Semua orang pasti tertarik dengan luar angkasa. Hingga terbukti bahwa 48 tahun yang lalu telah ada seorang astronaut NASA sebagai manusia pertama yang mendarat di bulan. Adalah Neil Armstrong dan Buzz Aldrin yang menginjakkan kaki di bulan dengan mengusung misi Apollo 11 (Jatmika, Aningtias, 2014).


Astronot Apollo 11 Neil Armstrong dan Edwin E. "Buzz" Aldrin, manusia pertama yang menginjakkan kaki di bulan, menancapkan bendera Amerika Serikat di permukaan bulan dalam foto tanggal 20 Juli 1969 ini. AP/NASA

Kini dengan perkembangan teknologi, para ilmuwan memiliki konsep mengenai “space elevator†yaitu tangga atau lift menuju luar angkasa. Tangga luar angkasa ini terdengar seperti fiksi belaka, namun sebenarnya para peneliti memang serius memikirkan kemajuan teknologi ini (Nugraha, 2015).

Konsep tangga luar angkasa ini mengacu pada struktur yang menjangkau orbit geostasioner dari permukaan bumi. Teknologi masa kini diperkirakan mampu mewujudkan konsep dari tangga luar angkasa.


Penggambaran konsep Lift Luar Angkasa (Author : Skyway dan Chris Martin)

Suatu cabang ilmu dibidang Fisika Material, yaitu nanoteknologi mempelajari tentang rekayasa ukuran partikel, dimana jika suatu partikel ukurannya dibuat menjadi ukuran nano akan memberikan sifat lain yang lebih unggul. Salah satunya ialah karbon nanostruktur. Karbon nanostruktur ini merupakan material yang memiliki struktur nano dan terdiri dari atom-atom karbon. Perlu diketahui bahwa unsur karbon merupakan salah satu unsur yang terbanyak di alam ini, serta unsur karbon mudah diatur sesuai struktur materialnya. Sebagai contoh di antaranya, karbon dapat dijadikan intan yang bersifat transparan dan kuat, di sisi lain karbon dapat dijadikan grafit yang merupakan material yang buram dan rapuh. Bentuk lainnya dari karbon nanostruktur adalah fullerene, carbon nanotube (CNT) dan graphene.

Diprediksikan bahwa material yang paling ideal untuk membuat tangga luar angkasa adalah material Carbon Nanotube yang sering disebut CNT dengan memanfaatkan sifat mekaniknya yang sangat luar biasa melebihi kekuatan baja. Hal ini telah diprediksikan oleh Nicola M. Pugno dalam salah satu artikelnya pada tahun 2006 (Pugno, 2006).

Material CNT ini sendiri memang sangat populer di kalangan peneliti teknologi nano, karena sifat unggulnya mampu membuat CNT ini bisa diaplikasikan diberbagai bidang. Salah satu keunggulannya yang lain CNT bisa mengkonduksi panas dan juga memiliki sifat listrik yang lebih baik dibandingkan dengan tembaga (Abdullah, 2008). Sifat-sifat unik ini membuat CNT menjadi sangat aplikatif (Das, 2006) hingga sangat memungkinkan untuk membuat tangga luar angkasa.

Kabel elevator berbasis carbon nanotube yang dibentangkan akan seterusnya teregang karena adanya gaya sentrifugal pada beban pengimbang. Kabel elevator pun akan tetap tegak lurus permukaan Bumi karena posisi geostasioner dari pusat massa sistem elevator tersebut. Kendaraan elevator kemudian dapat membawa kita dari Bumi ke luar angkasa dalam beberapa hari tanpa perlu menggunakan sistem yang berbahaya seperti roket saat ini. Material CNT sendiri hingga saat ini sangat banyak diteliti di berbagai bidang: fisika, kimia, ilmu material, bahkan bioteknologi (multidisciplinary). Material ini dianggap sebagai material cerdas masa depan dikarenakan sifat-sifat dan aplikasinya yang sangat luar biasa.


