Mengenal Apa itu Tehnologi Nano

Sesuai dengan namanya, nanoteknologi atau nanosains adalah ilmu pengetahuan dan teknologi pada skala nanometer, atau sepermilyar meter. Nano teknologi merupakan  suatau teknologi yang dihasilkan dari pemanfaatan sifat-sifat molekul atau struktur atom apabila berukuran  nanometer. Jadi apabila molekul atau struktur dapat dibuat dalam ukuran nanometer maka akan dihasilakan sifat-sifat baru yang luar biasa. Sifat-sifat baru inilah yang dimanfaatkan untuk keperluan teknologi, sehingga teknologi ini disebut nano teknologi. Sebelum membahas lebih jauh tentang nano teknologi perlu dibahas tentang apa yang dimaksud dengan atom, molekul dan elektron dan bidang ilmu yang berkaitan dengan nano teknologi.

Atom dan Ion 

Jika sebuah benda dibagi-bagi menjadi bagian kecil secara terus-menerus maka pada suatu saat akan sampai pada bagian terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi yang disebut atom. Atom adalah bagian terkecil dari suatu benda, hal ini yang diungkapkan oleh  Demokritus  (460-370 SM). Kemudian para ahli menemukan keberadaan elektron dalam atom yang diawali oleh pengamatan J.J Thompson. Lalu disusul dengan enemuan proton, netron, dan partikel inti oleh para ahli fisika, ternyata proton dan netron ini pun masih tersusun oleh partikel-partikel yang lebih kecil yang dikenal sebagai  quarks(kuark). Namun demikian istilah atom tetap digunakan walaupun disadari bahwa atom bukan lagi bagian terkecil dari suatu benda. Pengertian ini masih relevan dalam analisa fisika dan teknik.

Model Atom J.J Thompson

Dalam nano teknologi pijakan utamanya adalah atom yang didalamnya terdapat elektron yang bergerak mengelilingi inti atom yang terdiri dari proton dan netron yang jumlahnya tergantung dari nomor atom (sama dengan jumlah elektron dan proton) serta nomor massa (jumlah proton + netron). Beberapa atom membentuk unsur sebuah bahan. Unsur-unsur yang dikenal sebanyak 103 dan telah disusun dalam tabel periodik. Unsur teringan  adalah hidrogen, lalu helium dan lainnya. 

Elektron bermuatan listrik negatif dan proton bermuatan listrik positif, itulah sebabnya elektron selalu berada mengelilingi inti atom, karena adanya gaya tarik inti. Jika elektron atau proton berdiri sendiri maka interaksi itu dilukiskan dengan hukum coulomb dimana gaya tarik-menarik muatan tak sejenis atau tolak-menolak muatan sejenis berbanding lurus dengan besarnya muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya. Artinya gaya tarik makin kuat jika jarak muatan makin dekat dan  semakin lemah jika jarak muatan jauh. Atom akan bersifat netral secara keseluruhan dan semakin lemah 

jika jarak muatan jauh. 

Nanoteknologi berkecimpung mulai dari penggabungan  atom atau ion menjadi molekul untuk membentuk struktur dalam orde nanometer yang berguna untuk menghasilkan barang-barang dalam kehidupan sehari-hari. Tentu saja nanoteknologi melakukan juga proses-proses seperti  reaksi kimia untuk membentuk zat cair atau padat seperti keramik, polimer, dan logam yang diatur (dimanipulasi) sedemikian rupa sehingga menghasilkan sifat-sifat kimia atau fisika yang baru. Bahkan lebih jauh lagi nanoteknologi mengkombinasikan semua zat padat seperi keramik, logam dan polimer untuk membentuk material baru yang tidak ada di alam. Material baru ini menjadi material campuran dua atau tiga bahan dan dinamakan komposit. Bila struktur dari bahan-bahan campuran tadi dalam orde nanometer terbentuklah nano komposit. 

Alat Analisa Dan Karakterisasi Nano Teknologi 

Untuk melihat suatu atom atau molekul untuk direkayasa diperlukan peralatan yang canggih dan super sensitif. Tetapi mikroskop tidak dapat melihat dalam ukuran skala nano. Ini disebabkan ukuran atom atau molekul yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang tampak pada panjang gelombang antara 500-700nm. Tetapi dengan berasumsi bahwa ketika tidak melihat hal yang dilakukan adalah meraba, dua ahli fisika Heinrich Rohrer dan Gerd Karl Binnig membuat mikroskop peraba pada tahun 1981yang dikenal dengan nama Scanning Tunelling Mikroscope (STM). Dua fisikawan ini mendapat nobel atas karyanya pada tahun 1986.

STM adalah singkatan dari  Scan Tunneling Microscopy yaitu suatu peralatan yang berguna untuk melihat struktur material berdasarkan distribusi elektron atom-atom permukaan ketika diberi medan listrik yang besar antara permukaan sampel dengan sebuah jarum yang ukurannya dalam nanometer. Karena muatan selalu berkumpul diujung yang tajam,  maka jarum ini mesti sekecil-kecilnya agar dihasilkan medan listrik yang besar. Jarum ini didekatkan pada permukaan sampel lalu diberi beda potensial yang tinggi untuk menghasilkan medan listrik yang besar antara jarum  dan permukaan sampel. 

Karena medan listrik yang besar ini maka elektron-elektron dari atom-atom pada permukaan logam berusaha melompat keujung jarum tadi. Keluarnya elektron ini dapat diamati dengan bantuan komputer sehingga distribusi elektron yang juga menunjukan distribusi atom dapat diperoleh.

Sistem Kerja Scan Tunneling Microscopy

Alat Scan Tunneling Microscopy

Alat ini berguna untuk menggambarkan kedudukan atom di permukaan sampel untuk menentukan lekak lekuk permukaan bahan. Gambar yang dihasilkan dengan STM ini mampu mencapai ketelitian sampai 1/25 dari ukuran diameter atom tunggal sehingga membuat gambar yang dihasilkan dapat terlihat dengan jelas meskipun objek aslinya hanya berorde beberapa nanometer saja. Dengan ketelitian seperti itu, gambar tiga dimensi yang dihasilkan oleh STM ini mampu menangkap permukaan sebuah material dengan baik yang sangat berguna terutama pada penelitian dasar material nano seperti kekasaran permukaan, observasi cacat pada permukaan, serta penentuan ukuran molekul dan agregat pada permukaan sebuah material.

Bentuk 3 dimensi yang dihasilakan oleh STM

Pada tahun 1985 Benning mengusulkan ide yang lebig sederhana lagi yaitu untuk bahan yang memiliki konduktifitas rendah dibuatlah Atomic Force Microscope (AFM). Mikroskop ini benar-benar menyentuh permukaan struktur permukaan atom secara akurat. Dimana ujung jarum AFM disentuhkan dan digerakkan perlahan-lahan sepanjang permukaan struktur dari atom molekuldapt dilihat pada gambar. Jarum AFM mempunyai pegas yang bisa meregang dan merapat sesuai dengan permukaan atom.

Alat Atomic Force Microscope

Dengan kedua alat inilah para para peneliti akhirnya mampu merekayasa untuk menyusun atom-atom dalam skala nano yang sangat dibutuhkan dalam teknologi nano. Berbagai temuan yang spektakuler di banyak bidang mulai dari semikonduktor, metalurgi, elektro kimia, bahkan biologi molekular mampu diungkap oleh alat STM dan ATM ini