carbon nano tube

Click here to load reader

Post on 29-Dec-2014

32 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Just upload more

TRANSCRIPT

APLIKASI CARBON NANOTUBE PADA MEMORY (CNT)

Nama NPM

: Peri Wahyudi : 140310070056

JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PADJADAJRAN 2010

APLIKASI CARBON NANOTUBE PADA MEMORY

I.

PENDAHULUAN Teknologi nano membuka jalanbagi industry semikonduktor untuk dapat terus

mengikuti Hukum Moore. Teknologi ini dapat mewujudkan chip yang berukuran lebih kecil dengan biaya produksi yang lebih rendah, namun memiliki kemampuan yang lebih tinggi dibandingkan teknologi yang ada saat ini. Salah satu aplikasi teknologi yang menarik adalah pada pembuatan memory. Karakteristik memory yang diinginkan saat ini antara lain berukuran kecil, kecepatan akses tinggi, dan kapasitas penyimpanan data yang besar. Sudah banyak penelitian yang dilakukan terhadap beberapa material baru yang menarik. Salah satu material baru yag cukup menjanjikan sebagai elemen perangkat memori adalah carbon nanotube (CNT).

II.

CCARBON NANOTUBE Pada tahun 1985, Richard E Smalley, Robert F Curl, (Rice University,

Houston, Amerika Serikat) dan Sir Harold W Kroto (University of Sussex, Brighton, Inggris) menemukan struktur karbon murni yang tersusun atas 60 atom carbon (C 60). Penemuan ini cukup menarik mengingat selama ini hanya ada dua bentuk unsure carbon murni yang dikenal, yaitu grafit dan intan.

Struktur C60 tersebut diberi nama buckminsterfullerene atau disebut juga bucky ball. Nama ini dipilih karena strukturnya menyerupai bangunan berkubah seperti bola yang dirancang oleh seorang arsitek Amerika Serikat, Rbuckminster Fuller untuk World Exhibition 1967 di montreal Kanada. Dalam perkembangan berikutnya, molekul C60 ini lebih dikenal dengan nama fullerene dan digunakan pula untuk CNT. Struktur CNT mirip dengan fullerene. Bedanya atom-atom carbon pada fullerene membentuk struktur seperti bola, sedangkan CNT berbentuk seperti tabung yang tiap ujungnya ditutup oleh atom-atom carbon yang berbentuk setengah struktur fullerene. Struktur CNT pertama kali ditemukan oleh Sumio Ijima dari NEC Laboratories di jepang. Berdasarkan jumlah cangkang yang dibentuknya, ada dua golongan utama CNT, yaitu single waled carbon nanotube (SWCNT) yang hanya membentuk satu cangkang dan multiwaled carbon nanotube (MWCNT) yang berbentuk lebih dari satu cangkang atau berlapis. Silinder CNT sering digambarkan sebagai lembaran-lembaran grapheme yang digulung. Silinder yang dibentuk dikarakterisasi berdasarkan diameter dan sudut

kiralnya. Atau oleh nilai indeks (n,m). struktur CNT bernilai indeks (n,0) disebut struktur zigzag. Jika nilai indeksnya (n,n) strukturnya disebut armchair. Struktur lainnya adalah intermediate yaitu antara zigzag dan armchair.

Gambar 3 Lembaran graphene Lembaran graphene digulung membentuk CNT (a). pada gambar 3b, a 1 dan a2 menyatakan vector kisi, sedangkan Ch = na1 + ma2 adalah vector penggulung. Garis putus-putus menandai susunan atom-atom carbon pada CNT yang mewakili indeks (n,0) atau struktur zigzag, dan indeks (n,n) struktur armchair. T menyatakan vector translasi. Bagian yang diberi warna menyatakan bagian yang akan digulung. Molekul CNT sangat kuat, ulet, fleksibel, dan tidak mudah patah. Pada tekanan tinggi, molekul-molekul CNT dapat bergabung membentuk struktur seperti tali yang disebut nanorope. Ada dua macam nanorope, yang pertama terbentuk karena adanya gaya Van Der Walls, kemudian yang terbentuk karena ikatan kovalen antar molekul CNT.

