Lompat ke isi

Grafena: Perbedaan antara revisi

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Konten dihapus Konten ditambahkan
Luckas-bot (bicara | kontrib)
k r2.7.1) (bot Menambah: bs:Grafen
DarrelQM (bicara | kontrib)
k Minor Adjustment
Tag: halaman dengan galat kutipan VisualEditor Suntingan perangkat seluler Suntingan peramban seluler Tugas pengguna baru Newcomer task: copyedit
 
(39 revisi perantara oleh 25 pengguna tidak ditampilkan)
Baris 1: Baris 1:
{{rapikan|masih banyak kesalahan penerjemahan}}
{{rapikan|masih banyak kesalahan penerjemahan}}
[[Berkas:Graphen.jpg|thumb|340px|Grafena yang terdiri dari atom [[karbon]]]]
[[Berkas:Graphen.jpg|jmpl|340px|Grafena yang terdiri dari atom [[karbon]]]]


'''Grafena''' merupakan [[alotrop]] [[karbon]] yang berbentuk lembaran datar tipis di mana setiap [[atom]] [[karbon]] memiliki [[ikatan kimia|ikatan]] ''sp<sup>2</sup>'' dan dikemas rapat dalam bentuk kisi kristal seperti sarang [[lebah]]. Ia dapat dilihat sebagai sebuah jaring-jaring berskala [[atom]] yang terdiri dari [[atom]] [[karbon]] beserta ikatannya. Nama grafena berasal dari [[grafit|GRAPHITE]] + [[alkena|-ENE]]; [[grafit]] sendiri terdiri dari banyak lembaran grafena yang ditumpuk secara bersama. Pada tahun 2010 [[Andre Geim]] dan [[Konstantin Novoselov]] mendapat hadiah Nobel di bidang kimia karena karyanya dalam mengembangkan grafena 2 dimensi.
'''Grafena''' ({{lang-en|Graphene}}) merupakan [[alotrop]] [[karbon]] yang berbentuk lembaran tipis dimana setiap [[atom]] [[karbon]] memiliki [[ikatan kimia|ikatan]] ''sp<sup>2</sup>'' dan struktur dalam bentuk kisi kristal seperti sarang [[lebah]]. Material ini dapat umpamakan sebagai sebuah jaring-jaring berskala [[atom]] yang terdiri dari [[atom]] [[karbon]] beserta ikatannya. Nama grafena berasal dari kata [[grafit|Graphite]] + [[alkena|-ene]]; [[grafit]] sendiri terdiri dari banyak lembaran grafena yang ditumpuk secara bersama. Pada tahun 2010, [[Andre Geim|Andre K. Geim]] dan [[Konstantin Novoselov]] mendapat hadiah [[Penghargaan Nobel|Nobel]] di bidang kimia karena percobaan tentang material 2 dimensi ''graphene''.


[[Ikatan karbon-karbon]] pada grafena adalah sekitar 0,142&nbsp;nm. Grafena merupakan unsur dasar dari [[alotrop]] karbon, meliputi [[grafit]], [[tabung nano karbon]], dan [[fulerena]]. Grafena juga dapat dianggap sebagai [[molekul]] [[aromatik]] yang sangat besar, yang merupakan kelompok [[senyawa]] [[hidrokarbon]] polisiklik [[aromatik]] datar.


== Sejarah Penemuan Grafena ==
[[Ikatan karbon-karbon]] pada grafena adalah sekitar 0,142 nm. Grafena merupakan unsur struktur dasar dari [[alotrop]] karbon, meliputi [[grafit]], tabung nano karbon, dan fulerena. Grafena juga dapat dianggap sebagai [[molekul]] [[aromatik]] yang sangat besar, yang merupakan kelompok [[senyawa]] [[hidrokarbon]] polisiklik [[aromatik]] datar.
Pada tahun 2004 kelompok riset dari [[Institut Teknologi Massachusetts]] yang dipimpin oleh [[Andre K. Geim]] dan [[Kostya Novoselov|Konstantin Novoselov]] menemukan suatu material [[semikonduktor]] yang disebut "Graphene" (Grafena). Bahan yang merupakan [[alotrop]] [[karbon]] ini mempunyai ketebalan hanya satu atom saja dan lebih kuat daripada baja, yaitu karbon yang disusun menyamping pada kisi yang menyerupai sarang [[lebah]] (Segi 6) dan diperkirakan sebagai bahan [[semikonduktor]] tertipis di [[Dunia]]. Lapisan tunggal dari [[grafit]] sebelumnya (sekitar tahun 1910an) ditumbuhkan secara epitaksial di atas material-material lainnya dan biasa di sebut "grafena epitaksial". Grafena epitaksial ini mengandung lapisan setebal satu atom berbentuk [[heksagonal]] dengan ikatan ''sp<sup>2</sup>'' antar atom karbonnya. Pada proses penumbuhan kristal grafena ini terjadi transfer muatan dari substrat ke grafena epitaksial, dan dalam beberapa kasus terjadi [[hibridisasi orbital]] ''d'' dari atom substrat dengan orbital [[pi]] dari grafena, yang secara signifikan mengubah struktur [[elektronik]] grafena.

== Sejarah penemuan grafena ==
Pada tahun 2004 kelompok riset dari Universitas Manchester yang dipimpin oleh [[Andre K. Geim]] dan [[Kostya Novoselov]] menemukan suatu bahan [[semikonduktor]] yang disebut "Graphene". Bahan yang merupakan [[alotrop]] [[karbon]] ini mempunyai ketebalan hanya satu atom saja, yaitu karbon yang disusun menyamping pada kisi yang menyerupai sarang [[lebah]] dan diperkirakan sebagai bahan [[semikonduktor]] tertipis di [[Dunia]]. Lapisan tunggal dari [[grafit]] sebelumnya (sekitar tahun 1970an) ditumbuhkan secara epitaksial di atas material-material lainnya dan biasa di sebut "grafena epitaksial". Grafena epitaksial ini mengandung lapisan setebal satu atom berbentuk [[heksagonal]] dengan ikatan ''sp<sup>2</sup>'' antar atom karbonnya. Pada proses penumbuhan kristal grafena ini terjadi transfer muatan dari substrat ke grafena epitaksial, dan dalam beberapa kasus terjadi [[hibridisasi orbital]] ''d'' dari atom substrat dengan orbital [[pi]] dari grafena, yang secara signifikan mengubah struktur [[elektronik]] grafena.


== Penjelasan ==
== Penjelasan ==
Grafena yang sempurna secara eksklusif terdiri dari [[sel]]-[[sel]] yang berbentuk heksagonal; sel berbentuk segi lima dan segi tujuh merupakan sel yang cacat. Jika terdapat sel bersegi lima yang terisolasi , maka bidang akan mengkerut menjadi berbentuk [[kerucut]]; penyisipan 12 segi lima akan membentuk fulerena. Demikian pula, penyisipan sel segi tujuh yang terisolasi menyebabkan lembaran menjadi berbentuk pelana. Penambahan yang terkontrol dari segi lima dan segi tujuh memungkinkan terbentuknya berbagai bentuk komplek, misalnya ''carbon nanobud''. Tabung nano karbon berdinding tunggal dapat dianggap sebagai [[silinder]] grafena; yang sebagian kecil memiliki tutup berbentuk setengah bola (yang melibatkan 6 [[segi lima]]) di setiap ujungnya.
Grafena yang sempurna secara eksklusif terdiri dari [[sel]]-[[sel]] yang berbentuk heksagonal, sel berbentuk segi lima dan segi tujuh merupakan sel yang cacat. Jika terdapat sel bersegi lima yang terisolasi, maka bidang akan mengkerut menjadi berbentuk [[kerucut]] penyisipan 12 segi lima akan membentuk fulerena. Demikian pula, penyisipan sel segi tujuh yang terisolasi menyebabkan lembaran menjadi berbentuk pelana. Penambahan yang terkontrol dari segi lima dan segi tujuh memungkinkan terbentuknya berbagai bentuk komplek, misalnya ''carbon nanobud''. Tabung nano karbon berdinding tunggal dapat dianggap sebagai [[silinder]] grafena yang sebagian kecil memiliki tutup berbentuk setengah bola (yang melibatkan 6 [[segi lima]]) di setiap ujungnya.


== Sintesis Grafena ==
== Grafena Sintesis (Graphene Synthesis) ==
Telah diperhitungkan bahwa fragmen-fragmen kecil lembaran grafena dihasilkan (bersamaan dengan serpihan lainnya) ketika [[grafit]] dikikis, misalnya ketika menggambar garis dengan [[pensil]].<ref>"...bits of graphene are undoubtedly present in every pencil mark" —[http://www.sciam.com/article.cfm?id=carbon-wonderland Carbon Wonderland, ''Scientific American'', April 2008 ]</ref> Namun, [[fisikawan]] dari Universitas Manchester dan ''Institute for Microelectronics Technology, Chernogolovka, Russia'' yang pertama kali mengisolasi dan mempelajari grafena (daripada [[hidrokarbon]] aromatik polisiklik) pada tahun 2004. Selain itu pada publikasi dalam jurnal ilmiah ''Science''<ref name="Nov 04">Novoselov, K.S. ''et al''. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. ''Science'' '''306''', 666 (2004) {{DOI|10.1126/science.1102896}}</ref>, mereka juga mendefinisikan grafena sebagai:
Telah diperhitungkan bahwa fragmen-fragmen kecil lembaran grafena dihasilkan (bersamaan dengan serpihan lainnya) ketika [[grafit]] dikikis, misalnya ketika menggambar garis dengan [[pensil]].<ref>"...bits of graphene are undoubtedly present in every pencil mark" —[http://www.sciam.com/article.cfm?id=carbon-wonderland Carbon Wonderland, ''Scientific American'', April 2008 ] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20081122100411/http://www.sciam.com/article.cfm?id=carbon-wonderland |date=2008-11-22 }}</ref> Namun, [[fisikawan]] dari Universitas Manchester dan ''Institute for Microelectronics Technology, Chernogolovka, Russia'' yang pertama kali mengisolasi dan mempelajari grafena (daripada [[hidrokarbon]] aromatik polisiklik) pada tahun 2004. Selain itu pada publikasi dalam jurnal ilmiah ''Science'',<ref name="Nov 04">Novoselov, K.S. ''et al''. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. ''Science'' '''306''', 666 (2004) {{DOI|10.1126/science.1102896}}</ref> mereka juga mendefinisikan grafena sebagai


Grafena adalah nama yang diberikan pada satu lapisan atom karbon yang dipadatkan dalam struktur cincin benzena, dan secara luas digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat banyak bahan berbasis karbon, termasuk grafit, [[fulerena]] besar, nanotube, dll. (Misalnya, Nanotube karbon biasanya dianggap sebagai lembaran graphene digulung menjadi silinder berukuran nanometer (geometri) | silinder). Planar grafena sendiri telah dianggap tidak ada dalam keadaan bebas, menjadi tidak stabil sehubungan dengan pembentukan struktur melengkung seperti jelaga, [[fulerena]], dan nanotube.
<blockquote>Graphene is the name given to a single layer of carbon atoms densely packed into a benzene-ring structure, and is widely used to describe properties of many carbon-based materials, including graphite, large fullerenes, nanotubes, etc. (e.g., carbon nanotubes are usually thought of as graphene sheets rolled up into [[nanometer]]-sized cylinder (geometry)|cylinders). Planar graphene itself has been presumed not to exist in the free state, being unstable with respect to the formation of curved structures such as soot, fullerenes, and nanotubes.</blockquote>


Grafena sampai saat ini merupakan bahan paling mahal di [[Bumi]], dengan sebuah sampel yang dapat diletakkan di potongan rambut manusia memakan biaya lebih dari $1.000 (April 2008).<ref name = "SciAm">"Carbon Wonderland", [http://www.sciam.com/article.cfm?id=carbon-wonderland ''Scientific American'', April 2008]</ref> Harga grafena dapat menurun secara dramatis apabila metode produksi komersial dikembangkan di masa depan.
Grafena sampai saat ini merupakan bahan paling mahal di [[Bumi]], dengan sebuah sampel yang dapat diletakkan di potongan rambut manusia memakan biaya lebih dari $1.000 (Sama dengan Rp.14.061.891) (April 2008).<ref name = "SciAm">"Carbon Wonderland", [http://www.sciam.com/article.cfm?id=carbon-wonderland ''Scientific American'', April 2008] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20081122100411/http://www.sciam.com/article.cfm?id=carbon-wonderland |date=2008-11-22 }}</ref> Harga grafena dapat menurun drastis apabila metode produksi komersial yang akan dikembangkan pada masa depan.


