Material Mutakhir Carbon Nanotubes

Material Mutakhir Carbon Nanotubes

By   7:54 PM   No comments:

 1. Pengertian

Carbon nanotube adalah salah satu struktur carbon yang berbentuk seperti silinder dengan diameter dalam orde nanometer. Salah satu keunikan dalam struktur ini adalah kelebihannya dalam hal kekuatan, sifat keelektrikannya, dan juga sifat dalam penghantaran panas yang baik. Struktur ini memiliki bermacam bentuk turunan yang masing-masing memiliki sifatnya tersendiri. Keistimewaan carbon nanotube membuatnya menjadi harapan baru dalam perkembangan teknologi nano.

carbon nanotube merupakan turunan dari struktur carbon. Carbon nanotube dapat dideskripsikan sebagai lembaran grafit setebal 1 atom yang digulung menyerupai silinder dan memiliki diameter dengan orde nanometer^. Lembaran ini memiliki struktur seperti sarang lebah (honeycomb) yang terdiri dari ikatan-ikatan atom carbon.

2. Struktur

Struktur carbon nanotube yang unik memungkinkannya memiliki sifat kenyal, daya regang, dan stabil dibandingkan struktur carbon lainnya. Kelebihannya ini dapat dimanfaatkan dalam pengembangan struktur bangunan yang kuat, struktur kendaraan yang aman, dan lainnya. Hal ini dikarenakan carbon nanotube memiliki ikatan sp³ menyerupai struktur di grafit. Ikatan ini lebih kuat dibandingkan dengan struktur ikatan sp² yang dimiliki oleh intan. Dengan demikian secara alami carbon nanotube akan membentuk ikatan yang sangat kuat.

 

Gambar 1. Struktur Carbon Nanotube Dalam 3 Dimensi

a. Single Walled Nanotubes (SWNT)

Struktur ini memiliki diameter kurang lebih 1 nanometer dan memiliki panjang hingga ribuan kali dari diameternya. Struktur SWNT dapat dideskripsikan menyerupai sebuah lembaran panjang struktur grafit (disebut graphene) yang tergulung. Umumnya SWNT terdiri dari dua bagian dengan properti fisik dan kimia yang berbeda. Bagian pertama adalah bagian sisi dan bagian kedua adalah bagian kepala. SWNT memiliki beberapa bentuk struktur berbeda yang dapat dilihat bilamana struktur tube dibuka.

(a)

(b)

(c)

Gambar 2. Beberapa Bentuk Struktur SWNT (a) Struktur Armchair (b) Struktur Zigzag (c)

Struktur Chiral

Gambar 3. Struktur SWNT Secara Vektor (1)

Pada gambar 3 terlihat cara lembaran grafit (graphene) dilipat dapat dijabarkan oleh chiral vector C_h yang direpresentasikan oleh pasangan (n,m). n dan m menunjukkan jumlah unit vektor di antara 2 vektor di dalam crystal lattice dari graphene. Jika m=0 maka struktur nanotube dinamakan struktur zigzag. Jika n=m maka struktur nanotube dinamakan struktur armchair. Selebihnya dinamakan struktur chiral. Perbedaan dalam chiral vector akan menyebabkan perbedaan sifat struktur, misalnya sifat struktur terhadap cahaya, kekuatan mekanik, dan konduktivitas elektrik.

SWNT memiliki sifat keelektrikan yang tidak dimiliki oleh struktur MWNT. Hal ini memungkinkan pengembangan struktur SWNT menjadi nanowire karena SWNT dapat menjadi konduktor yang baik. Selain itu SWNT telah dikembangkan sebagai pengganti dari field effect transistors (FET) dalam skala nano. Hal ini karena sifat SWNT yang dapat bersifat sebagai nFET juga p-FET ketika bereaksi terhadap oksigen. Karena dapat memiliki sifat sebagai n-FET dan p-FET maka SWNT dapat difungsikan sebagi logic gate. 

b. Multi Walled Nanotubes (MWNT)

MWNT dibentuk dari beberapa lapisan struktur grafit yang digulung membentuk silinder.

Atau dapat juga dikatakan MWNT tersusun oleh beberapa SWNT dengan berbeda diameter.

MWNT jelas memiliki sifat yang berbeda dengan SWNT. 

Gambar 4. Struktur MWNT

Pada MWNT yang hanya memiliki 2 lapis dinding (Double-Walled Carbon NanotubesDWNT) memiliki sifat yang penting karena memiliki sifat yang menyerupai SWNT dengan chemical resistance yang lebih baik. Hal ini dikarenakan pada SWNT hanya memiliki 1 lapis dinding sehingga bilamana terdapat ikatan C=C yang rusak maka akan menghasilkan lubang di SWNT dan hal ini akan mengubah sifat mekanik dan elektrik dari ikatan SWNT tersebut. Sedangkan pada DWNT masih terdapat 1 lapisan lagi di dalam yang akan mempertahankan

sifatnya.  

