Makalah ini membahas tentang material nano, termasuk pengertian, klasifikasi, sifat, dan aplikasi material nano. Material nano adalah material dengan ukuran 1-100 nm yang memiliki sifat yang berbeda dari material konvensional karena pengaruh ukuran nano. Material nano dapat diklasifikasikan menjadi empat jenis berdasarkan derajat kebebasannya. Material nano memiliki sifat elektrik, magnetik, mekanik, optik dan kimia yang unik. A

1. MAKALAH
MATERIAL NANO
Disusun oleh:
Ajeng Rizki Rahmawati
4201412026
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2015

2. BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Ukuran dewasa ini menjadi teramat penting. Semakin maju peradaban manusia maka
permasalahan yang dihadapi menjadi sangat kompleks dan menantang. Tak jarang solusi yang
harus dimunculkan memerlukan perhatian sampai pada ukuran yang sangat kecil yang
sebelumnya belum pernah terpikirkan oleh manusia. Misalkan manusia ingin mendapatkan air
murni dari air laut dengan cara memisahkan kandungan garamnya. Metode lama yang bisa
dipakai adalah dengan menguapkan air laut sehingga garam akan tertinggal kemudian uap
bisa diembunkan kembali dan didapatkan air suling. Namun metode ini sangat menguras
energi yang sudah tidak layak lagi diterapkan dimasa depan karena biaya energi yang menjadi
semakin mahal. Salah satu solusi yang dimunculkan adalah bagaimana kita bisa menyaring
ion – ion garam dalam air laut sehingga kita dapatkan air murni tanpa perlu menaikkan suhu.
Maka orang mulai merekayasa saringan molekuler untuk memisahkan air dari ion – ionnya.
Saringan molekuler membutuhkan perhatian sampai dengan skala nanometer yang 1nm =
0,000000001 m.
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.
Pada perkuliahan Fisika Zat Padat kali ini akan dibahas mengenai material nano,
aplikasinya serta teknologi nano.
A. RUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah yang diajukan dalam makalah ini:
1. Apa itu material nano?
2. Apa saja klasifikasi material nano?
3. Apa saja sifat dari material nano?
4. Apa yang dimaksud dengan teknologi nano dan sains nano?
5. Apa saja pengaplikasian dari material nano?

3. B. TUJUAN
Tujuan dalam pembuatan makalah ini:
1. Untuk mengetahui pengertian material nano.
2. Untuk mengetahui apa saja klasifikasi dari material nano.
3. Untuk mengetahui apa saja sifat dari material nano.
4. Untuk mengetahui apa saja pengaplikasian dari material nano.
5. Untuk mengetahui pengertian teknologi nano dan nano sains.

