Oleh : Mohamad Hairie Rabir
http://ilmu-pengabdian.blogspot.com
http://ilmu-pengabdian.blogspot.com
Kemunculan era teknologi-nano menjadikan masa depan perkembangan sains asas (fundamental) bertambah menarik dan membuka pintu kepada penemuan-penemuan yang menakjubkan. Skop penggunaannya yang meluas dalam bidang sains gunaan dan industri sudah bermula dan kajian tentang kesesuaiannya dalam pelbagai aplikasi sedang giat dijalankan. Ledakan perkembangan sains sistem nano beberapa tahun kebelakangan ini diiringi dengan kemajuan dalam teknologi pencirian nanozarah itu sendiri samada pada skala nanometer atau lebih kecil.
Nanoteknologi secara umum ialah berkenaan dengan penghasilan bahan, alat dan sistem baru menerusi pengawalan unsur dalam skala nanometer sehingga ke tahap molekul dan atom. Persoalan utama atau perkara pokok dalam nanoteknologi ialah kemampuannya untuk beroperasi pada skala ini bagi menghasilkan nanozarah yang mempunyai pengorganisasian molekul yang baru.
Pengetahuan yang banyak serta sentiasa bertambah dalam nanoteknologi ini sebenarnya dipelopori dan digerakkan dengan kehadiran mikroskop elektron resolusi tinggi, pembelauan elektron, mikroskopi pengimbas elektron dan pelbagai bentuk alat pengimbas mikroskopi. Dengan menggunakan alat-alat ini kita dapat mengetahui latar belakang tentang struktur dan morfologi sejumlah besar sistem keadaan pepejal. Terdapat juga kaedah yang lebih ‘tradisional’ untuk mengkaji sesuatu bahan seperti spektroskopi optik dan pembelauan sinar-X yang mempunyai sumbangan penting dalam penyelidikan nanoteknologi iaitu, memberikan struktur piawai yang sesuai untuk memahami sifat-sifat fizik dan kimia nanozarah. Namun demikian, kebarangkalian untuk melihat secara langsung bentuk dan taburan individu zarah bersaiz nanomater serta strukturnya adalah sukar. Hal ini sebenarnya membantutkan usaha bagi mengembangkan kaedah baru dalam bidang sains keadaan pepejal.
Teknik yang mempunyai resolusi tinggi membolehkan kita melakukan lebih banyak dan lebih cekap kajian tentang kaedah baru penyediaan nanozarah, menganggarkan pengubahsuaian struktur dan memahami hubungan struktur tersebut dengan sifat fiziknya. Sebagai contohnya nanotiub karbon yang ditemui dengan kaedah mikroskopi elektron resolusi tinggi dan juga dalam kes bahan berstruktur nano yang lain, teknik resolusi tinggi amat bernilai untuk tujuan pemasaran, pengubahsuaian, manipulasi dan pengukuran.
Teknologi dan sains berskala nanometer mengalami perkembangan pada kadar yang tinggi dan kelihatannya memberikan impak yang amat mendalam dalam setiap bidang kajian bagi dekad pertama abad ke-21 ini. Teknologi manipulasi atom dan molekul serta nanofabrikasi telahpun dibangunkan semenjak penemuan STM (Scanning Tunneling Microscopy) oleh G. Binning dan H. Rohrer, yang dianugerahkan hadiah Nobel dalam fizik pada tahun 1986. Ciptaan tersebut telah memainkan peranan penting dalam mempromosikan dan membangunkan teknologi nano. Beberapa kerajaan dan syarikat besar dari negara-negara maju seperti Amerika, Jepun, Jerman, England, Perancis dan lain-lain turut membuat pelaburan yang besar dalam kajian dan penyelidikan nanoteknologi.
Nanoteknologi mempunyai kaitan rapat dan meluas dengan pelbagai bidang. Sehingga kini terdapat beberapa fenomena yang kurang difahami dalam bidang fizik mesoskopi, nanokimia dan nanobiologi. Nanokimia dan nanoelektronik seharusnya mempunyai kaitan dengan fizik mesoskopi. Contohnya nanokimia berkaitan dengan sistem atom yang terhad, molekul dan kluster. Dalam bidang biologi pula, kita mengetahui mikrob kecil mempunyai fenomenon hidup sekitar skala nanometer. Diameter molekul DNA contohnya adalah kurang dari 3nm, dan diameter molekul protein adalah beberapa nanometer. Oleh itu nanobiologi dan nanoperubatan masih mempunyai ruangan yang luas untuk diterokai. Dalam bidang elektronik pula, hasil daripada pembangunan litar terkamir, mikroelektronik sepatutnya dinaikkan taraf ke nanoelektronik dan seterusnya molekulelektronik. Penghasilan bahan baru, rekabentuk alat dan pasaran merupakan cabaran yang harus ditangani secara berperingkat.