=== Pertumbuhan epitaksial ===
=== Pertumbuhan Epitaksial ===
Metode ini pada prinsipnya menggunakan suatu substrat sebagai bibit pertumbuhan grafena. Hal ini dikenal sebagai pertumbuhan epitaksial. Metode ini mempunyai kelemahan diantaranya tidak menghasilkan lembaran-lembaran grafena dengan ketebalan yang seragam. Selain itu ikatan antara lembaran grafena bagian bawah dengan substrat dapat memengaruhi sifat-sifat lapisan [[karbon]].<ref name = "PhysOrg.com">"A smarter way to grow graphene", [http://www.physorg.com/news129980833.html ''PhysOrg.com'', May 2008]</ref>
Metode ini pada prinsipnya menggunakan suatu substrat sebagai bibit pertumbuhan grafena. Hal ini dikenal sebagai pertumbuhan epitaksial. Metode ini mempunyai kelemahan diantaranya tidak menghasilkan lembaran-lembaran grafena dengan ketebalan yang seragam. Selain itu ikatan antara lembaran grafena bagian bawah dengan substrat dapat memengaruhi sifat-sifat lapisan [[karbon]].<ref name = "PhysOrg.com">"A smarter way to grow graphene", [http://www.physorg.com/news129980833.html ''PhysOrg.com'', May 2008] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120128134607/http://www.physorg.com/news129980833.html |date=2012-01-28 }}</ref>


=== Reduksi Silikon Karbida ===
=== Reduksi Silikon Karbida ===
Sintesis grafena dapat juga dilakukan dengan metode [[reduksi]] [[silikon]] karbida, yaitu dengan cara memanaskan [[silikon]] karbida pada [[temperatur]] tinggi (1100&nbsp;°C) untuk mereduksinya menjadi grafena. Proses ini menghasilkan sampel berukuran kecil yang tidak memungkinkannya digunakan pada teknik fabrikasi kebanyakan aplikasi [[elektronik]].
Grafena sintesis dapat juga dilakukan dengan metode [[reduksi]] [[silikon]] karbida, yaitu dengan cara memanaskan [[silikon]] karbida pada [[temperatur]] tinggi (Sekitar 1100&nbsp;°C) untuk mereduksinya menjadi grafena. Proses ini menghasilkan sampel berukuran kecil yang tidak memungkinkannya digunakan pada teknik fabrikasi kebanyakan aplikasi [[elektronik]].


=== Reduksi Hidrazina ===
=== Reduksi Hidrazina ===
Para peneliti telah mengembangkan suatu metode meletakkan kertas grafena [[oksida]] dalam [[larutan]] hidrazin murni (suatu [[senyawa]] [[kimia]] yang mengandung [[nitrogen]] dan [[hidrogen]]) yang akan mereduksi kertas [[grafit]] [[oksida]] menjadi grafena berlapis tunggal.<ref>"Researchers discover method for mass production of nanomaterial graphene", [http://www.physorg.com/news145544727.html ''PhysOrg.com'', Nov 2008]</ref>
Para peneliti telah mengembangkan suatu metode meletakkan kertas grafena [[oksida]] (Graphene oxide) dalam [[larutan]] hidrazin murni (suatu [[senyawa]] [[kimia]] yang mengandung [[nitrogen]] dan [[hidrogen]]) yang akan mereduksi kertas [[grafit]] [[oksida]] menjadi grafena berlapis tunggal.<ref>"Researchers discover method for mass production of nanomaterial graphene", [http://www.physorg.com/news145544727.html ''PhysOrg.com'', Nov 2008] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090104041549/http://www.physorg.com/news145544727.html |date=2009-01-04 }}</ref>


=== Reduksi etanol ===
=== Reduksi Etanol ===
Publikasi baru-baru ini telah menjelaskan proses sintesis grafena dalam jumlah gram, yaitu dengan mereduksi [[etanol]] oleh [[logam]] [[natrium]], diikuti dengan pirolisis produk etoksida, kemudian mencucinya dengan [[air]] untuk menghilangkan garam-garam [[natrium]].<ref>{{cite journal | doi = 10.1038/nnano.2008.365 | title = Gram-scale production of graphene based on solvothermal synthesis and sonication | year = 2008 | author = Choucair, Mohammad | journal = Nature Nanotechnology}}</ref>
Publikasi baru-baru ini telah menjelaskan proses grafena sintesis dalam jumlah gram, yaitu dengan mereduksi [[etanol]] oleh [[logam]] [[natrium]], diikuti dengan pirolisis produk etoksida, kemudian mencucinya dengan [[air]] untuk menghilangkan garam-garam [[natrium]].<ref>{{cite journal | doi = 10.1038/nnano.2008.365 | title = Gram-scale production of graphene based on solvothermal synthesis and sonication | year = 2008 | author = Choucair, Mohammad | journal = Nature Nanotechnology}}</ref>


== Sifat-sifat grafena ==
== Sifat-sifat Grafena ==
=== Struktur atom ===
=== Struktur Atom ===
Struktur atom grafena berlapis tunggal dikaji dengan menggunakan [[mikroskop elektron transmisi]] (Bahasa Inggris: ''Transmission electron microscope'') dengan lembar grafena disuspensi di antara kisi logam.<ref name="Meyer07"/> Pola=pola difraksi elektron menunjukkan kisi heksagonal grafena, seperti yang diharapkan. Grafena yang tersuspensi juga menunjukkan adanya "riakan" (''rippling'') pada lembaran datar grefena tersebut, dengan amplitudi sekitar satu nanometer. Secara intrinsik, riakan ini diakibatkan oleh ketidakstabilan kristal dua dimensi,<ref name="Carlsson">Carlsson, J. M. Graphene: Buckle or break. ''Nature Materials'', '''6'''(11), 801-802 (2007) </ref><ref name="Fasolino">Fasolino, A., Los, J. H., & Katsnelson, M. I. Intrinsic ripples in graphene. ''Nature Materials'', '''6'''(11), 858-861 (2007)</ref><ref name="RiseGraphene"/> ataupun secara ekstrinsik berasal dari kotoran yang terlihat pada gambar TEM grafena. Gambar beresolusi atom dalam ruang nyata dari grafena berlapis tunggal pada substrat silikon dioksida didapatkan<ref name="Ishigami07">{{cite journal
Struktur atom grafena dapat dikaji dengan menggunakan [[mikroskop elektron transmisi]] (Bahasa Inggris: ''Transmission electron microscope'') dengan lembar grafena disuspensi di antara kisi logam.<ref name="Meyer07"/> Pola-pola difraksi elektron menunjukkan kisi heksagonal grafena, seperti yang diharapkan, Grafena yang tersuspensi juga menunjukkan adanya "riakan" (''rippling'') pada lembaran datar grefena tersebut, dengan amplitudo sekitar satu nanometer. Secara intrinsik, riakan ini diakibatkan oleh ketidakstabilan kristal dua dimensi,<ref name="Carlsson">Carlsson, J. M. Graphene: Buckle or break. ''Nature Materials'', '''6'''(11), 801-802 (2007)</ref><ref name="Fasolino">Fasolino, A., Los, J. H., & Katsnelson, M. I. Intrinsic ripples in graphene. ''Nature Materials'', '''6'''(11), 858-861 (2007)</ref><ref name="RiseGraphene"/> ataupun secara ekstrinsik berasal dari kotoran yang terlihat pada gambar TEM grafena. Gambar beresolusi atom dalam ruang nyata dari grafena berlapis tunggal pada substrat silikon dioksida didapatkan<ref name="Ishigami07">{{cite journal
| last = Ishigami
| last = Ishigami
| first = Masa
| first = Masa
Baris 58: Baris 57:
| journal = Proceedings of the Natioanl Academy of Sciences
| journal = Proceedings of the Natioanl Academy of Sciences
| doi = 10.1073/pnas.0703337104
| doi = 10.1073/pnas.0703337104
| pmid = 17517635
| pmid = 17517635
| access-date = 2009-01-05
| archive-date = 2023-08-08
| archive-url = https://web.archive.org/web/20230808055514/https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.0703337104
| dead-url = no
}}</ref> dengan menggunakan [[mikroskop penerowongan payaran]] (''scanning tunneling microscope''). Grafena yang diproses menggunakan teknik litografi diselimuti oleh residu fotoresistor, yang harus dibersihkan untuk mendapatkan gambar beresolusi atomik.<ref name="Ishigami07"/> Residu tersebut kemungkinan merupakan "[[adsorbat]]" yang terpantau pada gambar TEM, dan dapat menjelaskan riakan yang terpantau pada grafena. Riakan grafena pada permukaan silikon dioksida ditentukan oleh konformasil grafena terhadap silikon dioksida, dan bukan merupakan efek intrinsik.<ref name="Ishigami07"/>
}}</ref> dengan menggunakan [[mikroskop penerowongan payaran]] (''scanning tunneling microscope''). Grafena yang diproses menggunakan teknik litografi diselimuti oleh residu fotoresistor, yang harus dibersihkan untuk mendapatkan gambar beresolusi atomik.<ref name="Ishigami07"/> Residu tersebut kemungkinan merupakan "[[adsorbat]]" yang terpantau pada gambar TEM, dan dapat menjelaskan riakan yang terpantau pada grafena. Riakan grafena pada permukaan silikon dioksida ditentukan oleh konformasil grafena terhadap silikon dioksida, dan bukan merupakan efek intrinsik.<ref name="Ishigami07"/>