Nilai indeks (n,m) SWCNT menentukan sifat listriknya. Struktur armchair bersifat seperti logam, struktur zigzag dapat bersifat semilogam atau semikonduktor, bergantung pada ukuran diameter spesifiknya, sedangkan struktur intermediate bersifat semilogam dan semikonduktor. Pada MWCNT, meskipun terjadi interaksi antar cangkang yang mempengaruhi sifat listriknya, iasanya pengaruhnya sangat kecil dan suka diabaikan. III. PEMBUATAN CARBON NANOTUBE Beberapa metode dikembangkan untuk menghasilkan nanotube karbon dengan kualitas yang unggul di antaranya electric arc discharge, laser ablation, dan catalytic chemical vapour deposition (CCVD) [8]. Aplikasi CNT dalam Industri memerlukan produksi CNT dalam skala besar sehingga sangat diharapkan CNT dapat diproduksi dengan biaya murah. Pembuatan CNT dengan menggunakan metode arc discharge dan laser ablation menghasilkan kualitas yang baik dan kemurnian yang tinggi namun memerlukan biaya yang besar dalam proses produksinya sehingga tidak efektif untuk diproduksi dalam jumlah besar dalam skala industri. Dari hasil beberapa penelitian, dilaporkan bahwa pembuatan CNT dengan menggunakan metode CCVD dapat menghasilkan nanotube karbon dengan kualitas yang baik dan biaya produksi yang murah. Prinsip penumbuhan nanotube karbon dengan metode CCVD adalah dekomposisi termal senyawa hidrokarbon dengan bantuan katalis partikel metal. Spray pyrolysis merupakan salah satu tipe dalam metode CCVD dimana sumber karbon dalam bentuk hidrokarbon cair berperan sebagai pelarut katalis yang kemudian larutan tersebut diinjeksikan ke dalam tungku pemanas. Spray pyrolysis merupakan metode yang sederhana dalam menghasilkan CNT dengan kualitas yang baik, biaya produksi yang murah, dan dapat diproduksi dalam skala besar. Penelitian dilakukan dengan menggunakan system reactor Spray Pirolisis seperti pada gambar di bawah.

Gambar 4. Sistem reaktor spray pyrolysis yang digunakan dalam eksperimen. Reaktor terdiri dari tungku pemanas dengan panjang 39 cm yang dilengkapi dengan lapisan keramik dengan diameter 6,5 cm, pipa stainless steel dengan panjang 143 cm dan lebar 2 cm. Alat suntik digunakan sebagai pembuat droplet dengan kapasitas 10 ml. Dalam penumbuhan serbuk nanotube karbon, benzene (C6H6, BR-0220 TEDIA) digunakan sebagai sumber karbon dan ferrocene (Fe(C5H5)2) dengan kemurnian 98% Aldrich) sebagai katalis. Benzene dipilih sebagai sumber karbon karena memiliki struktur hexagonal sehingga memungkinkan nanotube karbon mudah terbentuk. Sedangkan ferrocene dipilih sebagai katalis karena bersifat mudah larut dalam senyawa hidrokarbon. Eksperimen dilakukan dengan memvariasikan massa ferrocene dalam 10 ml benzene pada temperatur 850 C dimana nilai temperatur tersebut sesuai dengan rentang temperatur yang memungkinkan nanotube karbon dapat terbentuk dengan menggunakan metode CCVD yaitu pada temperatur 550 1200 C.

