Nanomaterial adalah material yang memiliki struktur berdimensi sangat kecil yakni berkisar antara 1-100 nm. Satu nanometer (nm) sama dengan satu per milyar kali-nya 1 meter (1nm= 10-9m). Sebagai gambaran, bagian terkecil dari makhluk hidup yaitu DNA double helix memiliki diameter sekitar 2 nm. Makhluk hidup terkecil yaitu bakteri Mycoplasma memiliki panjang sekitar 200 nm. Rambut manusia berdiameter ~10-50 μm atau 10.000-50.000 nm.
Nanomaterial merupakan material yang sangat unik karena memiliki karakteristik yang sangat berbeda jika dibandingkan dengan apa yang diperlihatkannya pada skala makroskopisnya. Sebagai contoh, platina yang pada skala makro dikenal sebagai material inert dapat berubah menjadi material katalitik pada skala nano. Material stabil seperti aluminium dapat berubah menjadi mudah terbakar (combustible). Sifat opak dari tembaga berubah menjadi transparan. Logam emas yang berfasa padat pada suhu ruang berubah menjadi cair. Isolator berubah menjadi konduktor pada silikon. Emas yang secara kimia bersifat inert pada skala normal berubah menjadi bahan katalis yang potensial. Warna kuning emas berubah menjadi berbagai warna pada skala nano di antaranya merah pada 20 nm.
Nanomaterial juga memperlihatkan keunikan lain, yaitu meningkatnya sifat fisika, kimia, elektrik dan sifat lainnya, seperti:
- Nanomaterial menunjukkan thermal konduktivity 10 kali lebih tinggi dibandingkan logam. Hal ini disebabkan adanya vibrasi dari ikatan kovalen pada nanomaterial dan defect pada struktur nanomaterial sangat minimum.
- Sebagian besar material mengalami patah pada saat diuji kuat lentur karena adanya defect, tapi nanomaterial memiliki sedikit defect sehingga strukturnya lebih kuat.
- Sel bahan bakar (fuel cell) dari nanomaterial dapat menurunkan biaya 10-100 kali lipat dari teknologi konvensional
- Batere dan superkapasitor dari nanomaterial memiliki kemampuan 10-100 kali lipat teknologi konvensional
Karakteristik dari nanomaterial dapat meningkat atau bahkan sangat berbeda dibandingkan material pada umumnya. Hal ini disebabkan dua faktor, yaitu:
- Luas permukaan nanomaterial yang meningkat
Makin kecil ukuran maka luas permukaannya makin meningkat, sehingga karakteristik nanomaterial pun meningkat dibandingkan ukuran makroskopisnya.
- Efek kuantum
Ukuran skala nano (1-100 nm) merupakan ukuran partikel dimana efek kuantum menentukan perilaku dan karakteristik partikel. Pada skala ini, sifat material sangat dipengaruhi ukuran. Sifat nanomaterial seperti titik lebur, konduktivitas listrik, permeabilitas magnetik, warna, dan reaktivitas kimia merupakan fungsi dari ukuran partikel. Sebagai contoh, suatu nanomaterial menunjukkan warna yang bervariasi tergantung ukurannya, pada ukuran 2 nm berwarna putih, 5-24 nm warna merah yang bervariasi, 60 nm warna ungu, dan 90 nm warna biru.
Fenomena-fenomena unik dari nanomaterial membuka peluang aplikasi material tersebut di berbagai bidang, diantaranya;
- Pada bidang elektronika
Nanomaterial memberi dampak revolusioner pada komputer, sensor dan divais. Miniaturisasi material hingga orde molekuler ini dilakukan, antara lain dipicu oleh tuntutan pengecilan ukuran perangkat elektronik dan komputer. Sebagai contoh, dengan adanya nanomaterial, rangkaian terpadu atau IC berukuran 1 cm2 dapat dijejali milyaran transistor sehingga rangkaian tersebut berkapasitas terabyte, bukan lagi gigabyte. Penggunaan nanoteknologi dalam dunia komputer telah mengubah ukuran komputer menjadi semakin kecil dengan kemampuan dan kapasitas makin meningkat. Begitu pula dengan telpon genggam, sehingga harganya semakin murah tapi kemampuan dan kapasitasnya jauh lebih baik.
- Kosmetik
Sunscreen berbahan dasar mineral nanopartikel seperti titanium oksida menunjukkan beberapa keuntungan, diantaranya: dapat menyerap dan memantulkan sinar ultraviolet (UV) tapi masih transparent terhadap sinar tampak.
- Cat
Penambahan nanopartikel ke dalam cat dapat meningkatkan performansi-nya seperti menjadi lebih ringan, lapisan cat menjadi lebih tipis dan memberikan karakteristik yang berbeda. Cat tersebut dapat digunakan untuk keperluan pesawat udara.
- Kesehatan
Nanopartikel banyak digunakan di dunia kesehatan seperti pada drug delivery dan tissue engineering untuk menggantikan atau memperbaiki jaringan sel yang rusak.
- Katalis
Secara umum, nanomaterial memiliki luas permukaan yang besar sehingga dapat meningkatkan aktivitas katalitik dari bahan katalis.
- Makanan
Nanomaterial dapat digunakan pada tahap produksi, perlindungan dan pengemasan makanan. Proses pelapisan nanokomposit dapat meningkatkan ketahanan kemasan makanan akibat adanya zat anti mikroba pada permukaan lapisan kemasan.
- Konstruksi
Nanoteknologi berpotensi untuk menjadikan konstruksi lebih cepat, murah dan aman. Silika digunakan sebagai campuran pada konkrit konvensional. Penambahan silika nano pada konkrit dapat meningkatkan kekuatan mekanik-nya. Penambahan silika nano pada material berbasis semen dapat mengendalikan degradasi reaksi fundamental konkrit C-S-H (calcium silicate hydrate) yang disebabkan leaching kalsium dalam air atau sebagai pencegah penetrasi air sehingga dapat meningkatkan durabilitas.
Pelapisan (coating) merupakan bagian konstruksi yang penting. Pelapisan bertujuan memberikan lapisan pelindung yang dapat berikatan dengan bagian dasarnya, sehingga dihasilkan lapisan pelindung atau berfungsi khusus seperti anti korosi, bersifat hidrofobik, tahan terhadap kandungan garam dalam air.
By: Eneng Maryani (dari berbagai sumber)