4. BAB II
PEMBAHASAN
A. PENGERTIAN MATERIAL NANO
Karena semua benda kecil atau besar bahkan makhluk hidup tersusun dari atom atom
berukuran nano. Karakteristik benda sangat bergantung pada susunan atomnya. Perbedaan
struktur/ susunan atom dapat mengubah sifat molekul yang dihasilkannya. Jika atom-atom
yang sama disusun ulang membentuk stuktur yang berbeda, molekul atau materi akan
membentuk sifat yang berbeda pula.
Atom-atom yang terdapat dalam grafit sama persis dengan atom-atom sejenis yang
terdapat dalam berlian (diamond) yang indah. Yang berbeda adalah susunan strukturnya saja.
Atom-atom dalam partikel pasir sangat mirip dengan atom-atom dalam chip komputer yang
canggih. Bahkan atom-atom penyusun air, udara, dan partikel debu sebenarnya sama dengan
atom-atom dalam sebuah kentang. Sedikit saja susunan struktur atomnya diubah, karakteristik
suatu benda bisa berubah drastis. Inilah konsep utama dalam nanomaterial.
Nanomaterial merupakan material yang mempunyai ukuran dalam skala nanometer
yaitu berkisar antara 1-100 nm. Banyak orang tertarik dengan nanomaterial, karena dengan
ukuran nano, sifat material lebih menguntungkan dari pada ukuran besar. Rekayasa material
nanopartikel pada dasarnya adalah rekayasa pengendalian ukuran, bentuk, dan morfologi,
serta penataan material pada ukuran nanometer, yang akan menentukan karakteristik
nanopartikel hasil sintesis.
Secara geometris, nanomaterial dapat dimasukkan dalam material berdimensi rendah
(dibawah 3). Karena ukuran yang sangat kecil maka secara umum karakteristik dari material
nano adalah: kecil, ringan, properti unggul, dan cerdas.
Mengapa nanomaterials menjadi penting?
1. Menawarkan kemampuan untuk memanipulasi, mengontrol dan mensintesa material pada
level atom dan molekul.
2. Mampu menyediakan afinitas, kapasitas dan selektifitas tingkat tinggi dari suatu material
dikarenakan sifat kimia, fisika dan bilogi yang unik.
Karakteristik material dapat menjadi berbeda setelah menjadi nanomaterial ,
1. Nanomaterial memiliki surface area yang besar daripada material awalnya. Hal ini dapat
meningkatkan reaktifitas kimia dan meningkatkan kekuatan sifat elektronik,
2. Efek kuantum yang mendominasi bahan nanoscale terutama pada pengaruh optikal dan sifat
magnetik material. Terdapat berbagai fenomena quantum atraktif yang timbul sebagai akibat

5. pengecilan ukuran material hingga ke dimensi nano. Logam platina meruah yang dikenal
sebagai material inert dapat berubah menjadi material katalitik jika ukurannya diperkecil
mencapai skala nano. Material stabil, seperti aluminium, menjadi mudah terbakar, bahan-
bahan isolator berubah menjadi konduktor.
Proses pembentukan
Banyak nanoteknologi dan nanoscience yang dilakukan untuk memproduksi nanomaterial.
Nanometerial dapat dibuat dengan tekhnik top down dan bottom up, dimana top down
merupakan pembuatan struktur yang kecil dari material yang berukuran besar, sedangkan
tekhnik bottom up penggabungan atom-atom atau molekul-molekul menjadi partikel yang
berukuran lebih besar.
B. KLASIFIKASI MATERIAL NANO
Density of electronic states (DOS) and their energy distribution (E) are of very
important in solid state physic determining electronic and optical properties. Let us calculate
the general law for (E) and its dependence on dimensionality. We must calculate a total
number of states with energy less then G(E) and then find the DOS and X(E) by
differentiation of G(E).
We must consider two states as different states if they differ on the minimal value
defined from Heisenberg relation in which accordance this
Berdasarkan derajat kebebasannya material nano dibagi menjadi empat jenis, yaitu:
1. Tiga dimensi
excample: Nanokomposit, nanograined, mikroporous, mesoporous, interkalasi, organik-anorganik
hybrids.
Let us consider the 3D body of
in volume. In a reciprocal k-space it relates to the volume kx ky kz while in an impulse p-space
to the total volume Vp = PxPyPz. To find number of states it is requested to divide the total
volume Vp on the volume of one state V1.

6. The electrons occupy the energy levels in accordance with Hund rule, i.e., from bottom to top
forming therefore a Fermi sphere in impulse space
Figure Peculiar distinguish ion of electron density of states for the systems 3D dimention
C. SIFAT MATERIAL NANO
Adapun beberapa sifat keunggulan dari material berukuran nano, antara lain :
1. Sifat elektrik