Larutan benzene-ferrocene disemprotkan ke dalam pipa pemanas dengan menggunakan alat suntik tanpa bantuan gas pembawa pada saat temperatur telah mencapai 850 C. Diharapkan larutan terperangkap di daerah panas. Oleh karena itu posisi pipa diatur sedemikian rupa sehingga droplet jatuh di tempat yang diharapkan. Lebar pipa yang hanya memiliki diameter 2 cm menyisakan celah yang cukup lebar dari lapisan keramik pemanas. Untuk itu digunakan lapisan isolator yang bertujuan untuk menahan panas agar tidak merambat ke sisi pipa di luar tungku pemanas sehingga terjadi pemanasan optimal di dalam pipa. Setelah larutan disemprotkan kemudian temperatur diturunkan hingga mencapai temperatur ruang. Proses penumbuhan serbuk nanotube karbon diulang dengan cara yang sama untuk mengetahui pengaruh waktu pemanasan pada temperature yang sama dan dengan massa ferrocene 0,6 gram dalam 10 ml benzene. Dalam metode spray pyrolysis, nanotube karbon terbentuk dengan adanya proses dekomposisi senyawa hidrokarbon sebagai sumber karbon dengan bantuan metal transisi sebagai katalis. Senyawa hidrokarbon merupakan senyawa yang paling sering digunakan sebagai sumber karbon dalam pembuatan nanotube karbon dengan menggunakan metode CCVD. Senyawa hidrokarbon pertama kali digunakan oleh Endo dkk. dalam pembuatan nanotube karbon dengan metode CCVD dengan menggunakan benzene sebagai sumber karbon. Benzene dengan struktur kimia berbentuk heksagonal menjadikan senyawa ini menjadi senyawa yang sering digunakan dalam membuat nanotube karbon dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lainnya. Kumpulan heksagon-heksagon ini nantinya akan membentuk lembaran grafit yang kemudian tergulung membentuk nanotube karbon. Beberapa peneliti telah memodelkan mekanisme penumbuhan nanotube karbon meskipun demikian mekanisme penumbuhan nanotube karbon masih belum dapat dipahami secara mendalam meskipun sudah banyak kemajuan dalam penelitian nanotube karbon.

Dalam spray pyrolysis, larutan benzene-ferrocene masuk ke dalam tungku pemanas dalam fasa cair berupa droplet kemudian berubah menjadi fasa uap karena adanya proses pemanasan di dalam tungku. Selama larutan benzene-ferrocene dipanaskan di dalam tungku, molekul-molekul ferrocene dan benzene akan putus secara termal kemudian akan terjadi beberapa reaksi diantaranya dehidrogenasi, kondensasi cincin benzene dan cyclopentadiene, pembukaan cincin benzene dan cyclopentadiene, agglomerasi atom Fe satu sama lain yang kemudian membentuk cluster yang ukurannya dapat bertambah selama proses penumbuhan. Ion Fe+2 akan tereduksi menjadi logam Fe dimana akan mengkatalisasi proses dehidrogenasi benzene. Molekul-molekul benzene yang terdehidrogenasi tersebut akan berikatan dengan molekul benzene terdehidrogenasi lainnya membentuk lapisan grafit di permukaan cluster yang kemudian cluster akan bergerak membentuk formasi silinder dan berakhir di ujung silinder sampai diameter silinder yang terbentuk sama dengan dimeter cluster. Kondisi ini berlangsung pada fasa uap. Ketika temperatur diturunkan terjadilah perubahan fasa menjadi padat dalam bentuk nanotube karbon. Mekanisme penumbuhan nanotube karbon tersebut ditunjukkan pada Gbr. 6.

Gambar 6. Mekanisme pembentukan nanotube karbon.

Hasil serbuk yang didapat kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan SEM (Scanning electron Microscope) (JEOL JSM-6360 LA) dan EDX (Energy Dispersive X-Ray) analysis.

Karakterisasi CNT Dengan SEMHasil SEM pada variasi massa ferrocene dalam 10 ml benzene ditampilkan pada Gbr. 5 di bawah.

Gambar 5. Hasil karakterisasi SEM pada massa ferrocene: (a) 0,2 gram,