=== Sifat Elektronik ===
=== Sifat Elektronik ===
Grafena sangat berbeda dari kebanyakan bahan tiga dimensi konvensional. Secara intrinsik, grafena merupakan semilogam atau [[semikonduktor]] bersela energi nol. Hubungan E-k grafena adalah linear untuk [[energi]] rendah yang berada dekat dengan enam sudut zona Brilloiun heksagonal dua dimensi, mengakibatkan [[massa]] efektif [[elektron]] dan lubang heksagonalnya nol. <ref name="E-Phonon"> J.-C. Charlier, P.C. Eklund, J. Zhu, and A.C. Ferrari, “Electron and Phonon Properties of Graphene: Their Relationship with Carbon Nanotubes,” from Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications, Ed. By A. Jorio, G. Dresselhaus, and M.S. Dresselhaus, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, 2008 </ref> Oleh karena hubungan "dispersi" relatif linear ini pada energi rendah, elektron dan lubang yang dekat enam titik ini memiliki sifat-sifat partikel [[teori relativitas|relativistik]] yang dijelaskan oleh persamaan Dirac untuk partikel dengan [[spin]] 1 / 2. <ref name="Carbon-basedElectronics">Avouris, P., Chen, Z., and Perebeinos, V. Carbon-based electronics. ''Nature Nano''. '''2''' 605-613 (2007)</ref> Oleh karena itu, [[elektron]] dan lubang heksagonalnya disebut [[fermion]] Dirac, dan enam sudut dari zona Brillouin disebut titik Dirac.<ref name="E-Phonon"> J.-C. Charlier, P.C. Eklund, J. Zhu, and A.C. Ferrari, “Electron and Phonon Properties of Graphene: Their Relationship with Carbon Nanotubes,” from Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications, Ed. By A. Jorio, G. Dresselhaus, and M.S. Dresselhaus, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, 2008 </ref> Persamaan yang menjelaskan hubungan E-k adalah <math>E = \hbar v_F\sqrt{k_x^2+k_y^2}</math>; dimana <math>v_f</math> adalah [[kecepatan Fermi]] yang nilainya sekitar <math>10^6 \mathrm{m}/\mathrm{s}</math> <ref name="Carbon-basedElectronics">Avouris, P., Chen, Z., and Perebeinos, V. Carbon-based electronics. ''Nature Nano''. '''2''' 605-613 (2007)</ref>
Grafena sangat berbeda dari kebanyakan bahan tiga dimensi konvensional. Secara intrinsik, grafena merupakan semilogam atau [[semikonduktor]] bersela energi nol. Hubungan E-k grafena adalah linear untuk [[energi]] rendah yang berada dekat dengan enam sudut zona Brilloiun heksagonal dua dimensi, mengakibatkan [[massa]] efektif [[elektron]] dan lubang heksagonalnya nol.<ref name="E-Phonon">J.-C. Charlier, P.C. Eklund, J. Zhu, and A.C. Ferrari, “Electron and Phonon Properties of Graphene: Their Relationship with Carbon Nanotubes,” from Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications, Ed. By A. Jorio, G. Dresselhaus, and M.S. Dresselhaus, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, 2008</ref> Oleh karena hubungan "dispersi" relatif linear ini pada energi rendah, elektron dan lubang yang dekat enam titik ini memiliki sifat-sifat partikel [[teori relativitas|relativistik]] yang dijelaskan oleh persamaan Dirac untuk partikel dengan [[spin]] 1 / 2.<ref name="Carbon-basedElectronics">Avouris, P., Chen, Z., and Perebeinos, V. Carbon-based electronics. ''Nature Nano''. '''2''' 605-613 (2007)</ref> Oleh karena itu, [[elektron]] dan lubang heksagonalnya disebut [[fermion]] Dirac, dan enam sudut dari zona Brillouin disebut titik Dirac.<ref name="E-Phonon"/> Persamaan yang menjelaskan hubungan E-k adalah <math>E = \hbar v_F\sqrt{k_x^2+k_y^2}</math>; di mana <math>v_f</math> adalah [[kecepatan Fermi]] yang nilainya sekitar <math>10^6 \mathrm{m}/\mathrm{s}</math><ref name="Carbon-basedElectronics"/>


=== Sifat optik ===
=== Sifat Optik ===
[[Berkas:graphene visible.jpg|left|300px|thumb|Foto grafena pada cahaya terpancara. Kristal setebal satu atom ini dapat dilihat dengan mata telanjang karena ia menyerap kiar-kira 2,3% cahaya putih, yang merupakan ''π'' kali [[tetapan struktur halus]].]]
[[Berkas:graphene visible.jpg|kiri|300px|jmpl|Foto grafena pada cahaya yang terpancar. Kristal setebal satu atom ini dapat dilihat dengan mata telanjang karena ia menyerap kira-kira 2,3% cahaya putih, yang merupakan ''π'' kali [[tetapan struktur halus]].]]


Sifat-sifat [[elektronik]] grafena yang unik menyebabkannya memiliki opasitas yang tinggi untuk sebuah bahan ekalapis atomik. Ia menyerap ''πα'' ≈ 2,3% [[cahaya]] putih, dengan ''α'' adalah [[tetapan struktur halus]]. <ref>{{Citation |title=Universal infrared conductance of graphite |first1=A. B. |last1=Kuzmenko |first2=E. |last2=van Heumen |first3=F. |last3=Carbone |first4=D. |last4=van der Marel |journal=Phys. Rev. Lett. | volume=100 |pages=117401(2008) |doi=10.1103/PhysRevLett.100.117401 |year=2008}}</ref><ref>{{Citation |title=Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene |first1=R. R. |last1=Nair |first2=P. |last2=Blake |first3=A. N. |last3=Grigorenko |first4=K. S. |last4=Novoselov |first5=T. J. |last5=Booth |first6=T. |last6=Stauber |first7=N. M. R. |last7=Peres |first8=A. K. |last8=Geim |journal=[[Science (journal)|Science]] |date=2008-004-03 |doi=10.1126/science.1156965 |volume=320 |pages=1308 |pmid=18388259}}</ref>. Hal ini telah dikonfirmasikan secara eksperimen, tetapi pengukurannya tidak cukup akurat untuk mengijinkan kemajuan yang berarti pada teknik penentuan tetapan struktur halus lainnya.<ref>{{Citation |title=Graphene Gazing Gives Glimpse Of Foundations Of Universe |url=http://www.sciencedaily.com/releases/2008/04/080403140918.htm |journal=ScienceDaily |date=2008-04-04 |accessdate=2008-04-06}}</ref>
Sifat-sifat [[elektronik]] grafena yang unik menyebabkannya memiliki opasitas yang tinggi untuk sebuah bahan ekalapis atomik. Ia menyerap ''πα'' ≈ 2,3% [[cahaya]] putih, dengan ''α'' adalah [[tetapan struktur halus]].<ref>{{Citation |title=Universal infrared conductance of graphite |first1=A. B. |last1=Kuzmenko |first2=E. |last2=van Heumen |first3=F. |last3=Carbone |first4=D. |last4=van der Marel |journal=Phys. Rev. Lett. | volume=100 |pages=117401(2008) |doi=10.1103/PhysRevLett.100.117401 |year=2008}}</ref><ref>{{Citation |title=Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene |first1=R. R. |last1=Nair |first2=P. |last2=Blake |first3=A. N. |last3=Grigorenko |first4=K. S. |last4=Novoselov |first5=T. J. |last5=Booth |first6=T. |last6=Stauber |first7=N. M. R. |last7=Peres |first8=A. K. |last8=Geim |journal=[[Science (journal)|Science]] |date=2008-004-03 |doi=10.1126/science.1156965 |volume=320 |pages=1308 |pmid=18388259}}</ref> Hal ini telah dikonfirmasikan secara eksperimen, tetapi pengukurannya tidak cukup akurat untuk mengizinkan kemajuan yang berarti pada teknik penentuan tetapan struktur halus lainnya.<ref>{{Citation |title=Graphene Gazing Gives Glimpse Of Foundations Of Universe |url=http://www.sciencedaily.com/releases/2008/04/080403140918.htm |journal=ScienceDaily |date=2008-04-04 |accessdate=2008-04-06 |archive-date=2008-04-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080406140754/http://www.sciencedaily.com/releases/2008/04/080403140918.htm |dead-url=no }}</ref>


=== Sifat Mekanik ===
=== Sifat Mekanik ===
Grafena merupakan bahan yang paling kuat yang diketahui oleh manusia menurut penelitian yang dikeluarkan oleh [[Universitas Columbia]] pada Augustus 2008. Namun, proses pemisahan grafena dari [[grafit]] masih memerlukan pengembangan teknologi lainnya sebelum ia cukup ekonomis untuk digunakan pada proses industri.<ref name="nypost"> [http://www.nypost.com/seven/08252008/news/regionalnews/toughest_stuff__known_to_man_125993.htm TOUGHEST STUFF KNOWN TO MAN: DISCOVERY OPENS DOOR TO SPACE ELEVATOR], By BILL SANDERSON, nypost.com, August 25, 2008 .</ref>
Grafena merupakan bahan yang paling kuat yang diketahui oleh manusia menurut penelitian yang dikeluarkan oleh [[Universitas Columbia]] pada Agustus 2008. Namun, proses pemisahan grafena dari [[grafit]] masih memerlukan pengembangan teknologi lainnya sebelum ia cukup ekonomis untuk digunakan pada proses industri.<ref name="nypost">[http://www.nypost.com/seven/08252008/news/regionalnews/toughest_stuff__known_to_man_125993.htm TOUGHEST STUFF KNOWN TO MAN: DISCOVERY OPENS DOOR TO SPACE ELEVATOR] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080906171324/http://www.nypost.com/seven/08252008/news/regionalnews/toughest_stuff__known_to_man_125993.htm |date=2008-09-06 }}, By BILL SANDERSON, nypost.com, August 25, 2008 .</ref>


Dengan menggunakan [[mikroskop gaya atom]], penelitian terkini tentang grafena telah dapat mengukur [[tetapan pegas]] lembaran-lembaran grafena yang disuspensi. Lembaran grafena yang diikat oleh [[gaya van der Waals]] disuspensi pada rongga-rongga [[silikon dioksida]] dimana digunakan AFM untuk menguji sifat mekanik dari grafena. [[Tetapan pegas]] yang terukur berkisar antara 1-5 N/m dengan [[Modulus Young]] sebesar 0,5 TPa, berbeda dari grafit yang meruah. Nilai-nilai yang tinggi ini, membuat grafena sangat kuat dan kaku. Sifat inilah yang memungkinkan grafena dimanfaatkan untuk aplikasi [[NEMS]], seperti sensor tekanan, dan resonator.<ref>Frank, I. W., Tanenbaum, D. M., Van Der Zande, A.M., and McEuen, P. L. Mechanical properties of suspended graphene sheets. ''J. Vac. Sci. Technol. B'' '''25''', 2558-2561 (2007)</ref>
Dengan menggunakan [[mikroskop gaya atom]], penelitian terkini tentang grafena telah dapat mengukur [[tetapan pegas]] lembaran-lembaran grafena yang disuspensi. Lembaran grafena yang diikat oleh [[gaya van der Waals]] disuspensi pada rongga-rongga [[silikon dioksida]] di mana digunakan AFM untuk menguji sifat mekanik dari grafena. [[Tetapan pegas]] yang terukur berkisar antara 1-5 N/m dengan [[Modulus Young]] sebesar 0,5 TPa, berbeda dari grafit yang meruah. Nilai-nilai yang tinggi ini, membuat grafena sangat kuat dan kaku. Sifat inilah yang memungkinkan grafena dimanfaatkan untuk aplikasi [[NEMS]], seperti sensor tekanan, dan resonator.<ref>Frank, I. W., Tanenbaum, D. M., Van Der Zande, A.M., and McEuen, P. L. Mechanical properties of suspended graphene sheets. ''J. Vac. Sci. Technol. B'' '''25''', 2558-2561 (2007)</ref>