(a)

(b)

Gambar 5. Struktur Yang Berbeda Dari MWNT (a) MWNT yang terpisah 0.34 nm (b) Bentuk cone shaped end caps Yang Simetris Dan Tidak Simetris

c.   Torus

Bentuk struktur ini masih berupa teoritis. Bentuk torus adalah bentuk struktur melingkar seperti donut. Struktur ini memiliki beberapa sifat yang menonjol seperti momen magnetik yang lebih besar, stabil dalam suhu, dan sebagainya. Sifat ini akan bervariasi tergantung dari diameter torus dan diameter dari nanotube.

d.  Peapod 

Struktur ini cukup unik karena terdapat molekul C₆₀ yang terbungkus di tengah nanotube.

3.        Sifat- sifat Carbonnanotube

a.       Konduktivitas Listrik dan Panas

Sifat keelektrikan yang dimiliki oleh carbon nanotube ditentukan oleh struktur yang dimilikinya. Struktur ini menyangkut diameter dan bagaimana tube ”digulung” menjadi nanotube. Bilamana mengacu pada gambar 3, maka untuk nanotube (n,m), bila n-m adalah kelipatan dari 3 maka nanotube tersebut bersifat konduktor, dan selain itu bersifat semikonduktor. Sehingga untuk struktur armchair akan selalu bersifat logam (n=m). Nanotube memiliki densitas arus listrik 1000 kali lebih besar daripada logam seperti perak dan tembaga.

Ketika nanotube bersifat sebagai konduktor, nanotube memiliki konduktivitas yang sangat tinggi. Diperkirakan pada saat nanotube bersifat sebagai konduktor maka ia mempunyai konduktivitas listrik sebesar 1 milyar Ampere per 1 cm². Hal ini tidak mungkin terjadi pada bahan tembaga karena akan terjadi panas yang dapat melelehkan tembaga. Pada nanotube tidak akan terjadi panas yang tinggi karena hambatan yang rendah. Nanotube juga memiliki konduktivitas panas yang baik. Hal ini yang kemudian nanotube diberi sebutan ballistic conduction. Nanotube memiliki kemampuan untuk mentransmisikan 6000 W/m/K di suhu ruangan (pada tembaga hanya 385 W/m/K). Selain itu nanotube tetap stabil hingga suhu 2800 ^oC di ruang hampa udara dan sekitar 750 ^oC di udara bebas.

b.      Kekuatan Mekanik

Nanotube memiliki modulus elastik dan sifat peregangan yang sangat baik. Sifat ini karena ikatan sp² yang dimiliki oleh carbon nanotube ini. Tipe MWNT dapat menangani hingga 63 GPa regangan yang diberikan padanya (pada baja carbon terbaik saat ini hanya mampu menahan peregangan hingga 1.2 GPa). Sedangkan modulus elastik yang dimiliki oleh nanotube dapat mencapai 1 TPa. Saat ini telah diketahui pula nanotube memiliki kekuatan hingga 48462 kN.m/kg (dibandingkan baja carbon terbaik hanya 154 kN.m/kg). 

Gambar 6. Perbandingan Sifat Mekanik Dari Carbon dan Grafit Fiber^[12]

c.       Sifat Vibrasi

Atom memiliki pola getaran yang kontinue dan periodik^[1]. Pada MWNT, dimana beberapa nanotube saling terpola satu di dalam yang lain, memperlihatkan bahwa pada lapisan yang di dalam akan bergetar sedemikian hingga mendekati pola gerakan yang berputar sempurna tanpa adanya gesekan dengan lapisan di atasnya. Pendekatan ini kemudian dapat dikembangkan menjadi motor dalam skala nanometer. Pergetaran ini sangat ditentukan oleh diameter dari nanotube.

4.      Pembentukan Carbonnanotube

Terdapat beberapa cara dalam pembentukan nanotube, namun secara umum yang banyak digunakan adalah metode pelepasan bunga api (arc discharge), CVD (Chemical Vapour Deposition), dan laser ablation.

a.      Metode Arc Discharge

Metode ini menggunakan 2 buah batang carbon yang diletakkan saling berhadapan pada ujungnya dan dipisahkan sejarak kurang lebih 1 mm. Ruang yang terpisah ini kemudian dialiri gas seperti Helium dan Argon pada tekanan rendah (50-700 mbar).Kemudian arus listrik sebesar 50-100 A dan tegangan 20 volt diberikan sehingga menciptakan perubahan suhu yang tinggi di antara ujung elektroda sehingga akan terjadi penguapan di ujung batang tersebut. Kemudian proses ini akan dilanjutkan dengan pembentukkan lapisan oleh uap dari penguapan batang tersebut pada ujung batang lainnya. Peristiwa ini dapat dilihat pada gambar 7.

Gambar 7. Proses Pembentukan Nanotube Dengan Arc Discharge^[7]

Pada proses ini dapat terbentuk 2 buah struktur yaitu SWNT dan MWNT. Bilamana diinginkan hasilnya SWNT maka pada anoda didoping dengan katalis logam seperti Fe, Co, dan Ni. Kuantitas dan kualitas dari nanotube tergantung dari beberapa parameter seperti konsentrasi logam yang digunakan, tekanan gas, jenis gas, dan berbagai parameter lainnya.

