampak negative yang akan ditimbulkan sehingga tidak merugikan banyak pihak.
Pada saat ini banyak para ahli science yang menciptakan nanoteknologi hanya berorientasi pada kebutuhan industri tanpa pernah peduli akibat dari teknologi yang mereka gunakan di masyarakat. Berikut ini merupakan contoh dari tidak diterapkannya etika dalam menciptakan nanoteknologi ialah cloning dan suntik mati.
Standar etika sangat diperlukan bagi scientist dalam membuat keputusan agar tidak mengakibatkan masalah yang merugikan banyak pihak.

Manfaat Nanoteknologi bisa diaplikasikan dalam kehidupan kita sehari-hari

Aplikasi yang memanfaatkan sifat-sifat ini adalah:
1. Efek Interface/antarmuka
a.    Efek Lotus.
Lotus adalah tanaman yang daunnya mempunyai daya tolak yang tinggi terhadap air dan minyak. Permukaan daunnya mengandung gabungan antaran crystal lilin dengan kekasaran mikro dan nano. Gabungan struktur dan kimia ini menyebabkan permukaan daun lotus mempunyai properti yang unik. Larutan yang sangat lengket maupun yang sangat viskos tetap tidak menempel pada permukaan daun. Nanoteknologi dapat digunakan untuk meniru efek ini sehingga bisa digunakan untuk keperluan teknologi.
b.    Mudah untuk di bersihkan.
Masalah kontaminasi permukaan adalah penyebaran ketika berhadapan pada permukaan yang mempunyai energy yang tinggi seperti gelas dan metal yang mempunyai tendensi untuk menyerap molekul lain. Strategi yang umum digunakan adalah dengan mengurangi energy bebas permukaan tanpa mempengaruhi property material nya. Secara umum tingkat repelancy air dan oli meningkat pada saat sudut kontak air diatas 100o. Fenomena ini bisa ditemui pada Teflon dimana air tidak bisa terikat pada permukaannya. Pendekatan baru adalah dengan menggunakan nanokomposit organic/inorganic yang mempunyai property seperti Teflon.
c.    Anti-Graffiti.
Masalah utama pada plaster, batu bata dan beton adalah kekuatan penyerapannya yang merupakan media yang sangat bagus untuk graffiti. Metode umum yang digunakan untuk memecahkan masalah ini adalah dengan menggunakan poly-urethane coating yang memberikan perlindungan permanen dan menghentikan cat dari permeasi kedalam beton. Ini dapat mengandung dua komponen yang bereaksi setelah penggunaan langsung pada dinding. Segala macam graffiti yang menempel pada permukaan coating akan dapat dihilangkan dengan mudah. Tetapi masih sedikit tentang nano yang digunakan untuk ini.
d.    Anti microbial coating.
Untuk melawan bakteri dan microbial lainnya, bahan kimia tertentu biasa digunakan. Ada dua pendekatan yang bisa digunakan untuk sanitasi permukaan yaitu pertama dengan menggunakan aktivitas fotokatalitik titanium oksida atau yang kedua dengan menggunakan toksifitas metal kation tertentu seperti perak. Perak telah lama diketahui sebagai anti microbial dengan cara melepaskan ion perak yang akan diambil oleh mikroba dan memberikan efek toksik. Pendekatan modern yaitu dengan mendispersikan perak pada ultra lembut nanopartikel. Peningkatan yang pesat pada luas permukaan akan menambah kemampuan sanitasi perak.
e.    Anti-fingerprint.
Permukaan metal seperti stainless steel akan mudah ternodai dengan sentuhan dari jari tangan sehingga akan mengurangi tingkat reflektansi material karena adanya lemak dari kulit. Meskipun pengaruh deposisi sidik jari tidak dapat dihindari, tetapi pelapisan dengan anti-fingerprint akan mengurangi tingkat penampakannya dengan mengkamuflasekannya. Refraktive index dari lapisan pelindung akan cocok dengan lemak. Sehingga anti fingerprint coating akan tampak lebih gelap bila tanpa coating.
f.    Anti-fog.
Membawa permukaan dingin ke lingkungan yang hangat akan menyebabkan terjadinya fogging. Pengaruh ini tak dapat dihindari meskipun permukaan telah dipanasi. Ini karena terbentuknya droplet yang sangat kecil pada permukaan cermin yang menyebabkan permukaan cermin menghamburkan cahaya dan bayangan. Suoerhidrophylic coating dapat mencegah terbentuknya droplet pada permukaan. Droplet akan bergabung membentuk lapisan tipis sehingga tidak mempengaruhi tingkat reflektansinya. Coating TiO2 adalah super hydrophilic pada saat terekspos pada cahaya UV yang cukup.
g.    Corrosion protection.