Sebagaimana dengan bahan material lainnya, daerah-daerah tertentu pada grafena mengalami fluktuasi kuantum dan termal pada pergeseran relatifnya. Walaupun amplitudo fluktuasi ini terbatas pada struktur 3D-nya (bahkan untuk ukuran tak terhingga), [[teorema Mermin-Wagner]] menunjukkan bahwa amplitudo fulktuasi berpanjang gelombang panjang akan meningkat secara logaritmik terhadap struktur 2D-nya, sehingga ia akan menjadi tidak terbatas pada struktur yang berukuran tak terhingga. Deformasi tempatan dan regangan elastik dipengaruhi oleh divergensi yang berkisaran panjang pada pergeseran relatif ini. Dipercayai bahwa dengan struktur 2D yang cukup besar, ia akan melentuk dan mengusut membentuk struktur 3D yang berfluktuasi jika tidak terdapat tegangan lateral yang diberikan. Para peneliti telah memantau riakan pada lapisan-lapisan grafena yang disuspensi,<ref name="Meyer07"/> dan diajukan bahwa riakan-riakan ini diakibatkan oleh fluktuasi termal pada bahan. Oleh karena deformasi dinamis ini, terdapat perdebatan apakah grafena benar-benar berstruktur 2D.<ref name="Carlsson"/><ref name="Fasolino"/><ref name="RiseGraphene"/>
Sebagaimana dengan bahan material lainnya, daerah-daerah tertentu pada grafena mengalami fluktuasi kuantum dan termal pada pergeseran relatifnya. Walaupun amplitudo fluktuasi ini terbatas pada struktur 3D-nya (bahkan untuk ukuran tak terhingga), [[teorema Mermin-Wagner]] menunjukkan bahwa amplitudo fulktuasi berpanjang gelombang panjang akan meningkat secara logaritmik terhadap struktur 2D-nya, sehingga ia akan menjadi tidak terbatas pada struktur yang berukuran tak terhingga. Deformasi tempatan dan regangan elastik dipengaruhi oleh divergensi yang berkisaran panjang pada pergeseran relatif ini. Dipercayai bahwa dengan struktur 2D yang cukup besar, ia akan melentuk dan mengusut membentuk struktur 3D yang berfluktuasi jika tidak terdapat tegangan lateral yang diberikan. Para peneliti telah memantau riakan pada lapisan-lapisan grafena yang disuspensi,<ref name="Meyer07"/> dan diajukan bahwa riakan-riakan ini diakibatkan oleh fluktuasi termal pada bahan. Oleh karena deformasi dinamis ini, terdapat perdebatan apakah grafena benar-benar berstruktur 2D.<ref name="Carlsson"/><ref name="Fasolino"/><ref name="RiseGraphene"/>


=== Transport spin pada grafena ===
=== Transport Spin Pada Grafena ===
Grafena dianggap sebagai bahan yang ideal untuk spintronik oleh karena [[interaksi]] orbit-[[spin]] yang kecil dan hampir tidak adanya momen magnet inti dalam [[karbon]]. Injeksi [[spin]]-arus [[listrik]] dan deteksi pada grafena telah didemonstrasikan pada suhu kamar.<ref name="Tombros">
Grafena dianggap sebagai bahan yang ideal untuk spintronik oleh karena [[interaksi]] orbit-[[spin]] yang kecil dan hampir tidak adanya momen magnet inti dalam [[karbon]]. Injeksi [[spin]]-arus [[listrik]] dan deteksi pada grafena telah didemonstrasikan pada suhu kamar.<ref name="Tombros">
{{cite journal
{{cite journal
Baris 113: Baris 116:
| journal = Jpn. J. Appl. Phys.
| journal = Jpn. J. Appl. Phys.
| doi = 10.1143/JJAP.46.L605
| doi = 10.1143/JJAP.46.L605
}}</ref> Koherensi spin yang lebih besar daripada satu telah terpantau pada suhu kamar<ref name="Tombros"/> dan kontrol polaritas arus [[spin]] yang melewati gerbang [[listrik]] telah diamati pada [[temperatur]] rendah. <ref name="ChoSpin">
}}</ref> Koherensi spin yang lebih besar daripada satu telah terpantau pada suhu kamar<ref name="Tombros"/> dan kontrol polaritas arus [[spin]] yang melewati gerbang [[listrik]] telah diamati pada [[temperatur]] rendah.<ref name="ChoSpin"/>
{{cite journal
| last = Cho
| first = Sungjae
| coauthors = Yung-Fu Chen, and Michael S. Fuhrer
| date = [[19 September]] [[2007]]
| volume = 91
| issue =
| pages = 123105
| title = Gate-tunable Graphene Spin Valve
| journal = Applied Physics Letters
| doi = 10.1063/1.2784934
}}</ref>


=== Efek Magnetik ===
=== Efek Magnetik ===


Selain mobilitasnya yang tinggi dan Konduktivitas yang minimum, grafena menunjukkan perilaku sangat menarik dalam suatu medan magnetik. Grafena menunjukkan ketidak normalan efek kuantum Hall dengan urutan dialihkan oleh <math>1/2</math>. Dengan demikian, konduktivitas Hall adalah <math>\sigma_{xy} = \pm {4\left(N + 1/2 \right )e^2}/h </math>, dimana <math>N</math> adalah index level rendah dan dengan menurunkan spin ganda akan dihasilkan faktor <math>4 </math> , ini dapat diukur pada [[temperatur]] kamar.<ref name="Stolyarova">{{cite journal
Selain mobilitasnya yang tinggi dan Konduktivitas yang minimum, grafena menunjukkan perilaku sangat menarik dalam suatu medan magnetik. Grafena menunjukkan ketidak normalan efek kuantum Hall dengan urutan dialihkan oleh <math>1/2</math>. Dengan demikian, konduktivitas Hall adalah <math>\sigma_{xy} = \pm {4\left(N + 1/2 \right )e^2}/h </math>, di mana <math>N</math> adalah index level rendah dan dengan menurunkan spin ganda akan dihasilkan faktor <math>4 </math>, ini dapat diukur pada [[temperatur]] kamar.<ref name="Stolyarova"/> Grafena dua lapis juga menunjukkan efek kuantum Hall, tetapi dengan urutan standar di mana <math>\sigma_{xy} = \pm {4Ne^2}/h </math>. Menariknya, level yang tinggi pertama <math>N=0</math> adalah tidak ada, yang mengindikasikan bahwa graphene bilayer tetap pada keadaan [[logam]] dan terdapat pada titik netral.<ref name="2dgasDiracFermions">Novoselov, K. S. ''et al.'' Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. ''Nature'' '''438''', 197-200 (2005)</ref>
| last = Stolyarova
| first = Elena
| coauthors = et al.
| date = [[21 May]] [[2007]]
| volume = 104
| issue =
| pages = 9209–9212
| url = http://www.pnas.org/cgi/reprint/104/22/9209?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=stolyarova&searchid=1&FIRSTINDEX=0&resourcetype=HWCIT
| title = High-resolution scanning tunneling microscopy imaging of mesoscopic graphene sheets on an insulating surface
| journal = Proceedings of the Natioanl Academy of Sciences
| doi = 10.1073/pnas.0703337104
| pmid = 17517635
}}</ref> Grafena dua lapis juga menunjukkan efek kuantum Hall, tetapi dengan urutan standar dimana <math>\sigma_{xy} = \pm {4Ne^2}/h </math>. Menariknya, level yang tinggi pertama <math>N=0</math> adalah tidak ada, yang mengindikasikan bahwa graphene bilayer tetap pada keadaan [[logam]] dan terdapat pada titik netral.<ref name="2dgasDiracFermions">Novoselov, K. S. ''et al.'' Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. ''Nature'' '''438''', 197-200 (2005)</ref>


=== Transport elektron pada grafena ===
=== Transport Elektron Pada Grafena ===


Tiap atom karbon dalam grafena mempunyai satu orbital s dan tiga orbital p. Satu orbital s dan dua orbital p digunakan untuk membentuk ikatan kovalen yang kuat dan tidak berkontribusi dalam [[konduktivitas]] sedangkan satu elektron bebas yang berada pada subkulit p membentuk orbital phi yang tegak lurus dengan lembaran grafena yang akhirnya akan menentukan sifat-sifat elektrik dari grafena. Elektron-elektron ini seperti tidak memiliki [[massa]], seperti partikel-partikel tanpa massa yang digambarkan dalam teori [[relativitas]],''e=mc<sup>2</sup>''. Hasil percobaan dari pengukuran transpor elektron menunjukkan bahwa grafena memiliki mobilitas elektron yang tinggi pada suhu ruang dengan nilai lebih dari 15.000''cm<sup>2</sup>'' ''V<sup>-1</sup>'' ''s<sup>-1</sup>''.<ref name="Stolyarova">{{cite journal
Tiap atom karbon dalam grafena mempunyai satu orbital s dan tiga orbital p. Satu orbital s dan dua orbital p digunakan untuk membentuk ikatan kovalen yang kuat dan tidak berkontribusi dalam [[konduktivitas]] sedangkan satu elektron bebas yang berada pada subkulit p membentuk orbital phi yang tegak lurus dengan lembaran grafena yang akhirnya akan menentukan sifat-sifat elektrik dari grafena. Elektron-elektron ini seperti tidak memiliki [[massa]], seperti partikel-partikel tanpa massa yang digambarkan dalam teori [[relativitas]],''e=mc<sup>2</sup>''. Hasil percobaan dari pengukuran transpor elektron menunjukkan bahwa grafena memiliki mobilitas elektron yang tinggi pada suhu ruang dengan nilai lebih dari 15.000''cm<sup>2</sup>'' ''V<sup>-1</sup>'' ''s<sup>-1</sup>''.<ref name="Stolyarova"/>
| last = Stolyarova
| first = Elena
| coauthors = et al.
| date = [[21 May]] [[2007]]
| volume = 104
| issue =
| pages = 9209–9212
| url = http://www.pnas.org/cgi/reprint/104/22/9209?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&fulltext=stolyarova&searchid=1&FIRSTINDEX=0&resourcetype=HWCIT
| title = High-resolution scanning tunneling microscopy imaging of mesoscopic graphene sheets on an insulating surface
| journal = Proceedings of the Natioanl Academy of Sciences
| doi = 10.1073/pnas.0703337104
| pmid = 17517635
}}</ref>


=== Oksida Grafena ===
=== Grafena Oksida ===


Dengan mengoksidasi secara [[kimiawi]] grafena dan kemudian merendamnya di [[air]], lapisan-lapisan grafena akan membentuk lembaran single dengan ikatan yang sangat kuat. Lembaran-lembaran ini disebut ''Graphene Oxida Paper'' dengan keteraturan ''tensile modulus'' sebesar 32 GPa.<ref>[http://ttp.northwestern.edu/abstracts/viewabs.php?id=316&cat=83 Graphene Oxide Paper, Technology Transfer Program, Northwestern University<!-- Bot generated title -->]</ref>
Dengan mengoksidasi secara [[kimiawi]] grafena dan kemudian merendamnya di [[air]], lapisan-lapisan grafena akan membentuk lembaran single dengan ikatan yang sangat kuat. Lembaran-lembaran ini disebut ''Graphene Oxida Paper'' dengan keteraturan ''tensile modulus'' sebesar 32 GPa.<ref>{{Cite web |url=http://ttp.northwestern.edu/abstracts/viewabs.php?id=316&cat=83 |title=Graphene Oxide Paper, Technology Transfer Program, Northwestern University<!-- Bot generated title --> |access-date=2009-01-04 |archive-date=2007-06-19 |archive-url=https://archive.today/20070619021019/http://ttp.northwestern.edu/abstracts/viewabs.php?id=316&cat=83 |dead-url=yes }}</ref>