Sedangkan pada MWNT tidak menggunakan doping seperti halnya proses pembentukan SWNT. Namun dalam proses pembentukan MWNT akan terbentuk berbagai bahan lain yang tidak diinginkan. Bila diusahakan benar-benar murni maka akan MWNT yang terbentuk akan kehilangan strukturnya dan dinding struktur yang tidak teratur.

b.      Metode CVD (Chemical Vapour Deposition)

Metode ini telah ada sejak tahun 1959 namun baru dipakai sejak tahun 1993 untuk proses pembentukan nanotube. Pada proses ini carbon disiapkan dengan lapisan partikel logam katalis, seperti nikel, kobalt, besi, atau kombinasinya dan dikondisikan pada suhu sekitar 700 oC. Sementara itu 2 jenis gas, yaitu gas untuk proses seperti ammonia, nitrogen, hydrogen dan sebagainya serta gas yang mengandung carbon seperti acetylene, ethylene, ethanol, methane, dan sebagainya, dialirkan ke dalam proses.

 

Gambar 8. Reaktor Pembentukan Metode CVD^[4]

Metode Laser Ablation

Metode ini menggunakan laser untuk menguapkan grafit pada suhu 1200 ^oC. Ruangan tempat berlangsungnya proses ini akan diisi dengan gas helium atau argon dan dijaga tetap pada tekanan 500 Torr. Pada keadaan ini maka akan terbentuk uap yang kemudian dengan cepat akan kembali dingin. Keadaan ini akan menyebabkan terbentuknya atom dan molekul carbon dan akan terbentuk kelompok yang besar. Kelompok-kelompok ini kemudian akan tumbuh menjadisingle-wall carbon nanotube. Kondisi yang menggambarkan peristiwa ini digambarkan pada gambar 9.

(a)

(b)

Gambar 9. Metode Laser Ablation^[7][8]

5. APLIKASI CARBON NANOTUBES

Berbagai komponen elektronika telah dikembangkan dengan menggunakan segala kelebihan dari carbon nanotube. Dioda sebagai salah satu komponen dasar elektronika telah diterapkan dengan menggunakan nanotube. Contoh dapat dilihat pada gambar 10. Transistor sebagai rangkaian switching juga telah dapat digantikan oleh nanotube.

Gambar 10. Penerapan Nanotube Sebagai Dioda Selain itu ultracapacitor^[11],spin transistor^[10], FET inverter^[3], dan berbagai komponen gerbang logika^[6][7] telah dikembangkan oleh para periset.Sifat konduktivitas yang baik ditunjukan oleh carbon nanotube menjadikannya dapat menggantikan sifat wire sehingga memungkinkan dikembangkan nanocircuit untuk nanocomputer^[6].Penggunaan carbon nanotube sebagai sensor juga telah dikembangkan^[9].

Gambar 11. Penggunaan Carbon Nanotube Sebagai Sensor^[9]

Carbon nanotube juga telah diimplementasikan dalam sistem nanoelektromekanikal seperti elemen memory (NRAM-dikembangkan oleh Nantero Inc) dan motor elektrik skala nano. Pakaian perang, tangga untuk kapal luar angkasa, hingga kerangka sepeda (Floyd Landis) telah memakai nanotube sebagai bahan dasarnya^[4].

Ali Tinazli adalah salah satu seorang ilmuwan yang tergabung dalam group riset dari Cellular Biochemistry Lab di Johann-Wolfgang-Goethe University of Frankfurt yang mengembangkan sistem lithography dengan menggunakan teknologi nano protein. Sistem nanolithography ini memungkinkan untuk menulis, membaca, dan menghapus data yang dapat berupa dan menggunakan susunan protein. Sistem ini akan memungkinkan pengembangan dalam bidang biosensor. Sistem nanolithography ini dapat dilihat pada gambar 12.

 

Gambar 12. Native Protein Nanolithography^[5]

6. KESIMPULAN

Teknologi nano adalah bidang teknologi yang masih tergolong baru dan akan terus berkembang. Perkembangan teknologi ini akan mengubah teknologi makro menjadi skala nano. Berbagai komponen dasar telah dikembangkan berdasarkan teknologi nano. Carbon nanotube sebagai salah satu subjek penelitian ternyata membawa masa depan yang cukup cerah karena bahan nano ini dapat diterapkan dalam merepresentasikan berbagai komponen elektronika sekarang ini ke dalam skala nano. Selain itu carbon nanotube juga memiliki kelebihan baik dalam hal kelistrikan maupun dalam hal lainnya. Berbagai teknik telah dikembangkan agar dapat menghasilkan struktur nanotube dengan cost rendah dan kualitas yang menjanjikan.

Tak hanya itu, teknologi nano tidak hanya diarahkan ke bidang elektronik saja, tetapi juga ke arah biomedical.Pengembangan ke arah biomedical terutama dalam mengembangkanbiosensor untuk berbagai macam penyakit seperti salah satunya untuk mendeteksi sel kanker. 

Baca Selengkapnya »

Seberapa Cepat Komputer Quantum?

Seberapa Cepat Komputer Quantum?