7. Nanomaterial dapat mempunyai energi lebih besar dari pada material ukuran biasa karena
memiliki surface area yang besar. Energy band secara bertahap berubah terhadap orbital
molekul. Logam ukuran besar mengikuti hokum Ohm. Pada logam ukuran nano harus
memiliki masukan elektrostatik (menggambarkan jumlah energi elektron) Eel = e2/2C.
Resistivitas elektrik mengalami kenaikan dengan berkurangnya ukuran partikel.
Contoh aplikasi : energi densitas yang tinggi dari baterai, nanokristalin merupakan material
yang bagus untuk lapisan pemisah pada baterai karena dia dapat menyimpan energi yang lebih
banyak. Baterai logam nikel-hidrida terbuat dari nanokristalin nikel dan logam hidrida yang
membutuhkan sedikit recharging dan memiliki masa hidupa yang lama.
2. Sifat magnetik
Kekuatan magnetik adalah ukuran tingkat kemagnetan. Tingkat kemagnetan akan meningkat
dengan penurunan ukuran butiran patikel dan kenaikan spesifik surface area per satuan
volume partikel. Sehingga nanopmeterial memiliki sifat yang bagus dalam peningkatan sifat
magnet.
Contoh aplikasi : magnet nanokristalin yttrium-samarium-cobalt memiliki sifat magnet yang
luar biasa dengan luas permukaan yang besar. Aplikasinya pada mesin kapal, instrumen ultra
sensitiv danmagnetic resonance imaging (MRI) pada alat diagnostik.
3. Sifat mekanik
Nanomaterial memiliki kekerasan dan tahan gores yang lebih besar bila dibandingkan dengan
material dengan ukuran biasa.
Contoh aplikasi : automobil dengan efisiensi greater fuel. Nanomaterial diterapkan pada
automobil sejak diketahui sifat kuat, keras dan sangat tahan terhadap erosi, diharapkan dapat
diterapkan pada busi.
4. Sifat optik
Sistem nanokristalin memiliki sifat optikal yang menarik, yang mana berbeda dengan sifat
kristal konvensional. Kunci peyumbang faktor masuknya quantum tertutup dari pembawa
elektrikal pada nanopartikel, energi yang efisien dan memungkinkan terjadinya pertukaran
karena jaraknya dalam skala nano serta memiliki sistem dengan interface yang tinggi. Dengan
perkembangan teknologi dari material mendukung perkembangan sifat nanofotonik. Dengan
sifat optik linear dan non linear material nano dapat dibuat dengan mengontrol dimensi kristal
dan surface kimia, teknologi pembuatan menjadi faktor kunci untuk mengaplikasikan.
Contoh aplikasi : pada optoelektronik., electrochromik untuk liquid crystal display (LCD).
5. Sifat kimia

8. Merupakan faktor yang penting untuk aplikasi kimia nanomaterial yaitu penambahan surface
area yang mana akan meningkatkan aktivitas kimia dari material tersebut.
Contoh aplikasi : teknologi fuel cell merupakan aplikasi yang penting dari penggunaan logam
nanopartikel. Dimana dalam fuel cell digunakan logam Pt dan Pt-Ru.
Besi oksida nanopartikel merupakan oksida logam yang mendapat perhatian yang besar dalam
rekayasa material nanopartikel, mengingat potensi penerapan teknologi yang dimungkinkan.
Pemanfaatan oksida logam yang memiliki beberapa spesies oksida berkarakteristik khas ini
telah banyak dilaporkan yaitu sebagai : fotokatalis pada fotooksidasi fenol sebagai katalis
autooksidasi bahan bakar jet-A, komponen aktif pada media rekam padat informasi, sebagai
penghantaran obat paramagnetik dengan mengubahnya menjadi senyawa magnetic-gels,
sensor alkohol pada temperatur ruang dan sebagai fotokatalis untuk menguraikan air menjadi
hidrogen dan oksigen dlam bentuk elektroda lapis tipis, selain itu besi oksida nanopartikel
dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan CaO sebagi sensor gas SO2.
B. APLIKASI MATERIAL NANO
Aplikasi dari material nano:
1. Kesehatan
 Contrast agent untuk pencitraan sel dan terapi untuk mengobati kanker
 Nanoteknologi-on-a-chip
 Drug delivery vehicles
 Kosmetik yang dapat melindungi diri dari bahaya sinar ultraviolet
2. Lingkungan hidup
Nanofiltration terutama digunakan untuk menghilangkan ion atau pemisahan fluida yang
berbeda.
3. Elektronika
salah satu aplikasi dalam elektronika adalah sebagai Memori Storage.
Kelebihan:
1) Dengan ukuran partikel yang sangat kecil namun efisiensi yang jauh lebih tinggi
dibanding pada saat partikel berukuran normal.
2) Fenomena unik sifat-sifat mekanik , fisika , kimia, biologi, listrik, termal dan elektrik pada
skala nano membuka peluang aplikasi bahan dan teknologi nano diberbagai bidang.