=== Modifikasi Kimia ===
=== Modifikasi Kimia ===


[[Larutan]] fragmen-fragmen dari grafena dapat dipreparasi di [[laboratorium]] melalui modifikasi [[kimia]] dari [[grafit]]<ref>Sandip Niyogi, Elena Bekyarova, Mikhail E. Itkis, Jared L. McWilliams, Mark A. Hamon, and Robert C. Haddon . Solution Properties of Graphite and Graphene. ''[[J. Am. Chem. Soc.]]'' '''128'''(24) pp. 7720–7721 (2006); (Communication) {{DOI|10.1021/ja060680r}}</ref>. Pertama, mikrokristalin [[grafit]] diperlakukan dengan campuran [[asam]] kuat, yaitu [[asam sulfat]] dan [[asam nitrat]]. Serangkaian tahap-tahap meliputi [[oksidasi]], hasil pengelupasannya berupa plat kecil dari grafena dengan gugus [[karboksil]] pada bagian tepinya. Kemudian, berubah menjadi gugus [[asam klorida]] dengan penambahan [[tionyl klorida]], kemudian dikonversi menjadi grafena [[amida]] yang sesuai dengan cara mentreatment dengan oktadecylamine. Ahirnya menghasilkan meterial berupa lembaran grafena berbentuk lingkaran dengan ketebalan 5,3 [[Angstrom]] yang larut dalam [[tetrahidrofuran]], [[tetraklorometana]], dan dikloroetana.
[[Larutan]] fragmen-fragmen dari grafena dapat dipreparasi di [[laboratorium]] melalui modifikasi [[kimia]] dari [[grafit]].<ref>Sandip Niyogi, Elena Bekyarova, Mikhail E. Itkis, Jared L. McWilliams, Mark A. Hamon, and Robert C. Haddon . Solution Properties of Graphite and Graphene. ''[[J. Am. Chem. Soc.]]'' '''128'''(24) pp. 7720–7721 (2006); (Communication) {{DOI|10.1021/ja060680r}}</ref> Pertama, mikrokristalin [[grafit]] diperlakukan dengan campuran [[asam]] kuat, yaitu [[asam sulfat]] dan [[asam nitrat]]. Serangkaian tahap-tahap meliputi [[oksidasi]], hasil pengelupasannya berupa plat kecil dari grafena dengan gugus [[karboksil]] pada bagian tepinya. Kemudian, berubah menjadi gugus [[asam klorida]] dengan penambahan [[tionyl klorida]], kemudian dikonversi menjadi grafena [[amida]] yang sesuai dengan cara mentreatment dengan oktadecylamine. Ahirnya menghasilkan meterial berupa lembaran grafena berbentuk lingkaran dengan ketebalan 5,3 [[Angstrom]] yang larut dalam [[tetrahidrofuran]], [[tetraklorometana]], dan dikloroetana.


== Aplikasi ==
== Aplikasi ==
Baris 173: Baris 138:
=== Pendeteksi molekul gas tunggal ===
=== Pendeteksi molekul gas tunggal ===


Grafena dapat digunakan sebagai sensor yang sangat baik untuk menentukan struktur 2D dimana keseluruhan isi grafena memiliki permukaan yang besar, membuat grafena sangat efisien untuk mendeteksi [[molekul]] yang diadsorpsi.Lokasi dari adsorpsi mengalami perubahan dalam tahanan [[listrik]]. Saat efek ini terjadi dalam material lain, grafena memiliki keunggulan karena mempunyai [[konduktivitas]] listrik yang tinggi dan rendahnya gangguan, yang membuat grafena ini tidak mengalami perubahan dalam mendeteksi.<ref name="ChemDoping">Schedin, F. ''et al''. Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene. ''Nature Mater''. '''6''', 652-655 (2007)</ref>
Grafena dapat digunakan sebagai sensor yang sangat baik untuk menentukan struktur 2Dimensi di mana keseluruhan isi grafena memiliki permukaan yang besar, membuat grafena sangat efisien untuk mendeteksi [[molekul]] yang diadsorpsi.Lokasi dari adsorpsi mengalami perubahan dalam tahanan [[listrik]]. Saat efek ini terjadi dalam material lain, grafena memiliki keunggulan karena mempunyai [[konduktivitas]] listrik yang tinggi dan rendahnya gangguan, yang membuat grafena ini tidak mengalami perubahan dalam mendeteksi.<ref name="ChemDoping">Schedin, F. ''et al''. Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene. ''Nature Mater''. '''6''', 652-655 (2007)</ref>


=== Ultrakapasitor ===
=== Ultrakapasitor ===


Menurut Prof.Rod Ruoff grafin memiliki luas permukaan 2630 ''M<sup>2</sup>''/gram dapat membentuk lapisan-lapisan dan menghasilkan ruang-ruang yang dapat menyimpan energi sehingga bisa digunakan sebagai [[ultrakapasitor]]. Ultrakapasitor dari grafena ini mempunyai [[rapat massa]] yang tinggi dibandingkan dengan kapasitor-kapasitor dielektrik konvensional. Selain itu ultrakapasitor dari grafena memiliki range yang besar dalam menangkap energi dan menyimpan energi tersebut sehingga dapat pula dijadikan sebagai [[sumber daya primer]] bila dikombinasikan dengan aki atau sel bahan bakar.
Menurut Prof.Rod Ruoff, grafena memiliki luas permukaan 2630 ''M<sup>2</sup>''/gram dapat membentuk lapisan-lapisan dan menghasilkan ruang-ruang yang dapat menyimpan energi sehingga bisa digunakan sebagai [[ultrakapasitor]]. Ultrakapasitor dari grafena ini mempunyai [[rapat massa]] yang tinggi dibandingkan dengan kapasitor-kapasitor dielektrik konvensional. Selain itu ultrakapasitor dari grafena memiliki range yang besar dalam menangkap energi dan menyimpan energi tersebut sehingga dapat pula dijadikan sebagai [[sumber daya primer]] bila dikombinasikan dengan aki atau sel bahan bakar.
Ultrakapasitor dari grafena dapat menangkap kembali energi yang terbuang dengan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial sehingga akan mengurangi [[kalor]] yang terbuang. [[Industri]] dapat mengurangi energi yang terbuang dengan memasang ultrakapasitor dalam mesin-mesin produksi dan dapat pula diterapkan pada bus,truk dan kereta api.<ref name="Stoller">
Ultrakapasitor dari grafena dapat menangkap kembali energi yang terbuang dengan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial sehingga akan mengurangi [[kalor]] yang terbuang. [[Industri]] dapat mengurangi energi yang terbuang dengan memasang ultrakapasitor dalam mesin-mesin produksi dan dapat pula diterapkan pada bus,truk dan kereta api.<ref name="Stoller">{{cite journal
{{cite journal
| last = Stoller
| last = Stoller
| first = Meryl D.
| first = Meryl D.
Baris 185: Baris 149:
| date = [[22 August]] [[2008]]
| date = [[22 August]] [[2008]]
| url = http://bucky-central.me.utexas.edu/RuoffsPDFs/179.pdf
| url = http://bucky-central.me.utexas.edu/RuoffsPDFs/179.pdf
|format=PDF| title = Graphene-Based Ultracapacitors
| format = PDF
| title = Graphene-Based Ultracapacitors
| journal =
| journal =
| access-date = 2009-01-05
}}</ref>.
| archive-date = 2013-03-20
| archive-url = https://web.archive.org/web/20130320001240/http://bucky-central.me.utexas.edu/RuoffsPDFs/179.pdf
| dead-url = yes
}}</ref>


=== Graphene Nanoribbons ===
=== Nanoribon Grafena ===


Graphene Nanoribbons (GNRs) adalah lapisan tunggal yang esensial dari grafena yang dipotong dengan pola tertentu untuk menghasilkan sifat-sifat [[listrik]] tergantung dari tepi lembaran tersebut, dapat berbentuk Z atau ''armchair''. Berdasarkan perhitungan prediksi ''tigh binding'' bahwa GNR yang [[zigzag]] bersifat [[logam]], sedangkan ''armchair'' dapat bersifat [[logam]] ataupun semilogam tergantung lebarnya. GNR dapat mempunyai sifat logam hingga [[semikonduktor]] tergantung chiralitynya. GNR bertepi [[zigzag]] bersifat logam dengan bentuk khas pada kedua sisinya tanpa memperhatikan lebarnya. Sementara GNR bertepi ''armchair'' dapat bersifat logam ataupun [[semikonduktor]] tergantung pada lebar NA. GNR ''armchair'' akan bersifat [[logam]] jika NA = 3k + 2 ( k adalah [[bilangan]] bulat ) dan jika tidak maka bersifat [[semikonduktor]]. Akhir-akhir ini bermacam-macam ''junction'' seperti bentuk L, bentuk T dan bentuk Z di dasarkan pada dua jenis GNR yang telah diusulkan tersebut. Walaupun ''junction-junction'' ini memiliki bentuk [[geometri]] yang sama dengan junction Quasi satu [[dimensi]] yang lain, keadaan elektronnya sangat berbeda dari ''junction'' yang lain karena pada GNR elektron-elektronnya mempunyai sifat yang khas.
Graphene Nanoribbons (GNRs) adalah lapisan tunggal yang esensial dari grafena yang dipotong dengan pola tertentu untuk menghasilkan sifat-sifat [[listrik]] tergantung dari tepi lembaran tersebut, dapat berbentuk Z atau ''armchair''. Berdasarkan perhitungan prediksi ''tigh binding'' bahwa GNR yang [[zigzag]] bersifat [[logam]], sedangkan ''armchair'' dapat bersifat [[logam]] ataupun semilogam tergantung lebarnya. GNR dapat mempunyai sifat logam hingga [[semikonduktor]] tergantung chiralitynya. GNR bertepi [[zigzag]] bersifat logam dengan bentuk khas pada kedua sisinya tanpa memperhatikan lebarnya. Sementara GNR bertepi ''armchair'' dapat bersifat logam ataupun [[semikonduktor]] tergantung pada lebar NA. GNR ''armchair'' akan bersifat [[logam]] jika NA = 3k + 2 ( k adalah [[bilangan]] bulat ) dan jika tidak maka bersifat [[semikonduktor]]. Akhir-akhir ini bermacam-macam ''junction'' seperti bentuk L, bentuk T dan bentuk Z di dasarkan pada dua jenis GNR yang telah diusulkan tersebut. Walaupun ''junction-junction'' ini memiliki bentuk [[geometri]] yang sama dengan junction Quasi satu [[dimensi]] yang lain, keadaan elektronnya sangat berbeda dari ''junction'' yang lain karena pada GNR elektron-elektronnya mempunyai sifat yang khas.