By   10:17 AM   No comments:

Selama lima dekade terakhir, prosesor komputer standar semakin cepat. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, batasan teknologi itu menjadi jelas: Komponen chip hanya bisa menjadi sangat kecil, dan dikemas begitu erat, sebelum tumpang tindih atau hubung singkat. Jika perusahaan terus membangun komputer yang selalu lebih cepat, ada sesuatu yang perlu diubah.

Salah satu kunci harapan untuk masa depan komputasi yang semakin cepat adalah bidang saya sendiri, fisika kuantum. Komputer kuantum diperkirakan akan jauh lebih cepat daripada apa pun yang telah dikembangkan era informasi sejauh ini. Namun, penelitian terbaru saya telah mengungkapkan bahwa komputer kuantum akan memiliki batasan sendiri - dan telah menyarankan cara untuk mengetahui batasannya.

Batas pemahaman

Bagi fisikawan, kita manusia hidup di dunia yang disebut "klasik". Kebanyakan orang menyebutnya "dunia", dan memahami fisika secara intuitif: Melontar bola mengirimkannya dan kemudian turun ke dalam busur yang bisa diprediksi, misalnya.

Bahkan dalam situasi yang lebih kompleks, orang cenderung memiliki pemahaman tidak sadar tentang bagaimana segala sesuatu bekerja. Kebanyakan orang kebanyakan memahami bahwa sebuah mobil bekerja dengan membakar bensin di mesin pembakaran dalam (atau mengeluarkan listrik yang tersimpan dari baterai), untuk menghasilkan energi yang ditransfer melalui roda gigi dan as roda untuk memutar ban, yang mendorong jalan untuk menggerakkan mobil ke depan. .

Di bawah hukum fisika klasik, ada batasan teoritis untuk proses ini. Tapi mereka tidak realistis tinggi: Misalnya, kita tahu bahwa mobil tidak akan pernah bisa melaju lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Dan tidak peduli berapa banyak bahan bakar di planet ini, atau berapa banyak jalan raya atau seberapa kuat metode konstruksi, tidak ada mobil yang mendekati 10 persen kecepatan cahaya.

Orang tidak pernah benar-benar menemukan batasan fisik dunia yang sebenarnya, namun ada, dan dengan penelitian yang tepat, fisikawan dapat mengidentifikasi mereka. Sampai saat ini, meskipun, para ilmuwan hanya memiliki gagasan yang agak kabur bahwa fisika kuantum juga memiliki batasan, namun tidak tahu bagaimana cara mengetahui bagaimana penerapannya di dunia nyata.

Ketidakpastian Heisenberg

Fisikawan menelusuri sejarah teori kuantum kembali ke tahun 1927, ketika fisikawan Jerman Werner Heisenberg menunjukkan bahwa metode klasik tidak bekerja untuk benda-benda yang sangat kecil, kira-kira seukuran atom individu. Saat seseorang melempar bola, misalnya, mudah menentukan dengan tepat di mana bola itu berada, dan seberapa cepat pergerakannya.

Tapi seperti ditunjukkan Heisenberg, itu tidak berlaku untuk atom dan partikel subatomik. Sebagai gantinya, seorang pengamat dapat melihat ke mana letaknya atau seberapa cepat pergerakannya - tapi keduanya tidak pada saat bersamaan. Ini adalah realisasi yang tidak nyaman: Bahkan dari saat Heisenberg menjelaskan idenya, Albert Einstein (antara lain) merasa tidak nyaman dengannya. Penting untuk disadari bahwa "ketidakpastian kuantum" ini bukanlah kekurangan peralatan pengukuran atau rekayasa, melainkan bagaimana otak kita bekerja. Kami telah berevolusi untuk menjadi terbiasa dengan bagaimana "dunia klasik" bekerja bahwa mekanisme fisik sebenarnya dari "dunia kuantum" berada di luar kemampuan kita untuk sepenuhnya memahami.

Memasuki dunia kuantum

Jika sebuah objek di dunia kuantum berpindah dari satu tempat ke tempat lain, para periset tidak dapat mengukur dengan tepat kapan ia meninggalkannya atau kapan akan tiba. Batas-batas fisika memberlakukan penundaan kecil untuk mendeteksinya. Jadi tidak masalah seberapa cepat gerakan tersebut benar-benar terjadi, maka tidak akan terdeteksi sampai sedikit kemudian. (Panjang waktu di sini sangat kecil - kuadriliun satu detik - tapi tambahkan lebih dari triliunan perhitungan komputer.)

Keterlambatan itu secara efektif memperlambat kecepatan potensial perhitungan kuantum - ini memaksakan apa yang kita sebut "batas kecepatan kuantum".

Selama beberapa tahun terakhir, penelitian, yang telah disumbangkan kelompok saya secara signifikan, telah menunjukkan bagaimana batas kecepatan kuantum ini ditentukan dalam kondisi yang berbeda, seperti menggunakan berbagai jenis bahan di medan magnet dan listrik yang berbeda. Untuk masing-masing situasi ini, batas kecepatan kuantum sedikit lebih tinggi atau sedikit lebih rendah.

Yang mengejutkan semua orang, kami bahkan menemukan bahwa kadang-kadang faktor tak terduga dapat membantu mempercepat segala sesuatunya, dengan cara yang berlawanan.