Struktur Single Wall Carbon Nanotube (Author : Schwarzm)

CNT ada dua jenis, yaitu Single Wall Carbon Nanotubes (SWCNT), dan Multi Wall Carbon Nanotubes (MWCNT). Perbedaannya ada pada jumlah lapisannya. SWCNT merupakan jenis CNT yang hanya memiliki satu lapis nanotube. Diameter dari SWCNT ini berkisar antara 0,8-2 nm (Michael, 2013). Panjangnya berkisar antara 50 nm – 1 cm. Tergantung cara menggulungnya SWCNT ini ada beberapa macam.

  •   Armchair (n,n) i.e.: m=n
  • Vektor Translasi dibengkokkan, sedangkan Vektor Chiral tetap lurus
  • Graphene nanoribbon
  • Vektor Chiral dibengkokan, sedangkan Vektor Translasi tetap lurus
  • Zigzag (n,0)
  • Chiral (n,m)
  • n and m dapat dihitung di akhir tabung
  • Graphene nanoribbon

Sedangkan MWCNT merupakan jenis Carbon Nanotube (CNT) yang memiliki banyak lapisan nanotube. Diameter dari MWCNT ini berkisar antara 5-20 nm (Michael, 2013). Jarak antar lapisan sekitar 3,4 Å.


Struktur Multi Wall Carbon Nanotube (Author : Eric Wieser)

Pada akhirnya diperlukan jumlah CNT yang sangat banyak untuk bisa membuat tangga luar angkasa. Namun kenyataannya Carbon Nanotube belum banyak diproduksi dalam skala besar karena harganya yang sangat mahal. Hal yang membuatnya menjadi sangat mahal adalah bahan dasar yang digunakan  dan cara untuk membuat CNT ini sangat mahal.

Berikut ini merupakan bahan-bahan yang biasa digunakan untuk membuat CNT, seperti metana, asetilena, benzena, xylene dan toluene sebagai sumber karbon dalam proses sintesis CNT menunjukkan hasil nanokarbon dengan kualitas yang tinggi (Call, 2011) (Cassell, 1999). M. Mayne dkk, telah mensintesis CNT menggunakan benzena sebagai sumber karbon dan menghasilkan Multi Wall Carbon Nanotubes (MWCNT) dengan panjang 30-130 m dan diameter 10-200 nm (Mayne, 2001). Benzena bisa dijadikan sumber karbon karena strukturnya heksagonal, membuat CNT akan mudah terbentuk, namun benzena ini bersifat karsinogenik, yang artinya benzena mudah menyebabkan kanker sehingga penggunaan benzena ini terbatas.

Sintesis CNT telah banyak dilakukan para peneliti dengan metode electric arc discharge, laser ablation dan chemical vapour deposition. Metode-metode ini kurang efektif untuk memproduksi CNT pada skala industri, hal ini dikarenakan temperatur yang digunakan mencapai lebih dari 1000 o C.Saat ini metode lain yang dapat digunakan untuk mensintesis karbon nanostruktur, yaitu dengan metode pirolisis (Abdullah dkk., 2004). Metode ini dapat menghasilkan berbagai bentuk karbon (Kumar dkk., 2016). Suhu yang digunakan kurang dari 1000 o C, sehingga metodepirolisisini merupakan metode yang sederhana untuk diterapkan (Abdullah dkk., 2004).


Alternatif bahan alami yang bisa digunakan untuk membuat CNT  (Kumar, 2016)

Metode lain yang bisa digunakan untuk membuat karbon nanostruktur adalah pirolisis. Metode ini dilakukan untuk menumbuhkan carbon nanotube. Dibantu dengan keberadaan katalis yang juga membantu proses pembentukan nanokarbon disuhu yang relatif rendah. Selanjutnya yang perlu diperhatikan adalah sumber karbon. Pemanfaatan bahan alam sangat efektif untuk digunakan yang jelas sangat aman, murah dan ramah lingkungan. Selulosa merupakan salah satu material yang berasal dari alam, dan bisa digunakan sebagai sumber karbon. Selulosa ini banyak terkandung dalam minyak palem, minyak wijen, dll.