Perhitungan DFT akhir-akhir ini memperlihatkan nanoribbons ''armchair'' bersifat [[semikonduktor]] dengan skala [[energi] GAP nya berbanding terbalik dengan lebarnya <ref name = "ArmchRibb">Barone, V., Hod, O., and Scuseria, G. E. Electronic Structure and Stability of Semiconducting Graphene Nanoribbons ''Nano Lett.'' '''6''', 2748 (2006)</ref>. Hasil [[eksperimen]] memperlihatkan bahwa energi GAP benar-benar meningkat dengan menurunnya lebar GNR <ref name = "EgEngGNR">Han., M.Y., Özyilmaz, B., Zhang, Y., and Kim, P. Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons. ''Phys. Rev. Lett.'' '''98''', 206805 (2007)</ref>. Meskipun demikian tidak ada data [[eksperimen]] yang mengukur energi GAP dari suatu GNR dan mengidentifikasi dengan tepat [[struktur]] tepinya <ref>As of Thursday, February 28, 2008</ref>.
Perhitungan DFT akhir-akhir ini memperlihatkan nanoribbons ''armchair'' bersifat [[semikonduktor]] dengan skala [[energi]] GAP nya berbanding terbalik dengan lebarnya.<ref name = "ArmchRibb">Barone, V., Hod, O., and Scuseria, G. E. Electronic Structure and Stability of Semiconducting Graphene Nanoribbons ''Nano Lett.'' '''6''', 2748 (2006)</ref> Hasil [[eksperimen]] memperlihatkan bahwa energi GAP benar-benar meningkat dengan menurunnya lebar GNR.<ref name = "EgEngGNR">Han., M.Y., Özyilmaz, B., Zhang, Y., and Kim, P. Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons. ''Phys. Rev. Lett.'' '''98''', 206805 (2007)</ref> Meskipun demikian tidak ada data [[eksperimen]] yang mengukur energi GAP dari suatu GNR dan mengidentifikasi dengan tepat [[struktur]] tepinya.<ref>As of Thursday, February 28, 2008</ref>


Nanoribbons zigzag juga bersifat [[semikonduktor]] dan memiliki [[spin]] tepi yang terpolarisasi. Struktur 2Dnya memiliki daya hantar [[listrik]] dan [[termal]] yang tinggi dengan ganguan yang kecil memungkinkan GNR digunakan sebagai alternatif pengganti [[tembaga]] untuk sambungan-sambungan sirkuit tembaga. Beberapa penelitian juga dilakukan untuk membuat Quantum dots dengan mengubah lebar GNR pada titik tertentu disepanjang pita untuk membuat ''quantum confinement''.<ref>Wang, Z. F., Shi, Q. W., Li, Q., Wang, X., Hou, J. G., Zheng, H., et al. Z-shaped graphene nanoribbon quantum dot device. ''Applied Physics Letters'', '''91'''(5), 053109 (2007)</ref>
Nanoribbons zigzag juga bersifat [[semikonduktor]] dan memiliki [[spin]] tepi yang terpolarisasi. Struktur 2Dnya memiliki daya hantar [[listrik]] dan [[termal]] yang tinggi dengan ganguan yang kecil memungkinkan GNR digunakan sebagai alternatif pengganti [[tembaga]] untuk sambungan-sambungan sirkuit tembaga. Beberapa penelitian juga dilakukan untuk membuat Quantum dots dengan mengubah lebar GNR pada titik tertentu disepanjang pita untuk membuat ''quantum confinement''.<ref>Wang, Z. F., Shi, Q. W., Li, Q., Wang, X., Hou, J. G., Zheng, H., et al. Z-shaped graphene nanoribbon quantum dot device. ''Applied Physics Letters'', '''91'''(5), 053109 (2007)</ref>
Baris 199: Baris 168:
=== Transistor Grafena ===
=== Transistor Grafena ===


[[Transistor]] grafena sudah ditemukan sejak 2 tahun yang lalu, namun [[transistor]] tersebut masih mengalami kebocoran dan memengaruhi penampilan atau performa jika digunakan pada chip [[komputer]], akan tetapi setelah dua tahun berikutnya kebocoran dari graphene dapat ditutupi dan telah diciptakan [[transistor]] grafena yang benar-benar stabil. [[Transistor]] grafena memiliki kelebihan dibandingkan dengan material lain seperti [[silikon]],diantaranya tidak cepat membusuk dan tidak cepat ter[[oksidasi]].<ref>[http://arxivblog.com/?p=755 Graphene transistors clocked at 26 GHz Arxiv article]</ref>
[[Transistor]] grafena sudah ditemukan sejak 2 tahun yang lalu, namun [[transistor]] tersebut masih mengalami kebocoran dan memengaruhi penampilan atau performa jika digunakan pada chip [[komputer]], akan tetapi setelah dua tahun berikutnya kebocoran dari graphene dapat ditutupi dan telah diciptakan [[transistor]] grafena yang benar-benar stabil. [[Transistor]] grafena memiliki kelebihan dibandingkan dengan material lain seperti [[silikon]],diantaranya tidak cepat membusuk dan tidak cepat ter[[oksidasi]].<ref>{{Cite web |url=http://arxivblog.com/?p=755 |title=Graphene transistors clocked at 26 GHz Arxiv article |access-date=2009-01-05 |archive-date=2009-02-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20090201172928/http://arxivblog.com/?p=755 |dead-url=no }}</ref> Kurang lebihnya seperti itu


== Referensi ==
== Referensi ==
Baris 213: Baris 182:
== Pranala luar ==
== Pranala luar ==


* {{en}}[http://www.lintasberita.com/Teknologi/silikon_out_graphene_in silikon out graphene in]
* {{en}}[http://www.lintasberita.com/Teknologi/silikon_out_graphene_in silikon out graphene in]{{Pranala mati|date=Maret 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}
* {{en}}[http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=234 Nano balon yang sempurna]
* {{en}}[http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=234 Nano balon yang sempurna] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20081218160024/http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=234 |date=2008-12-18 }}
* {{en}}[http://www.gamexeon.com/forum/hardware-article/7419-mentoknya-ukuran-semikonduktor-sudah-mulai-mendapat-titik-terang.html Mentoknya ukuran semikonduktor sudah mulai mendapat titik terang]
* {{en}}[http://www.gamexeon.com/forum/hardware-article/7419-mentoknya-ukuran-semikonduktor-sudah-mulai-mendapat-titik-terang.html Mentoknya ukuran semikonduktor sudah mulai mendapat titik terang] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090822044956/http://www.gamexeon.com/forum/hardware-article/7419-mentoknya-ukuran-semikonduktor-sudah-mulai-mendapat-titik-terang.html |date=2009-08-22 }}
* {{en}}[http://www.kompas.com/read/xml/2008/04/20/13061069/transistor.terkecil.dibuat.dari.goresan.pensil Transistor terkecil dibuat dari Goresan pensil]
* {{en}}[http://www.kompas.com/read/xml/2008/04/20/13061069/transistor.terkecil.dibuat.dari.goresan.pensil Transistor terkecil dibuat dari Goresan pensil] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20081222011716/http://www.kompas.com/read/xml/2008/04/20/13061069/transistor.terkecil.dibuat.dari.goresan.pensil |date=2008-12-22 }}
* {{en}}[http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1186617552&14 Membuktikan teori Einstein dengan pensil]
* {{en}}[http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1186617552&14 Membuktikan teori Einstein dengan pensil] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20201218131157/http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1186617552&14 |date=2020-12-18 }}
* {{en}}[http://www.physics.gatech.edu/npeg/ Epitaxial graphene Lab]
* {{en}}[http://www.physics.gatech.edu/npeg/ Epitaxial graphene Lab] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20081211184210/http://www.physics.gatech.edu/npeg/ |date=2008-12-11 }}


[[Kategori:Material nano]]
[[Kategori:Material nano]]

{{Link FA|ru}}

[[ar:قرافين]]
[[az:Qrafen]]
[[be:Графен]]
[[be-x-old:Графэн]]
[[bg:Графен]]
[[bs:Grafen]]
[[ca:Grafè]]
[[cs:Grafen]]
[[de:Graphen]]
[[el:Γραφένιο]]
[[en:Graphene]]
[[eo:Grafeno]]
[[es:Grafeno]]
[[et:Grafeen]]
[[eu:Grafeno]]
[[fa:گرافین]]
[[fi:Grafeeni]]
[[fr:Graphène]]
[[ga:Graiféin]]
[[he:גרפן]]
[[hi:ग्रेफीन]]
[[hr:Grafen]]
[[is:Grafín]]
[[it:Grafene]]
[[ja:グラフェン]]
[[ko:그래핀]]
[[lv:Grafēns]]
[[ml:ഗ്രാഫീൻ]]
[[nl:Grafeen]]
[[no:Grafén]]
[[pl:Grafen]]
[[pt:Grafeno]]
[[ro:Grafen]]
[[ru:Графен]]
[[sh:Grafen]]
[[sk:Grafén]]
[[sr:Графен]]
[[sv:Grafen]]
[[ta:கிராபீன்]]
[[tr:Grafen]]
[[uk:Графен]]
[[vi:Graphen]]
[[zh:石墨烯]]

Revisi terkini sejak 8 Maret 2024 12.22

Grafena yang terdiri dari atom karbon

Grafena (bahasa Inggris: Graphene) merupakan alotrop karbon yang berbentuk lembaran tipis dimana setiap atom karbon memiliki ikatan sp2 dan struktur dalam bentuk kisi kristal seperti sarang lebah. Material ini dapat umpamakan sebagai sebuah jaring-jaring berskala atom yang terdiri dari atom karbon beserta ikatannya. Nama grafena berasal dari kata Graphite + -ene; grafit sendiri terdiri dari banyak lembaran grafena yang ditumpuk secara bersama. Pada tahun 2010, Andre K. Geim dan Konstantin Novoselov mendapat hadiah Nobel di bidang kimia karena percobaan tentang material 2 dimensi graphene.

Ikatan karbon-karbon pada grafena adalah sekitar 0,142 nm. Grafena merupakan unsur dasar dari alotrop karbon, meliputi grafit, tabung nano karbon, dan fulerena. Grafena juga dapat dianggap sebagai molekul aromatik yang sangat besar, yang merupakan kelompok senyawa hidrokarbon polisiklik aromatik datar.

Sejarah Penemuan Grafena

[sunting | sunting sumber]

Pada tahun 2004 kelompok riset dari Institut Teknologi Massachusetts yang dipimpin oleh Andre K. Geim dan Konstantin Novoselov menemukan suatu material semikonduktor yang disebut "Graphene" (Grafena). Bahan yang merupakan alotrop karbon ini mempunyai ketebalan hanya satu atom saja dan lebih kuat daripada baja, yaitu karbon yang disusun menyamping pada kisi yang menyerupai sarang lebah (Segi 6) dan diperkirakan sebagai bahan semikonduktor tertipis di Dunia. Lapisan tunggal dari grafit sebelumnya (sekitar tahun 1910an) ditumbuhkan secara epitaksial di atas material-material lainnya dan biasa di sebut "grafena epitaksial". Grafena epitaksial ini mengandung lapisan setebal satu atom berbentuk heksagonal dengan ikatan sp2 antar atom karbonnya. Pada proses penumbuhan kristal grafena ini terjadi transfer muatan dari substrat ke grafena epitaksial, dan dalam beberapa kasus terjadi hibridisasi orbital d dari atom substrat dengan orbital pi dari grafena, yang secara signifikan mengubah struktur elektronik grafena.

Penjelasan

[sunting | sunting sumber]

Grafena yang sempurna secara eksklusif terdiri dari sel-sel yang berbentuk heksagonal, sel berbentuk segi lima dan segi tujuh merupakan sel yang cacat. Jika terdapat sel bersegi lima yang terisolasi, maka bidang akan mengkerut menjadi berbentuk kerucut penyisipan 12 segi lima akan membentuk fulerena. Demikian pula, penyisipan sel segi tujuh yang terisolasi menyebabkan lembaran menjadi berbentuk pelana. Penambahan yang terkontrol dari segi lima dan segi tujuh memungkinkan terbentuknya berbagai bentuk komplek, misalnya carbon nanobud. Tabung nano karbon berdinding tunggal dapat dianggap sebagai silinder grafena yang sebagian kecil memiliki tutup berbentuk setengah bola (yang melibatkan 6 segi lima) di setiap ujungnya.