Untuk memahami situasi ini, mungkin berguna untuk membayangkan sebuah partikel bergerak melalui air: Partikel tersebut memindahkan molekul air saat ia bergerak. Dan setelah partikel itu bergerak, molekul air dengan cepat mengalir kembali ke tempat semula, tidak meninggalkan jejak bagian dari partikel tersebut.

Sekarang bayangkan partikel yang sama berjalan melalui madu. Madu memiliki viskositas lebih tinggi daripada air - ini lebih tebal dan mengalir lebih lambat - jadi partikel madu akan memakan waktu lebih lama untuk bergerak kembali setelah partikel bergerak. Tapi di dunia kuantum, aliran madu yang kembali bisa membangun tekanan yang mendorong partikel kuantum ke depan. Akselerasi ekstra ini bisa membuat batas kecepatan partikel kuantum berbeda dari perkiraan pengamat.

Merancang komputer kuantum

Karena peneliti lebih mengerti tentang batas kecepatan kuantum ini, akan mempengaruhi bagaimana pengerjaan prosesor komputer kuantum. Sama seperti para insinyur menemukan bagaimana cara mengecilkan ukuran transistor dan mengemasnya lebih dekat pada chip komputer klasik, mereka memerlukan beberapa inovasi cerdas untuk membangun sistem kuantum tercepat, beroperasi sedekat mungkin dengan batas kecepatan tertinggi.

Ada banyak hal yang peneliti ingin saya jelajahi. Tidak jelas apakah batas kecepatan kuantum begitu tinggi sehingga tidak terjangkau - seperti mobil yang bahkan tidak akan mendekati kecepatan cahaya. Dan kita tidak sepenuhnya mengerti bagaimana elemen tak terduga di lingkungan - seperti madu di contoh - dapat membantu mempercepat proses kuantum. Karena teknologi yang berbasis pada fisika kuantum menjadi lebih umum, kita perlu mencari tahu lebih banyak tentang di mana batas fisika kuantum, dan bagaimana merancang sistem yang memanfaatkan keuntungan terbaik dari apa yang kita ketahui.

Baca Selengkapnya »

Gas Serpih (Shale gas) adalah salah satu cara untuk menghasilkan listrik yang tidak berkelanjutan

Gas Serpih (Shale gas) adalah salah satu cara untuk menghasilkan listrik yang tidak berkelanjutan

By   5:40 PM   No comments:

Shale gas adalah salah satu pilihan paling tidak stabil untuk menghasilkan listrik, menurut penelitian baru dari The University of Manchester.

Dengan mempertimbangkan berbagai aspek keberlanjutan dan mengasumsikan bahwa semuanya sama pentingnya, penelitian ini menemukan bahwa gas shale secara keseluruhan menempati urutan ketujuh dari sembilan pilihan listrik. Studi tersebut juga menemukan bahwa:

Shale gas berada di antara kerabat keempat dan kedelapan dengan pilihan listrik lainnya

Untuk menjadi pilihan yang paling berkelanjutan, perbaikan besar akan dibutuhkan

Ini mencakup pengurangan 329 kali dampak lingkungan dan peningkatan 16 kali lipat dalam pekerjaan

Campuran listrik dengan gas shale lebih sedikit daripada lebih banyak akan lebih berkelanjutan

Studi utama, yang merupakan yang pertama dari jenisnya, mempertimbangkan keberlanjutan lingkungan, ekonomi dan sosial dari gas shale di Inggris dan membandingkannya dengan opsi pembangkit listrik lainnya. Ini adalah batubara, nuklir, gas alam, gas alam cair (liquefied natural gas / LNG), solar photovoltaics (PV), angin, hydro dan biomassa.

Studi yang dipublikasikan di Science of The Total Environment, membandingkan shale gas dan opsi listrik lainnya terhadap 18 indikator keberlanjutan. Dari jumlah tersebut, 11 lingkungan, tiga ekonomi dan empat sosial. Contoh indikator yang dipertimbangkan meliputi dampak perubahan iklim, pencemaran lingkungan, biaya listrik, penciptaan lapangan kerja dan persepsi publik.

Pemerintah percaya bahwa gas shale berpotensi memberi Inggris energi keamanan, pertumbuhan dan lapangan kerja yang lebih besar. Dan ini "mendorong eksplorasi yang aman dan ramah lingkungan untuk menentukan potensi ini".

Namun para peneliti menemukan bahwa untuk shale gas dianggap berkelanjutan sebagai pilihan terbaik, seperti angin dan solar PV, perbaikan besar akan dibutuhkan.

Ini termasuk pengurangan 329 kali dampak lingkungan dan 16 kali lebih tinggi di sektor ini.

Keberlanjutan lingkungan dan sosial dari gas shale juga perlu ditingkatkan hingga 100 kali agar bisa bersaing dengan gas alam domestik dan LNG impor.

Prof. Adisa Azapagic, dari Sekolah Teknik Kimia & Ilmu Analitik, mengatakan: 'Banyak negara mempertimbangkan eksploitasi gas serpih namun keberlanjutannya secara keseluruhan diperdebatkan. Studi sebelumnya berfokus terutama pada aspek lingkungan dari gas shale, sebagian besar di AS, dengan sedikit informasi mengenai aspek sosio-ekonomi.