Di dalam proses sintesis karbon nanostruktur diperlukan peran katalis. Katalis yang biasa digunakan untuk proses sintesis karbon nanostruktur adalah Fe,Cu, Ni, Co dan Mg (Kumar dkk., 2016). Tutuk Djoko Kusworo dkk., pernah membandingkan katalis Co dan Fe dalam penelitiannya saat mensintesis CNT dan menghasilkan bentuk MWCNT dengan diameter dan berat produk yang dipengaruhi konsentrasi komponen aktif pada katalis.

Akhirnya telah diketahui bahwa kekuatan material Carbon Nanotube dalam skala mikroskopis sangatlah kuat jika dibandingkan dengan bahan lainnya yang telah ada sehingga secara teoretis dapat dipakai untuk pembuatan lift luar angkasa. Material terbaru dapat digunakan dalam pembuatan lift ke tempat lain di tata surya, seperti Mars yang memiliki gravitasi yang lebih lemah daripada Bumi.

Ilmu pengetahuan terus berkembang, karena setelah Neils Amstrong mendarat di bulan, terus saja dilakukan pembaruan yang lain. Kini tangga menuju luar angkasa, dengan bahan Carbon nanotube akan menjadi pembaruan yang bagus. Alternatif bahan yang digunakan untuk membuat carbon nanotube bisa dari alam saja. Karena keberadaan karbon di muka bumi ini sangatlah melimpah. Alternatif lain untuk bisa menghasilkan CNT yang  lebih aman, ramah lingkungan, dan lebih murah untuk memproduksi nanokarbon pada skala industri. Penggunaan sumber karbon dari alam merupakan alternatif lain yang dapat dilakukan, karena sumber karbon dari alam ini mampu dipebarui dan sangat melimpah keberadaannya sehingga akan menunjang proses produksi karbon nanostruktur seperti CNT. Selulosa merupakan salah satu material yang berasal dari alam yang bisa digunakan sebagai sumber karbon dalam proses sintesis karbon nanostruktur (Kumar, 2016).

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, M. (2008). Pengantar Nanosains. Bandung : Penerbit ITB.

Call, R. W. (2011). Carbon Nanotube Growth Via Spray Pyrolysis. Utah State University.

Cassell, A. M. (1999). Large Scale CVD Synthesis of Single-Walled Carbon Nanotubes. Journal Physics Chemisry Biology, 103, halaman 6484–6492.

Das, N. D. (2006). The effect of feedstock and process conditions on the synthesis of high purity CNTs from aromatic hydrocarbons. Carbon, 44, halaman 2236–2245.

Iijima, S. (1991). Helical Microtubules of Graphitic Carbon. Nature, 354, halaman 56-58.

Jatmika, Aningtias. (2014). 45 Tahun Lalu, Manusia Pertama Mendarat di Bulan. tempo.co: https://m.tempo.co/read/news/2014/07/20/061594412/45-tahun-lalu-manusia-pertama-mendarat-di-bulan

Kumar, R. S. (2016). Natural and waste hydrocarbon precursors for the synthesis of carbon based nanomaterials: Graphene and CNTs. Renewable and Sustainable Energy Reviews, halaman 976-1006.

Mayne, M. G. N. Groberta, M. Terronesb, c, R. Kamalakaranb, M. Rühleb, H.W. Krotoa, D.R.M. Walton. (2001). Pyrolytic production of aligned carbon nanotubes from homogeneously dispersed benzene-based aerosols. Chemical Physics Letters, 338, halaman 101–107.

Michael, D. V. Sameh H. Tawfick, Ray H. Baughman, A. John Hart. (2013). Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Application. Science Vol. 339, Issue 6119, halaman 535-539.

Pugno, N.M., (2006). On the strength of the nanotube-based space elevator cable: from nanomechanics to megamechanics. Journal of Physics: Condensed Matter 18, S1971–S1990.

Nugraha, A. R. (2015). Carbon Nanotube dan Teknologi Modern pada Sebilah Pedang Kuno. Majalah 1000guru Vol 3 No. 5 halaman 13-15.

CATATAN EDITOR

Aisyah Nur Rohmah adalah seorang Guru Fisika SMA Sinotif Cabang Puri Indah. Aisyah Nur Rohmah merupakan lulusan Fisika Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati