Mengenal Graphene, Benarkah Menjadi Material Teknologi Masa Depan?

 

Kemajuan teknologi mendorong jalannya sejarah. Perunggu dan besi sangat penting untuk penyebaran masyarakat kuno sehingga mereka memiliki seluruh zaman yang dinamai menurut mereka. Dengan munculnya industri baja Amerika, rel kereta api menyebar dari Atlantik ke Pasifik, urat logam yang membawa darah suatu bangsa. Semikonduktor silikon memungkinkan pertumbuhan komputer dan lonjakan terbesar dalam teknologi informasi sejak mesin cetak. Materi-materi ini membentuk perkembangan masyarakat dan membantu menentukan negara mana yang mendominasi geopolitik.

Saat ini, materi baru memiliki potensi untuk mengubah masa depan. Dijuluki "supermaterial," Graphene membuat para peneliti di seluruh dunia berebut untuk lebih memahaminya. Daftar panjang sifat ajaib Graphene membuatnya tampak hampir ajaib, tetapi bisa memiliki implikasi yang sangat nyata dan drastis untuk masa depan fisika dan teknik.

Apa Sih Graphene Itu?

Cara paling sederhana untuk menggambarkan graphene adalah bahwa graphene adalah satu lapisan tipis grafit — bahan lembut dan bersisik yang digunakan dalam pensil. Grafit adalah alotrop dari unsur karbon, artinya ia memiliki atom yang sama tetapi disusun dengan cara yang berbeda, memberikan sifat material yang berbeda. Misalnya, baik intan maupun grafit adalah bentuk karbon, namun keduanya memiliki sifat yang sangat berbeda. Berlian sangat kuat, sedangkan grafit rapuh. Atom-atom graphene tersusun dalam susunan heksagonal.

Menariknya, ketika graphene diisolasi dari grafit, ia memiliki beberapa sifat ajaib. Dia hanya setebal satu atom, bahan dua dimensi pertama yang pernah ditemukan. Meskipun demikian, graphene juga merupakan salah satu bahan terkuat di alam semesta yang diketahui dengan kekuatan tarik 130 GPa (gigapascals). Waw, itu berarti LEBIH DARI 100x lebih kuat dari baja.

Kekuatan Graphene yang luar biasa meskipun sangat tipis sudah cukup untuk membuatnya luar biasa. Namun, sifat uniknya tidak berakhir di situ. Graphene bersifat fleksibel, transparan, sangat konduktif, dan tampaknya kedap terhadap sebagian besar gas dan cairan. Sepertinya tidak ada area di mana graphene tidak unggul.

Apa Saja Potensi Dari Pengimplementasian Graphene?

Jika graphene hanya memiliki salah satu dari banyak sifat superlatifnya, itu akan menjadi subjek penelitian intensif untuk penggunaan potensial. Menjadi sangat luar biasa dalam banyak hal, graphene telah mengilhami para ilmuwan untuk memikirkan berbagai kegunaan material, di berbagai bidang seperti teknologi konsumen dan ilmu lingkungan.

Alat Elektronik Fleksibel

Selain sifat listriknya yang kuat, graphene juga sangat fleksibel dan transparan. Ini membuatnya menarik untuk digunakan dalam elektronik portabel. Ponsel cerdas dan tablet bisa menjadi jauh lebih tahan lama menggunakan graphene, dan bahkan mungkin bisa dilipat seperti kertas. Perangkat elektronik yang dapat dikenakan telah semakin populer baru-baru ini. Dengan graphene, perangkat ini dapat dibuat lebih berguna, dirancang agar pas di sekitar anggota badan dan membungkuk untuk mengakomodasi berbagai bentuk latihan.

Panel Sel Surya Berkualitas Tinggi

Graphene sangat konduktif dan transparan. Dengan demikian, ia memiliki potensi besar sebagai bahan dalam sel surya. Biasanya, sel surya menggunakan silikon, yang menghasilkan muatan ketika foton mengenai material, melepaskan elektron bebas. Silikon hanya melepaskan satu elektron per foton yang mengenainya. Penelitian telah menunjukkan bahwa graphene dapat melepaskan banyak elektron untuk setiap foton yang mengenainya. Dengan demikian, graphene bisa jauh lebih baik dalam mengubah energi matahari. Tak lama, sel graphene yang lebih murah dan lebih kuat dapat menghasilkan gelombang besar energi terbarukan.

Semikonduktor

Karena konduktivitasnya yang tinggi, graphene dapat digunakan dalam semikonduktor untuk sangat meningkatkan kecepatan perjalanan informasi. Baru-baru ini Departemen Energi melakukan tes yang menunjukkan bahwa polimer semi-konduktif menghantarkan listrik lebih cepat ketika ditempatkan di atas lapisan graphene daripada lapisan silikon. Ini berlaku bahkan jika polimer lebih tebal. Polimer setebal 50 nanometer, ketika ditempatkan di atas lapisan graphene, menghasilkan muatan yang lebih baik daripada lapisan polimer 10 nanometer. Ini bertentangan dengan kebijaksanaan sebelumnya yang menyatakan bahwa semakin tipis suatu polimer, semakin baik ia dapat menghantarkan muatan.