'Untuk mengatasi kesenjangan pengetahuan ini penelitian kami, untuk pertama kalinya, tidak hanya melihat dampak lingkungan tetapi aspek ekonomi dan sosial dari gas shale juga. Ini memungkinkan kita untuk mengevaluasi keberlanjutan secara keseluruhan daripada berfokus pada isu tunggal, seperti polusi air, lalu lintas dan kebisingan, yang telah mendominasi debat mengenai gas serpih sejauh ini. '

Sementara Pemerintah dan industri saat ini ingin mengembangkan gas shale, Skotlandia telah melarang fracking dan di wilayah Inggris lainnya ada tentangan yang kuat. Ini berasal dari berbagai pemangku kepentingan, termasuk organisasi non-pemerintah (LSM), penduduk lokal dan aktivis di seluruh negeri.

Dampak terhadap lingkungan dari fracking adalah argumen utama melawan eksploitasi gas shale. Namun pendukungnya menyoroti peningkatan keamanan energi nasional dan pembangunan ekonomi sebagai keuntungan utama.

Prof Azapagic, Profesor Teknik Kimia Berkelanjutan, menambahkan: 'Hasil penelitian ini dengan jelas menunjukkan bahwa, dengan mengasumsikan kepentingan yang sama dengan aspek lingkungan, ekonomi dan sosial, gas serpih menempati urutan ketujuh dari sembilan pilihan listrik, yang berarti sebagian besar pilihan lainnya. untuk pembangkit listrik lebih berkelanjutan.

"Hasilnya juga menunjukkan bahwa setiap campuran listrik masa depan akan lebih berkelanjutan dengan pangsa yang lebih rendah daripada bagian yang lebih tinggi dari gas shale."

Tim peneliti mengatakan hasil ini sekarang dapat membantu menginformasikan kepada pembuat kebijakan Inggris, industri, LSM dan konsumen. Mereka juga akan menarik perhatian negara-negara lain mengingat eksploitasi gas shale.

###

Baca Selengkapnya »

Catalytic Converter Untuk Air yang tercemar Nitrat

Catalytic Converter Untuk Air yang tercemar Nitrat

By   9:20 AM   No comments:

Insinyur di Rice University's Nanotechnology Enabled Water Treatment (NEWT) Center telah menemukan sebuah katalis yang membersihkan nitrat beracun dari air minum dengan mengubahnya menjadi udara dan air

"Nitrat terutama berasal dari limpasan pertanian, yang mempengaruhi komunitas petani di seluruh dunia," kata insinyur kimia Rice Michael Wong, ilmuwan utama studi ini. "Nitrat adalah masalah lingkungan dan masalah kesehatan karena beracun. Ada filter pertukaran ion yang bisa mengeluarkannya dari air, tapi ini perlu disiram setiap beberapa bulan sekali untuk digunakan kembali, dan bila terjadi, air yang memerah. hanya mengembalikan dosis nitrat terkonsentrasi kembali ke persediaan air. "

Laboratorium Wong mengkhususkan diri dalam pengembangan katalis berbasis nanopartikel, potongan logam submikroskopik yang mempercepat reaksi kimia. Pada tahun 2013, kelompoknya menunjukkan bahwa bola emas kecil yang dihiasi bintik-bintik paladium bisa menghancurkan nitrit, sepupu kimia yang lebih beracun dari nitrat.

"Nitrat adalah molekul yang memiliki satu atom nitrogen dan tiga atom oksigen," Wong menjelaskan. "Nitrat berubah menjadi nitrit jika kehilangan oksigen, tapi nitrit bahkan lebih beracun daripada nitrat", jadi Anda tidak ingin berhenti dengan nitrit. Apalagi nitrat adalah masalah yang lebih umum.

"Pada akhirnya, cara terbaik untuk menghilangkan nitrat adalah proses katalitik yang menghancurkannya sepenuhnya menjadi nitrogen dan oksigen, atau dalam kasus kami, nitrogen dan air karena kami menambahkan sedikit hidrogen," katanya. "Lebih dari 75 persen atmosfer bumi adalah nitrogen gas, jadi kita benar-benar mengubah nitrat menjadi udara dan air."

Nitrat bersifat racun bagi bayi dan wanita hamil dan mungkin juga bersifat karsinogenik. Pencemaran nitrat umum terjadi pada masyarakat pertanian, terutama di Sabuk Jagung A.S. dan Lembah Tengah California, di mana pupuk banyak digunakan, dan beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa polusi nitrat sedang meningkat karena perubahan pola penggunaan lahan.

Nitrat dan nitrit keduanya diatur oleh Environmental Protection Agency, yang menetapkan batas aman untuk air minum yang aman. Di masyarakat dengan sumur dan danau yang berpolusi, yang biasanya berarti pengolahan air minum dengan resin penukar ion yang menjebak dan menghilangkan nitrat dan nitrit tanpa menghancurkannya.

Dari pekerjaan mereka sebelumnya, tim Wong tahu bahwa nanopartikel emas-paladium bukanlah katalis yang baik untuk menghancurkan nitrat. Co-author Kim Heck, seorang ilmuwan riset di laboratorium Wong, mengatakan bahwa pencarian literatur ilmiah yang dipublikasikan menunjukkan kemungkinan lain: indium dan paladium.