Baja pada manufaktur otomotif secara umum di heat treated pada temperature yang sangat tinggi. Hal ini akan menyebabkan baja terkorosi. Untuk memcegah korosi ini, coating dengan nanopartikel bisa dilakukan.
h.    Wear and tear protection.
Reduksi wear dan tear pada permukaan dengan kontak mekanik dapat dilakukan dengan mengurangi kontak atau memperkuat permukaan dengan coating. Koefisien friksi dapat dikurangi dengan pelapisan diamond like carbon coating.
i.    Scratch resistance.
Nanoparticles keras seperti silicon dioksida dapat digunakan untuk membuat permukaan anti gesek. Sebagai contoh mereka dapat dicampur dengan matrix organic untuk meningkatkan anti gesek pernis.
j.    Diffusion barrier.
Digunakan pada PET botol untuk menyimpan bir sehingga memperpanjang masa kadaluarsanya. Permeabilitas oksigen yang tinggi akan menyebabkan masa kadaluarsa yang pendek.
k.    Tensile strength / impact strength
Penambahan nanoparticles akan meningkatkan kekuatan tarik dan impact nya. Hal ini dapat dilihat pada penambahan karbon nanotube.
l.    Flame retardancy.
Nanoadditive dapat berfungsi sebagai flame retardancy pada polymer sehingga bisa menambah fungsi dari flame retardants.
m.    Konstruksi yang ringan.
Dengan mengurangi berat tetapi menambah kekuatan mekanisnya adalah tujuan yang umum untuk membuat material baru. Pada tataran ini, alloy nano merupakan material yang menjanjikan. Cara lain adalah dengan menambahkan carbon fiber pada polymer.
n.    Insulation.
Prinsip insulasi adalah berdasar pada porositas setinggi mungkin. Material harus mempunyai thermal conductivity yang rendah dan aliran bebas udara tidak diperkenankan. Semakin rendah densitasnya, semakin banyak udara yang masuk dan semakin bagus insulasinya. Dalam hal ini nanoporus memberikan properties yang superior. Silica aerogel adalah material yang mempunyai thermal konduktivity yang paling rendah dengan density yang kecil.
o.    Bond and disband of command
Pengeleman menjadi sangat penting pada proses produksi sekarang. Dengan menggunakan nanopartikel magnetic, proses pengeleman dapat dilakukan dengan memberikan medan elektromagnetik yang akan menyebabkan magnetic nanopartikel bergerak sehingga memberikan panas local yang berguna untuk pengeleman.
p.    Self-cleanig surfaces/photocatalitic surfaces.
Titani dapat digunakan untuk keperluan ini. Titania mempunyai 3 fase yang berbeda yaitu anatase, rutile dan brookite. Hanya dua material didepan yang biasa digunakan untuk aplikasi yang berbeda-beda. Anatase biasa digunakan untuk fotokatalis dan rutil digunakan untuk pigmen putih.
q.    UV protection.
TiO2 dan ZnO merupakan UV filter yang bagus.
r.    Sealing/dumping.
Memagnetkan fluida adalah sangat tidak mungkin, tetapi nanopartikel magnetic dapat didispersikan pada solvent menghasilkan suspensi magnetic.
s.    Dynamic viscosity/Thixotropy.
Nanopartikel dapat digunakan untuk mempengaruhi viskositas fluida. Digunakan untuk beberapa aplikasi seperti cat dimana viskositas yang lebih rendah diinginkan
2.    Quantum-mechanical effects.
a.    Tunneling effect.
Tunneling effect ternadi pada saat material yang sangat kecil mempenetrasi barrier dengan menggunakan forbidden energy state klasik. Quantum mekanikal effect ini berdasar pada fakta bahwa partikel seperti electron harus dianggap sebagai gelombang daripada partikel bulat yang sangat kecil. Dengan menggunakan effect tunneling, alingan listrik akan mengalir melalui barier isolasi tipis pada saat tegangan diaplikasikan. Effect ini digunakan pada flash memory.
b.    GMR and TMR effect.
Giant magneto resistance (GMR) adalah berdasar pada scattering dependansi spin electron melalui lapisan ferromagnetic. TMR sama dengan GMR tetapi TMR menggunakan lapsan spacer sangan tipis non kondukting.
c.    Flourencensce nanoparticles.
Warna adalah pengaruh dari pewarna. Tetapi nanopartikel bisa memberikan warna yang lain. Emas nanopartikel membuat warna kemerah2an. Warna dari nanoparticles sangat stabil sehingga terhindar dari pelunturan. Semikonduktor tertentu dapat memberikan warna dari biru sampai kemerah2an yang dinamakan quantum dots.