9. 3) Dengan adanya fenomena-fenomena unik diatas maka banyak inovasi-inovasi baru
contohnya : mengubah polusi panas menjadi energi listrik, mobil berbahan baku nanas.
4) Penerapan material nano bukan hanya pada bidang teknik, melainkan juga pada produk
makanan , obat-obatan , dan kosmetik.
5) Produk yang dihasilkan jauh lebih berkualitas, yaitu tidak mudah aus, hemat enrgi karena
tahan panas, dan tidak memerlukan pendinginan, dengan demikian , akan menghemat
biaya oprasional dan pemeliharaan serta ramah lingkungan.
Kekurangan:
1) Nanopartikel berbahaya bagi kesehatan karena Nanopartikel dapat mengganggu jalannya
transportasi substansi vital masuk dan keluar sel ,sehingga mengakibatkan kerusakan
fisiologis sel dan mengganggu fungsi sel normal.
2) Bioavailability, didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk menembus
membran/lapisan jaringan tubuh melalui berbagai cara paparan (kulit, pernafasan, dan
pencernaan).
3) Bioaccumulation, didefinisikan sebagai kemampuan partikel yang terabsorpsi untuk
terakumulasi didalam jaringan tubuh organisme dengan berbagai jalur paparan.
4) Toxic Potential, efek dari toksisitas nanomaterial dimungkinkan melalui berbagai sebab
yaitu kemampuan oksidasi, inflamasi dari iritasi fisis, pelepasan dari radikal yang
terkandung dan dari pengotor (impurities) dari pembuatan nanomaterial misalkan sisa
katalis, pengotor bahan baku yang kurang murni.
C. TEKNOLOGI NANO DAN SAINS 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.
Nanoteknologi atau teknologi rekayasa zat adalah pembuatan / penggunaan materi /
devais pada ukuran sangat kecil, yakni 1-100 nm . devinisi kedua adalah memahami dan
mengontrol sesuatu pada dimensi 1-100 nm, dimana fenomena-fenomena unik menghasilkan
aplikasi baru. Teknologi nano meliputi pencitraan , pemodelaan , pengukuran, fabrikasi dan
memanipulasi sesuatu pada skala nano. Fenomena-fenomena unik yang dapat diamati pada

10. sifat-sifat magnetik , mekanik , listrik, termal , optik , kimia dan biologi. Ketika ukuran butir
bahan magnetik diperkecil hingga skala nano , bahan feromagnetik berubah menjadi bahan
superparamagnetik. Salah satu sifat mekanik bahan adalah kekuatan luluh yaitu batas
maksimum kekuatan suatu bahan sebelum mengalami deformasi plastis (berubah bentuk).
Jika ukuran butir suatu logam atau keramik lebih kecil dari ukuran butir kritis (<100 nm) ,
sifat mekanik bahan berubah dari keras menjadi lunak.efek termoelektrik adalah konversi
langsung perbedaan temperatur menjadi beda tegangan atau sebaliknya. Efisiensi efek
termoelektrik akan meningkat pada bahan beskala nano. Partikel logam/semikonduktor
berukuran nano memiliki warna emisi berbeda dibandingkan partikel tersebut dengan ukuran
skla mikro.
Jadi intinya dengan nanoteknolgi maka setiap bahan / material akan memungkinkan
pengurangan berat disertai dengan peningkatan stabilitas dan meningkatkan fungsionalitas.