Nanoteknologi adalah berasaskan kepada unit terkecil dengan matlamat untuk mencapai sifat-sifat dan keberkesanan yang unggul menerusi binaan berskala atom. Fasa nano dan bahan berstruktur nano iaitu suatu bidang dalam bahan maju adalah asas kepada nanosains dan nanoteknologi. Penyelidikan dan kajian dalam nanosains dan nanoteknologi perlu berhadapan dengan empat cabaran utama iaitu yang pertama pensintesisan nanozarah dengan kemampuan untuk mengawal strukturnya pada skala atom serta dengan ketulenan yang tinggi dalam jumlah yang besar. Seterusnya ialah pencirian struktur dan sifat nanozarah terutama ciri-cirinya secara individu. Cabaran yang ketiga pula adalah fabrikasi dan manipulasi alat, serta yang terakhir ialah integrasi sistem dan penghasilan secara besar-besaran.
Struktur nanozarah secara signifikannya boleh mengubah ciri-ciri suatu bahan. Kapur putih contohnya, merupakan bahan kimia yang dihasilkan daripada kalsium karbonat. Jika kita menggunakan teknologi biasa untuk memproses kalsium karbonat, samada melalui pemanasan atau sebagainya, hasil akhir yang diperolehi ialah bahan yang sangat rapuh dan lembut. Namun jika dibandingkan dengan kulit siput, yang mempunyai sifat yang menakjubkan dari segi kekerasan, kekuatan dan kecantikan, adalah terbina daripada kalsium karbonat yang sama apabila nanoteknologi mengikuti program DNA.
Perbandingan yang sama terhadap struktur tulang dan gigi juga memberikan motivasi terhadap pensintesisan nanozarah bagi mencapai ciri-ciri unggul yang tidak dimiliki bahan dalam bentuk pukal. Maka penghasilan nanozarah khususnya nanozarah kalsium karbonat diharap mempunyai potensi yang besar berbanding kalsium karbonat biasa yang kini digunakan dengan meluas dalam industri pembuatan kertas, plastik dan pertanian.
Terdapat pelbagai kaedah untuk penyediaan nanozarah antaranya ialah teknik pengewapan lazer, teknik hidroterma, teknik vakum seperti sinaran ion, teknik fasa gas seperti penyejatan gas, teknik mekanikal dan teknik kimia.Selain itu terdapat juga kaedah hasil gabungan penyebaran dan pembakaran dalam penyediaan nanozarah kalsium aluminat. Teknik ini bergantung kepada penggunaan sukrosa berasid tinggi untuk membentuk kompleks kation. Teknik lain yang melibatkan penggabungan juga adalah penyediaan nanozarah lantanum aluminat menggunakan kaedah ultrasonik bom bersama dengan kaedah sintesis gel daripada larutan logam klorida dan ammonia yang distabilkan. Teknik-teknik di atas mempunyai kelebihan dan kelemahan masing-masing contohnya teknik mekanikal seperti ball milling. Antara kelemahannya ialah nanozarah yang dihasilkan mempunyai saiz yang besar, sukar dikawal dan menghasilkan bentuk yang tidak diingini. Selain itu penghasilan nanozarah dengan teknik mekanikal dan ultrasonik tidak menghasilkan sub bahagian yang banyak. Hal ini disebabkan kecenderungan zarah untuk berpadu kembali kerana kesan daya mekanik yang terlibat.
Manakala teknik kimia mempunyai beberapa kelebihan berbanding teknik mekanikal iaitu keperluan tenaga yang rendah dan pengawalan saiz zarah yang lebih efisyen. Terdapat empat pendekatan utama dalam penyediaan nanozarah dengan kaedah kimia iaitu yang pertama kaedah kimia dalam fasa cecair, sol-gel dan pemendakan dari larutan homogen. Pendekatan kedua ialah pirolisis, hakisan percikan (spark erosion), sintesis garam lebur dan proses kimia di antara fasa heterogen termasuklah sintesis hidroterma. Pendekatan seterusnya ialah proses kimia dalam droplet termasuk emulsi, misel atau mikroemulsi dan aerosol. Manakala pendekatan keempat ialah prekursor wap, prekursor cecair dan prekursor pepejal. Kaedah yang paling menarik adalah sintesis dalam medium cecair, ini termasuklah pemendakan, penurunan, penghidratan, teknologi misel songsang dan pempolimeran mikroemulsi .
Penyelidikan nanozarah bersifat multidisiplin yang melibatkan ahli fizik, kimia, saintis bahan, jurutera, ahli biologi dan saintis perubatan. Penglibatan seperti ini dan perkembangannya yang pesat menjadikan nanoteknologi antara isu terkini yang harus diambil perhatian samada oleh saintis, jurutera, ahli ekonomi mahupun kerajaan agar tidak ketinggalan dalam perlumbaan sains dan teknologi.