"Kami dapat mengoptimalkannya, dan kami menemukan bahwa mencakup sekitar 40 persen permukaan paladium dengan indium memberi kami katalisator paling aktif kami," kata Heck. "Itu sekitar 50 persen lebih efisien daripada yang lainnya yang kami temukan dalam studi yang telah diterbitkan sebelumnya. Kami bisa saja berhenti di sana, tapi kami benar-benar tertarik untuk memahami mengapa hal itu lebih baik, dan untuk itu kami harus mengeksplorasi kimia di balik reaksi ini."

Bekerja sama dengan rekan teknik kimia Jeffrey Miller dari Universitas Purdue dan Lars Grabow dari Universitas Houston, tim Rice menemukan bahwa indium mempercepat pemecahan nitrat sementara paladium tampaknya membuat indium tidak teroksidasi secara permanen.

"Indium suka teroksidasi," kata Heck. "Dari studi in situ kami, kami menemukan bahwa mengekspos katalis terhadap larutan yang mengandung nitrat menyebabkan indium menjadi teroksidasi. Tetapi ketika kita menambahkan air jenuh hidrogen, paladium mendorong beberapa oksigen tersebut untuk terikat dengan hidrogen dan membentuk air, dan yang mengakibatkan indium tersisa dalam keadaan berkurang dimana bebas untuk memisahkan lebih banyak nitrat. "

Wong mengatakan timnya akan bekerja sama dengan mitra industri dan peneliti lainnya untuk mengubah proses tersebut menjadi sistem pengolahan air yang layak secara komersial.

Baca Selengkapnya »

Teknologi gelombang otak non-invasif memperbaiki gejala stres pasca-trauma di militer

Teknologi gelombang otak non-invasif memperbaiki gejala stres pasca-trauma di militer

By   6:45 PM   No comments:

Teknologi pencitraan gelombang otak non-invasif secara signifikan mengurangi gejala stres pasca trauma pada personil militer dalam sebuah studi percontohan yang dilakukan di Wake Forest Baptist Medical Center. Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal online Medical Research Research edisi 22 Desember.

"Gejala stres pascatrauma yang sedang berjalan, baik yang didiagnosis secara klinis atau tidak, adalah masalah yang meluas di militer," kata peneliti utama studi tersebut, Charles H. Tegeler, MD, profesor neurologi di Wake Forest School of Medicine, bagian dari Wake Forest Baptist.

"Pengobatan sering digunakan untuk membantu mengendalikan gejala tertentu, namun dapat menghasilkan efek samping. Pengobatan lain mungkin tidak dapat ditoleransi dengan baik, dan sedikit yang menunjukkan manfaat untuk gangguan tidur terkait. Terapi non-invasif tambahan non-invasif diperlukan."

Menurut Departemen Urusan Veteran A.S., sekitar 31 persen veteran Vietnam, 10 persen veteran Perang Teluk (Desert Storm) dan 11 persen veteran perang di Afghanistan mengalami PTSD. Gejalanya bisa meliputi insomnia, konsentrasi yang buruk, kesedihan, re-mengalami kejadian traumatis, mudah tersinggung atau hiper-kewaspadaan, serta berkurangnya regulasi kardiovaskular otonom.

The neurotechnology yang digunakan dalam penelitian ini - Resolusi tinggi, relasional, resonansi berbasis, electroencephalic mirroring (HIRREM) - adalah pendekatan stimulasi akustik noninvasive, closed loop, dimana algoritma perangkat lunak komputer menerjemahkan frekuensi otak tertentu ke dalam nada yang terdengar secara langsung. .

Secara kiasan, ini memberi kesempatan bagi otak untuk mendengarkan dirinya sendiri melalui cermin akustik, kata Tegeler. Kemungkinan melalui resonansi antara frekuensi otak dan stimulasi akustik, otak didukung untuk melakukan penyesuaian diri terhadap keseimbangan yang membaik dan mengurangi hiperperousal, tanpa aktivitas kognitif sadar. Efek bersihnya adalah mendukung otak untuk mengatur ulang pola respons stres yang telah disesuaikan dengan kejadian traumatis berulang, fisik atau nonfisik.

HIRREM adalah merek dagang terdaftar dari Brain State Technologies yang berbasis di Scottsdale, Arizona, dan telah mendapatkan lisensi untuk Wake Forest Baptist untuk penelitian kolaboratif sejak tahun 2011.

Dalam penelitian satu tempat ini, 18 anggota layanan atau veteran baru-baru ini, yang mengalami gejala lebih dari satu sampai 25 tahun, menerima rata-rata 19½ sesi HIRREM selama 12 hari. Data gejala dikumpulkan sebelum dan sesudah sesi penelitian, dan wawancara online lanjutan dilakukan pada selang satu, tiga dan enam bulan. Selain itu, detak jantung dan pembacaan tekanan darah dicatat setelah kunjungan pertama dan kedua untuk menganalisis keseimbangan otonom hilir dengan variabilitas denyut jantung dan sensitivitas baroreflex.