Hambatan terbesar untuk penggunaan graphene dalam elektronik adalah kurangnya celah pita, celah antara pita valensi dan konduksi dalam bahan yang, ketika disilangkan, memungkinkan aliran arus listrik. Celah pita inilah yang memungkinkan bahan semi-konduktif seperti silikon berfungsi sebagai transistor; mereka dapat beralih antara isolasi atau melakukan arus listrik, tergantung pada apakah elektron mereka didorong melintasi celah pita atau tidak.

Filtrasi Air Terbaik

Ikatan atom Graphene yang ketat membuatnya kedap untuk hampir semua gas dan cairan. Anehnya, molekul air adalah pengecualian. Karena air dapat menguap melalui graphene sementara sebagian besar gas dan cairan lainnya tidak, graphene bisa menjadi alat yang luar biasa untuk penyaringan. Para peneliti di University of Manchester menguji permeabilitas graphene dengan alkohol dan mampu menyaring sampel spirit yang sangat kuat, karena hanya air dalam sampel yang dapat melewati graphene.

Superkonduktor

Apa yang kita temukan adalah, ketika kita mengalirkan listrik melalui tumpukan graphene yang tidak teratur, hal tersebut berfungsi sebagai superkonduktor. Proses sederhana penerapan listrik ini membuat graphene lebih mudah dipelajari daripada kelas superkonduktor yang serupa, cuprates, meskipun bahan tersebut menampilkan superkonduktivitas pada suhu yang jauh lebih tinggi. Sebagian besar bahan yang menampilkan superkonduktivitas hanya melakukannya di dekat suhu nol mutlak. Beberapa yang disebut "superkonduktor suhu tinggi" dapat menampilkan superkonduktivitas pada suhu sekitar 133 Kelvin (-140 Celcius), yang relatif tinggi; hidrogen sulfida, di bawah tekanan yang cukup, menampilkan properti pada suhu -70 derajat Celcius yang menakjubkan!

Susunan graphene harus didinginkan hingga 1,7 derajat di atas nol mutlak, namun, para peneliti menganggap perilakunya mirip dengan cuprates, dan karenanya mereka berharap itu akan menjadi bahan yang jauh lebih mudah untuk mempelajari superkonduktivitas tidak konvensional, yang masih merupakan bidang perselisihan besar di antara para fisikawan. Karena superkonduktivitas biasanya hanya terjadi pada suhu rendah, superkonduktor hanya digunakan dalam mesin mahal seperti mesin MRI, tetapi para ilmuwan berharap suatu hari menemukan superkonduktor yang bekerja pada suhu kamar, yang akan menurunkan biaya dengan menghilangkan kebutuhan akan unit pendingin.

Pertahanan Terhadap Nyamuk

Sedikit dari beberapa makhluk yang menjijikkan seperti nyamuk, dengan gigitannya yang gatal dan kecenderungan menyebarkan penyakit mengerikan seperti malaria. Untungnya, para peneliti di Brown University telah menemukan solusi berprofit menggunakan graphene. Penelitian yang diterbitkan pada tahun 2019, menunjukkan bahwa film graphene pada kulit tidak hanya menghalangi nyamuk untuk menggigit tetapi bahkan menghalangi mereka untuk mendarat di kulit. Satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa graphene mencegah nyamuk mencium mangsa.

Keberlanjutan Masa Depan Dari Graphene

Mengingat daftar kekuatan graphene yang tampaknya tak ada habisnya, orang akan berharap untuk melihatnya di mana-mana. Lalu, mengapa graphene tidak diadopsi secara luas? Seperti kebanyakan hal, itu bermuara pada uang. Graphene masih sangat mahal untuk diproduksi dalam jumlah besar, membatasi penggunaannya dalam produk apa pun yang akan menuntut produksi massal. Selain itu, ketika lembaran besar graphene diproduksi, ada peningkatan risiko retakan kecil dan cacat lain yang muncul pada material. Tidak peduli seberapa luar biasa sebuah penemuan ilmiah, ekonomi akan selalu menentukan kesuksesan.

Selain masalah produksi, penelitian graphene sama sekali tidak melambat. Laboratorium penelitian di seluruh dunia — termasuk Universitas Manchester, tempat graphene pertama kali ditemukan — terus mengajukan paten untuk metode baru dalam membuat dan menggunakan graphene. Uni Eropa menyetujui pendanaan untuk program unggulan pada tahun 2013, yang akan mendanai penelitian graphene untuk digunakan dalam elektronik. Sementara itu, perusahaan teknologi besar di Asia sedang melakukan penelitian tentang graphene, termasuk Samsung.

image sources from youtube, unsplash, and istock

content sources from digitaltrends