Grafena Sintesis (Graphene Synthesis)

[sunting | sunting sumber]

Telah diperhitungkan bahwa fragmen-fragmen kecil lembaran grafena dihasilkan (bersamaan dengan serpihan lainnya) ketika grafit dikikis, misalnya ketika menggambar garis dengan pensil.[1] Namun, fisikawan dari Universitas Manchester dan Institute for Microelectronics Technology, Chernogolovka, Russia yang pertama kali mengisolasi dan mempelajari grafena (daripada hidrokarbon aromatik polisiklik) pada tahun 2004. Selain itu pada publikasi dalam jurnal ilmiah Science,[2] mereka juga mendefinisikan grafena sebagai

Grafena adalah nama yang diberikan pada satu lapisan atom karbon yang dipadatkan dalam struktur cincin benzena, dan secara luas digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat banyak bahan berbasis karbon, termasuk grafit, fulerena besar, nanotube, dll. (Misalnya, Nanotube karbon biasanya dianggap sebagai lembaran graphene digulung menjadi silinder berukuran nanometer (geometri) | silinder). Planar grafena sendiri telah dianggap tidak ada dalam keadaan bebas, menjadi tidak stabil sehubungan dengan pembentukan struktur melengkung seperti jelaga, fulerena, dan nanotube.

Grafena sampai saat ini merupakan bahan paling mahal di Bumi, dengan sebuah sampel yang dapat diletakkan di potongan rambut manusia memakan biaya lebih dari $1.000 (Sama dengan Rp.14.061.891) (April 2008).[3] Harga grafena dapat menurun drastis apabila metode produksi komersial yang akan dikembangkan pada masa depan.

Pertumbuhan Epitaksial

[sunting | sunting sumber]

Metode ini pada prinsipnya menggunakan suatu substrat sebagai bibit pertumbuhan grafena. Hal ini dikenal sebagai pertumbuhan epitaksial. Metode ini mempunyai kelemahan diantaranya tidak menghasilkan lembaran-lembaran grafena dengan ketebalan yang seragam. Selain itu ikatan antara lembaran grafena bagian bawah dengan substrat dapat memengaruhi sifat-sifat lapisan karbon.[4]

Reduksi Silikon Karbida

[sunting | sunting sumber]

Grafena sintesis dapat juga dilakukan dengan metode reduksi silikon karbida, yaitu dengan cara memanaskan silikon karbida pada temperatur tinggi (Sekitar 1100 °C) untuk mereduksinya menjadi grafena. Proses ini menghasilkan sampel berukuran kecil yang tidak memungkinkannya digunakan pada teknik fabrikasi kebanyakan aplikasi elektronik.

Reduksi Hidrazina

[sunting | sunting sumber]

Para peneliti telah mengembangkan suatu metode meletakkan kertas grafena oksida (Graphene oxide) dalam larutan hidrazin murni (suatu senyawa kimia yang mengandung nitrogen dan hidrogen) yang akan mereduksi kertas grafit oksida menjadi grafena berlapis tunggal.[5]

Reduksi Etanol

[sunting | sunting sumber]

Publikasi baru-baru ini telah menjelaskan proses grafena sintesis dalam jumlah gram, yaitu dengan mereduksi etanol oleh logam natrium, diikuti dengan pirolisis produk etoksida, kemudian mencucinya dengan air untuk menghilangkan garam-garam natrium.[6]

Sifat-sifat Grafena

[sunting | sunting sumber]

Struktur Atom

[sunting | sunting sumber]

Struktur atom grafena dapat dikaji dengan menggunakan mikroskop elektron transmisi (Bahasa Inggris: Transmission electron microscope) dengan lembar grafena disuspensi di antara kisi logam.[7] Pola-pola difraksi elektron menunjukkan kisi heksagonal grafena, seperti yang diharapkan, Grafena yang tersuspensi juga menunjukkan adanya "riakan" (rippling) pada lembaran datar grefena tersebut, dengan amplitudo sekitar satu nanometer. Secara intrinsik, riakan ini diakibatkan oleh ketidakstabilan kristal dua dimensi,[8][9][10] ataupun secara ekstrinsik berasal dari kotoran yang terlihat pada gambar TEM grafena. Gambar beresolusi atom dalam ruang nyata dari grafena berlapis tunggal pada substrat silikon dioksida didapatkan[11][12] dengan menggunakan mikroskop penerowongan payaran (scanning tunneling microscope). Grafena yang diproses menggunakan teknik litografi diselimuti oleh residu fotoresistor, yang harus dibersihkan untuk mendapatkan gambar beresolusi atomik.[11] Residu tersebut kemungkinan merupakan "adsorbat" yang terpantau pada gambar TEM, dan dapat menjelaskan riakan yang terpantau pada grafena. Riakan grafena pada permukaan silikon dioksida ditentukan oleh konformasil grafena terhadap silikon dioksida, dan bukan merupakan efek intrinsik.[11]

Sifat Elektronik

[sunting | sunting sumber]

Grafena sangat berbeda dari kebanyakan bahan tiga dimensi konvensional. Secara intrinsik, grafena merupakan semilogam atau semikonduktor bersela energi nol. Hubungan E-k grafena adalah linear untuk energi rendah yang berada dekat dengan enam sudut zona Brilloiun heksagonal dua dimensi, mengakibatkan massa efektif elektron dan lubang heksagonalnya nol.[13] Oleh karena hubungan "dispersi" relatif linear ini pada energi rendah, elektron dan lubang yang dekat enam titik ini memiliki sifat-sifat partikel relativistik yang dijelaskan oleh persamaan Dirac untuk partikel dengan spin 1 / 2.[14] Oleh karena itu, elektron dan lubang heksagonalnya disebut fermion Dirac, dan enam sudut dari zona Brillouin disebut titik Dirac.[13] Persamaan yang menjelaskan hubungan E-k adalah ; di mana adalah kecepatan Fermi yang nilainya sekitar [14]

Sifat Optik

[sunting | sunting sumber]
Foto grafena pada cahaya yang terpancar. Kristal setebal satu atom ini dapat dilihat dengan mata telanjang karena ia menyerap kira-kira 2,3% cahaya putih, yang merupakan π kali tetapan struktur halus.

Sifat-sifat elektronik grafena yang unik menyebabkannya memiliki opasitas yang tinggi untuk sebuah bahan ekalapis atomik. Ia menyerap πα ≈ 2,3% cahaya putih, dengan α adalah tetapan struktur halus.[15][16] Hal ini telah dikonfirmasikan secara eksperimen, tetapi pengukurannya tidak cukup akurat untuk mengizinkan kemajuan yang berarti pada teknik penentuan tetapan struktur halus lainnya.[17]

Sifat Mekanik

[sunting | sunting sumber]

Grafena merupakan bahan yang paling kuat yang diketahui oleh manusia menurut penelitian yang dikeluarkan oleh Universitas Columbia pada Agustus 2008. Namun, proses pemisahan grafena dari grafit masih memerlukan pengembangan teknologi lainnya sebelum ia cukup ekonomis untuk digunakan pada proses industri.[18]

Dengan menggunakan mikroskop gaya atom, penelitian terkini tentang grafena telah dapat mengukur tetapan pegas lembaran-lembaran grafena yang disuspensi. Lembaran grafena yang diikat oleh gaya van der Waals disuspensi pada rongga-rongga silikon dioksida di mana digunakan AFM untuk menguji sifat mekanik dari grafena. Tetapan pegas yang terukur berkisar antara 1-5 N/m dengan Modulus Young sebesar 0,5 TPa, berbeda dari grafit yang meruah. Nilai-nilai yang tinggi ini, membuat grafena sangat kuat dan kaku. Sifat inilah yang memungkinkan grafena dimanfaatkan untuk aplikasi NEMS, seperti sensor tekanan, dan resonator.[19]

Sebagaimana dengan bahan material lainnya, daerah-daerah tertentu pada grafena mengalami fluktuasi kuantum dan termal pada pergeseran relatifnya. Walaupun amplitudo fluktuasi ini terbatas pada struktur 3D-nya (bahkan untuk ukuran tak terhingga), teorema Mermin-Wagner menunjukkan bahwa amplitudo fulktuasi berpanjang gelombang panjang akan meningkat secara logaritmik terhadap struktur 2D-nya, sehingga ia akan menjadi tidak terbatas pada struktur yang berukuran tak terhingga. Deformasi tempatan dan regangan elastik dipengaruhi oleh divergensi yang berkisaran panjang pada pergeseran relatif ini. Dipercayai bahwa dengan struktur 2D yang cukup besar, ia akan melentuk dan mengusut membentuk struktur 3D yang berfluktuasi jika tidak terdapat tegangan lateral yang diberikan. Para peneliti telah memantau riakan pada lapisan-lapisan grafena yang disuspensi,[7] dan diajukan bahwa riakan-riakan ini diakibatkan oleh fluktuasi termal pada bahan. Oleh karena deformasi dinamis ini, terdapat perdebatan apakah grafena benar-benar berstruktur 2D.[8][9][10]

Transport Spin Pada Grafena

[sunting | sunting sumber]

Grafena dianggap sebagai bahan yang ideal untuk spintronik oleh karena interaksi orbit-spin yang kecil dan hampir tidak adanya momen magnet inti dalam karbon. Injeksi spin-arus listrik dan deteksi pada grafena telah didemonstrasikan pada suhu kamar.[20][21][22] Koherensi spin yang lebih besar daripada satu telah terpantau pada suhu kamar[20] dan kontrol polaritas arus spin yang melewati gerbang listrik telah diamati pada temperatur rendah.[21]

Efek Magnetik

[sunting | sunting sumber]

Selain mobilitasnya yang tinggi dan Konduktivitas yang minimum, grafena menunjukkan perilaku sangat menarik dalam suatu medan magnetik. Grafena menunjukkan ketidak normalan efek kuantum Hall dengan urutan dialihkan oleh . Dengan demikian, konduktivitas Hall adalah , di mana adalah index level rendah dan dengan menurunkan spin ganda akan dihasilkan faktor , ini dapat diukur pada temperatur kamar.[12] Grafena dua lapis juga menunjukkan efek kuantum Hall, tetapi dengan urutan standar di mana . Menariknya, level yang tinggi pertama adalah tidak ada, yang mengindikasikan bahwa graphene bilayer tetap pada keadaan logam dan terdapat pada titik netral.[23]

Transport Elektron Pada Grafena

[sunting | sunting sumber]

Tiap atom karbon dalam grafena mempunyai satu orbital s dan tiga orbital p. Satu orbital s dan dua orbital p digunakan untuk membentuk ikatan kovalen yang kuat dan tidak berkontribusi dalam konduktivitas sedangkan satu elektron bebas yang berada pada subkulit p membentuk orbital phi yang tegak lurus dengan lembaran grafena yang akhirnya akan menentukan sifat-sifat elektrik dari grafena. Elektron-elektron ini seperti tidak memiliki massa, seperti partikel-partikel tanpa massa yang digambarkan dalam teori relativitas,e=mc2. Hasil percobaan dari pengukuran transpor elektron menunjukkan bahwa grafena memiliki mobilitas elektron yang tinggi pada suhu ruang dengan nilai lebih dari 15.000cm2 V-1 s-1.[12]

Grafena Oksida

[sunting | sunting sumber]

Dengan mengoksidasi secara kimiawi grafena dan kemudian merendamnya di air, lapisan-lapisan grafena akan membentuk lembaran single dengan ikatan yang sangat kuat. Lembaran-lembaran ini disebut Graphene Oxida Paper dengan keteraturan tensile modulus sebesar 32 GPa.[24]

Modifikasi Kimia

[sunting | sunting sumber]

Larutan fragmen-fragmen dari grafena dapat dipreparasi di laboratorium melalui modifikasi kimia dari grafit.[25] Pertama, mikrokristalin grafit diperlakukan dengan campuran asam kuat, yaitu asam sulfat dan asam nitrat. Serangkaian tahap-tahap meliputi oksidasi, hasil pengelupasannya berupa plat kecil dari grafena dengan gugus karboksil pada bagian tepinya. Kemudian, berubah menjadi gugus asam klorida dengan penambahan tionyl klorida, kemudian dikonversi menjadi grafena amida yang sesuai dengan cara mentreatment dengan oktadecylamine. Ahirnya menghasilkan meterial berupa lembaran grafena berbentuk lingkaran dengan ketebalan 5,3 Angstrom yang larut dalam tetrahidrofuran, tetraklorometana, dan dikloroetana.

Pendeteksi molekul gas tunggal

[sunting | sunting sumber]

Grafena dapat digunakan sebagai sensor yang sangat baik untuk menentukan struktur 2Dimensi di mana keseluruhan isi grafena memiliki permukaan yang besar, membuat grafena sangat efisien untuk mendeteksi molekul yang diadsorpsi.Lokasi dari adsorpsi mengalami perubahan dalam tahanan listrik. Saat efek ini terjadi dalam material lain, grafena memiliki keunggulan karena mempunyai konduktivitas listrik yang tinggi dan rendahnya gangguan, yang membuat grafena ini tidak mengalami perubahan dalam mendeteksi.[26]

Ultrakapasitor

[sunting | sunting sumber]

Menurut Prof.Rod Ruoff, grafena memiliki luas permukaan 2630 M2/gram dapat membentuk lapisan-lapisan dan menghasilkan ruang-ruang yang dapat menyimpan energi sehingga bisa digunakan sebagai ultrakapasitor. Ultrakapasitor dari grafena ini mempunyai rapat massa yang tinggi dibandingkan dengan kapasitor-kapasitor dielektrik konvensional. Selain itu ultrakapasitor dari grafena memiliki range yang besar dalam menangkap energi dan menyimpan energi tersebut sehingga dapat pula dijadikan sebagai sumber daya primer bila dikombinasikan dengan aki atau sel bahan bakar. Ultrakapasitor dari grafena dapat menangkap kembali energi yang terbuang dengan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial sehingga akan mengurangi kalor yang terbuang. Industri dapat mengurangi energi yang terbuang dengan memasang ultrakapasitor dalam mesin-mesin produksi dan dapat pula diterapkan pada bus,truk dan kereta api.[27]

Nanoribon Grafena

[sunting | sunting sumber]

Graphene Nanoribbons (GNRs) adalah lapisan tunggal yang esensial dari grafena yang dipotong dengan pola tertentu untuk menghasilkan sifat-sifat listrik tergantung dari tepi lembaran tersebut, dapat berbentuk Z atau armchair. Berdasarkan perhitungan prediksi tigh binding bahwa GNR yang zigzag bersifat logam, sedangkan armchair dapat bersifat logam ataupun semilogam tergantung lebarnya. GNR dapat mempunyai sifat logam hingga semikonduktor tergantung chiralitynya. GNR bertepi zigzag bersifat logam dengan bentuk khas pada kedua sisinya tanpa memperhatikan lebarnya. Sementara GNR bertepi armchair dapat bersifat logam ataupun semikonduktor tergantung pada lebar NA. GNR armchair akan bersifat logam jika NA = 3k + 2 ( k adalah bilangan bulat ) dan jika tidak maka bersifat semikonduktor. Akhir-akhir ini bermacam-macam junction seperti bentuk L, bentuk T dan bentuk Z di dasarkan pada dua jenis GNR yang telah diusulkan tersebut. Walaupun junction-junction ini memiliki bentuk geometri yang sama dengan junction Quasi satu dimensi yang lain, keadaan elektronnya sangat berbeda dari junction yang lain karena pada GNR elektron-elektronnya mempunyai sifat yang khas.

Perhitungan DFT akhir-akhir ini memperlihatkan nanoribbons armchair bersifat semikonduktor dengan skala energi GAP nya berbanding terbalik dengan lebarnya.[28] Hasil eksperimen memperlihatkan bahwa energi GAP benar-benar meningkat dengan menurunnya lebar GNR.[29] Meskipun demikian tidak ada data eksperimen yang mengukur energi GAP dari suatu GNR dan mengidentifikasi dengan tepat struktur tepinya.[30]

Nanoribbons zigzag juga bersifat semikonduktor dan memiliki spin tepi yang terpolarisasi. Struktur 2Dnya memiliki daya hantar listrik dan termal yang tinggi dengan ganguan yang kecil memungkinkan GNR digunakan sebagai alternatif pengganti tembaga untuk sambungan-sambungan sirkuit tembaga. Beberapa penelitian juga dilakukan untuk membuat Quantum dots dengan mengubah lebar GNR pada titik tertentu disepanjang pita untuk membuat quantum confinement.[31]

Transistor Grafena

[sunting | sunting sumber]

Transistor grafena sudah ditemukan sejak 2 tahun yang lalu, namun transistor tersebut masih mengalami kebocoran dan memengaruhi penampilan atau performa jika digunakan pada chip komputer, akan tetapi setelah dua tahun berikutnya kebocoran dari graphene dapat ditutupi dan telah diciptakan transistor grafena yang benar-benar stabil. Transistor grafena memiliki kelebihan dibandingkan dengan material lain seperti silikon,diantaranya tidak cepat membusuk dan tidak cepat teroksidasi.[32] Kurang lebihnya seperti itu

Referensi

[sunting | sunting sumber]
  1. ^ "...bits of graphene are undoubtedly present in every pencil mark" —Carbon Wonderland, Scientific American, April 2008 Diarsipkan 2008-11-22 di Wayback Machine.
  2. ^ Novoselov, K.S. et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science 306, 666 (2004) doi:10.1126/science.1102896
  3. ^ "Carbon Wonderland", Scientific American, April 2008 Diarsipkan 2008-11-22 di Wayback Machine.
  4. ^ "A smarter way to grow graphene", PhysOrg.com, May 2008 Diarsipkan 2012-01-28 di Wayback Machine.
  5. ^ "Researchers discover method for mass production of nanomaterial graphene", PhysOrg.com, Nov 2008 Diarsipkan 2009-01-04 di Wayback Machine.
  6. ^ Choucair, Mohammad (2008). "Gram-scale production of graphene based on solvothermal synthesis and sonication". Nature Nanotechnology. doi:10.1038/nnano.2008.365. 
  7. ^ a b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama Meyer07
  8. ^ a b Carlsson, J. M. Graphene: Buckle or break. Nature Materials, 6(11), 801-802 (2007)
  9. ^ a b Fasolino, A., Los, J. H., & Katsnelson, M. I. Intrinsic ripples in graphene. Nature Materials, 6(11), 858-861 (2007)
  10. ^ a b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama RiseGraphene
  11. ^ a b c Ishigami, Masa (11 May 2007). "Atomic Structure of Graphene on SiO2" (PDF). Nano Lett. 7 (6): 1643–1648. doi:10.1021/nl070613a. 
  12. ^ a b c Stolyarova, Elena (21 May 2007). "High-resolution scanning tunneling microscopy imaging of mesoscopic graphene sheets on an insulating surface". Proceedings of the Natioanl Academy of Sciences. 104: 9209–9212. doi:10.1073/pnas.0703337104. PMID 17517635. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-08-08. Diakses tanggal 2009-01-05. 
  13. ^ a b J.-C. Charlier, P.C. Eklund, J. Zhu, and A.C. Ferrari, “Electron and Phonon Properties of Graphene: Their Relationship with Carbon Nanotubes,” from Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications, Ed. By A. Jorio, G. Dresselhaus, and M.S. Dresselhaus, Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, 2008
  14. ^ a b Avouris, P., Chen, Z., and Perebeinos, V. Carbon-based electronics. Nature Nano. 2 605-613 (2007)
  15. ^ Kuzmenko, A. B.; van Heumen, E.; Carbone, F.; van der Marel, D. (2008), "Universal infrared conductance of graphite", Phys. Rev. Lett., 100: 117401(2008), doi:10.1103/PhysRevLett.100.117401 
  16. ^ Nair, R. R.; Blake, P.; Grigorenko, A. N.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Stauber, T.; Peres, N. M. R.; Geim, A. K. (2008-004-03), "Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene", Science, 320: 1308, doi:10.1126/science.1156965, PMID 18388259 
  17. ^ "Graphene Gazing Gives Glimpse Of Foundations Of Universe", ScienceDaily, 2008-04-04, diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-04-06, diakses tanggal 2008-04-06 
  18. ^ TOUGHEST STUFF KNOWN TO MAN: DISCOVERY OPENS DOOR TO SPACE ELEVATOR Diarsipkan 2008-09-06 di Wayback Machine., By BILL SANDERSON, nypost.com, August 25, 2008 .
  19. ^ Frank, I. W., Tanenbaum, D. M., Van Der Zande, A.M., and McEuen, P. L. Mechanical properties of suspended graphene sheets. J. Vac. Sci. Technol. B 25, 2558-2561 (2007)
  20. ^ a b Tombros, Nikolaos (2 August 2007). "Electronic spin transport and spin precession in single graphene layers at room temperature". Nature (PDF). 448: 571–575. doi:10.1038/nature06037. 
  21. ^ a b Cho, Sungjae (19 September 2007). "Gate-tunable Graphene Spin Valve". Applied Physics Letters. 91: 123105. doi:10.1063/1.2784934. 
  22. ^ Ohishi, Megumi (22 June 2007). "Spin Injection into a Graphene Thin Film at Room Temperature". Jpn. J. Appl. Phys. 46: L605–L607. doi:10.1143/JJAP.46.L605. 
  23. ^ Novoselov, K. S. et al. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 438, 197-200 (2005)
  24. ^ "Graphene Oxide Paper, Technology Transfer Program, Northwestern University". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-06-19. Diakses tanggal 2009-01-04. 
  25. ^ Sandip Niyogi, Elena Bekyarova, Mikhail E. Itkis, Jared L. McWilliams, Mark A. Hamon, and Robert C. Haddon . Solution Properties of Graphite and Graphene. J. Am. Chem. Soc. 128(24) pp. 7720–7721 (2006); (Communication) doi:10.1021/ja060680r
  26. ^ Schedin, F. et al. Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene. Nature Mater. 6, 652-655 (2007)
  27. ^ Stoller, Meryl D. (22 August 2008). "Graphene-Based Ultracapacitors" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-03-20. Diakses tanggal 2009-01-05. 
  28. ^ Barone, V., Hod, O., and Scuseria, G. E. Electronic Structure and Stability of Semiconducting Graphene Nanoribbons Nano Lett. 6, 2748 (2006)
  29. ^ Han., M.Y., Özyilmaz, B., Zhang, Y., and Kim, P. Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons. Phys. Rev. Lett. 98, 206805 (2007)
  30. ^ As of Thursday, February 28, 2008
  31. ^ Wang, Z. F., Shi, Q. W., Li, Q., Wang, X., Hou, J. G., Zheng, H., et al. Z-shaped graphene nanoribbon quantum dot device. Applied Physics Letters, 91(5), 053109 (2007)
  32. ^ "Graphene transistors clocked at 26 GHz Arxiv article". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-02-01. Diakses tanggal 2009-01-05. 

Lihat pula

[sunting | sunting sumber]

Pranala luar

[sunting | sunting sumber]