Struktur Nanotube Karbon Baru dengan Material Hibrida yang Memodifikasi Sifat Luar Biasa Mereka

Nanomaterial berbasis karbon seperti karbon nanotube (CNT), fullerene, dan graphene menarik karena sifat fisiknya yang unik. Sebuah studi baru mengeksplorasi potensi nanostruktur hibrida dan memperkenalkan struktur hibrida CNT graphene berpori baru dengan sifat termal dan mekanis yang signifikan.

Studi ini menunjukkan bagaimana sifat penting heterostruktur CNT grafena baru dapat diubah dengan sedikit mengubah susunan geometris intrinsik CNT dan grafena serta berbagai bahan pengisi.

Kemampuan untuk mengendalikan konduktivitas termal dan kekuatan mekanis secara akurat dalam struktur hibrida CNT grafena menjadikannya kandidat yang berpotensi cocok untuk berbagai aplikasi, terutama dalam manufaktur kedirgantaraan canggih yang mana bobot dan kekuatan sangat penting.

Nanostruktur karbon: nanotube karbon, graphene, fullerene

Nanostruktur karbon dan campuran beberapa nanostruktur karbon baru-baru ini telah diselidiki sebagai kandidat potensial untuk berbagai aplikasi penginderaan, fotovoltaik, antibakteri, penyimpanan energi, sel bahan bakar dan peningkatan lingkungan.

Nanostruktur berbasis karbon yang paling menonjol yang diteliti tampaknya adalah CNT, graphene, dan fullerene. Karena ukurannya yang sangat kecil, struktur ini menunjukkan sifat termal, mekanik, elektronik, dan biologis yang unik.

Struktur yang diukur dalam rentang sub-nanometer beroperasi sesuai dengan hukum khusus fisika kuantum, sehingga dapat digunakan untuk mengeksploitasi fenomena non-intuitif seperti penerowongan kuantum, superposisi kuantum, dan keterikatan kuantum.

Karbon nanotube adalah tabung yang terbuat dari karbon dan berdiameter hanya beberapa nanometer. Karbon nanotube menunjukkan konduktivitas listrik yang luar biasa dan beberapa di antaranya merupakan bahan semikonduktor.

Karena nanostrukturnya dan kekuatan ikatan kovalen yang terbentuk antara atom karbon, karbon nanotube juga memiliki kekuatan tarik dan konduktivitas termal yang tinggi.

Karbon nanotube berpotensi menjadi material berharga untuk elektronik, optik, dan komposit, dan dapat menggantikan serat karbon dalam beberapa tahun mendatang. Nanoteknologi dan ilmu material juga menggunakan karbon nanotube dalam penelitian mereka.

Grafena merupakan isomer karbon berupa lapisan tunggal atom karbon yang tersusun dalam struktur kisi dua dimensi yang terdiri dari segi enam. Tahun 2004 menjadi saksi isolasi pertama grafena dalam serangkaian percobaan perintis yang dilakukan oleh ilmuwan Andrew Geim dan Konstantin Novoselov di Universitas Manchester, Inggris, yang membuat mereka memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2010.

Dalam beberapa dekade sejak saat itu, grafena telah menjadi nanomaterial yang berguna dengan kekuatan tarik yang sangat tinggi, transparansi, dan konduktivitas listrik untuk berbagai macam aplikasi dalam elektronik, penginderaan, dan teknologi canggih lainnya.

llerena merupakan isomer karbon lain yang telah dikenal sejak lama. Molekulnya terdiri dari atom-atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan tunggal dan ganda dalam suatu jaring yang dapat tertutup atau tertutup sebagian. Jaring tersebut menyatu dengan cincin yang terdiri dari lima, enam atau tujuh atom.

Molekul fullerene dapat berbentuk bola berongga, elipsoidal, tubular, atau berbagai bentuk dan ukuran lainnya. Graphene dapat dianggap sebagai anggota ekstrem dari keluarga fullerene, meskipun dianggap sebagai anggota kelas materialnya sendiri.

Nanostruktur hibrida

Selain penelitian ekstensif yang diinvestasikan dalam memahami dan mengkarakterisasi nanostruktur karbon ini secara individual, para ilmuwan juga mengeksplorasi sifat-sifat nanostruktur hibrid yang menggabungkan dua atau lebih elemen berstruktur nano menjadi satu material.

Sebagai contoh,busamemiliki sifat yang dapat disesuaikan yang membuatnya cocok untuk aplikasi praktis seperti desain struktur sandwich, desain biokompatibel, dan desain struktur berkekuatan tinggi dan bobot ringan.

Nanofoam berbasis karbon juga telah digunakan dalam pengobatan untuk memeriksa kerusakan tulang dan sebagai dasar penggantian jaringan tulang.

Struktur sarang lebah berbasis karbon diproduksi melalui pengendapan uap kimia (CVD) dan perlakuan larutan. Metode sintering plasma percikan (SPS) juga telah diterapkan untuk menggunakan grafena untuk aplikasi biologis dan medis.

Oleh karena itu, para ilmuwan telah mencari cara untuk membuat struktur busa karbon tiga dimensi menjadi stabil. Penelitian telah menunjukkan bahwa koneksi yang stabil perlu dibentuk antara berbagai jenis struktur (karbon nanotube, fullerene, dan graphene) untuk membuat material ini cukup stabil untuk berbagai macam aplikasi.

Penelitian baru tentang nanostruktur hibrida

Penelitian baru oleh para insinyur mesin di Universitas Teknik Istanbul di Turki memperkenalkan jenis baru nanostruktur hibrida yang dibentuk oleh ikatan kimia.

Struktur CNT graphene berpori dibuat dengan menata graphene di sekitar CNT dalam nanoribbon. Susunan geometris yang berbeda dari lapisan nanoribbon graphene di sekitar nanotube karbon (pola persegi, heksagonal, dan berlian) menghasilkan sifat fisik yang berbeda yang diamati dalam material, yang menunjukkan bahwa susunan ulang geometris ini dapat digunakan untuk menyempurnakan struktur baru.

Para peneliti menemukan, misalnya, bahwa struktur yang disisipkan dengan fullerene menunjukkan stabilitas dan kekuatan kompresif yang signifikan tanpa mengorbankan kekuatan tarik. Susunan geometris nanostruktur karbon juga memiliki efek signifikan pada sifat termalnya.

Para peneliti mengatakan bahwa nanostruktur hibrida baru ini menawarkan keuntungan penting, terutama bagi industri kedirgantaraan. Nanostruktur dengan struktur hibrida ini juga dapat digunakan untuk penyimpanan hidrogen dan nanoelektronik.