"Kami mengamati pengurangan gejala pasca trauma, termasuk insomnia, mood depresi dan kecemasan yang tahan lama hingga enam bulan setelah penggunaan HIRREM, namun diperlukan penelitian tambahan untuk mengkonfirmasi temuan awal ini," katanya.

"Penelitian ini juga merupakan yang pertama melaporkan peningkatan variabilitas denyut jantung dan sensitivitas baroflekseks - tanggapan fisiologis terhadap stres - setelah menggunakan intervensi untuk anggota layanan atau veteran dengan gejala stress pasca trauma yang sedang berlangsung."

Keterbatasan penelitian mencakup jumlah peserta yang kecil dan tidak adanya kelompok kontrol. Ini juga merupakan proyek label terbuka, yang berarti bahwa baik peneliti maupun partisipan tahu perlakuan apa yang diberikan.

###

Baca Selengkapnya »

Molekul Air Bahan Perangkat Elektronik Masa depan

Molekul Air Bahan Perangkat Elektronik Masa depan

By   9:50 PM   No comments:

OAK RIDGE, Tenn., - Pendekatan baru untuk mempelajari viskositas air telah mengungkapkan wawasan baru tentang perilaku molekul air dan dapat membuka jalur untuk elektronik berbasis cairan.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi menggunakan teknik hamburan sinar-X inelastis beresolusi tinggi untuk mengukur ikatan kuat yang melibatkan atom hidrogen yang terjepit di antara dua atom oksigen. Ikatan hidrogen ini adalah fenomena mekanika kuantum yang bertanggung jawab atas berbagai sifat air, termasuk viskositas, yang menentukan ketahanan cairan terhadap aliran atau perubahan bentuk.

Sementara air adalah zat paling banyak di Bumi, perilakunya pada tingkat molekuler tidak dipahami dengan baik.

"Terlepas dari semua yang kita ketahui tentang air, ini adalah zat misterius dan atipikal yang perlu kita pahami lebih baik untuk membuka potensi besarnya, terutama teknologi informasi dan energi," kata Takeshi Egami, University of Tennessee-ORNL Distinguished Scientist / Professor working melalui Shull Wollan Center - sebuah Institut Bersama untuk Neutron Sciences, sebuah kemitraan ORNL-UT.

Studi tim, yang diterbitkan dalam Science Advances, menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menyelidiki dinamika secara langsung air dan cairan lainnya. Penelitian sebelumnya telah menyediakan foto struktur atom air, namun sedikit yang diketahui tentang bagaimana molekul air bergerak.

"Ikatan hidrogen memiliki efek yang kuat terhadap korelasi dinamis antara molekul saat mereka bergerak melalui ruang dan waktu, namun sejauh ini data, kebanyakan oleh spektroskopi laser optik, menghasilkan hasil yang luas atau 'kabur' dengan spesifisitas yang tidak jelas," kata Egami.

Untuk gambaran yang lebih jelas, tim ORNL-UT bersama menggunakan teknik sinar-X lanjutan yang dikenal sebagai  X-ray scattering inelastis untuk menentukan pergerakan molekuler. Mereka menemukan bahwa dinamika ikatan oksigen-ke-oksigen antara molekul air, secara mengejutkan, tidak acak namun sangat terkoordinasi. Ketika ikatan antara molekul air terganggu, ikatan hidrogen yang kuat bekerja untuk menjaga lingkungan yang stabil selama periode waktu tertentu.

"Kami menemukan bahwa jumlah waktu yang dibutuhkan molekul untuk mengubah molekul 'tetangganya' menentukan viskositas air," kata Egami. Penemuan

baru ini akan merangsang studi lebih lanjut tentang mengarahkan kontrol atas viskositas cairan lainnya.

Egami memandang karya saat ini sebagai batu loncatan untuk penelitian lebih lanjut yang akan memanfaatkan teknik neutron scattering di Sumber Neutron Spallation di ORNL, DOE Office of Science User Facility, untuk menentukan asal mula viskositas dan sifat dinamis lainnya pada cairan.

Pendekatan para peneliti juga dapat digunakan untuk mengkarakterisasi perilaku molekuler dan viskositas cairan ionik, atau asin, cairan dan zat cair lainnya, yang akan membantu pengembangan jenis perangkat semikonduktor baru dengan lapisan isolasi elektrolit cair, baterai yang lebih baik dan pelumas yang lebih baik. .

###

Bersama Egami, rekan penulis kertas tersebut termasuk Takuya Iwashita dan Bin Wu dari Shull Wollan Center dan UT; Wei-Ren Chen dari Pusat Wollan Shull dan ORNL; dan Satoshi Tsutsui dan Alfred Q. R. Baron dari Spring-8 / RIKEN, Japan Synchrotron Radiation Research Institute.

Penelitian ini didanai oleh DOE's Office of Science. Penyebaran sinar-x inelastis dilakukan di fasilitas radiasi sinkrotron SPring-8 di Jepang.

ORNL dikelola oleh UT-Battelle untuk DOE's Office of Science. Kantor Ilmu Pengetahuan adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat, dan sedang berupaya mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi http://science.energy.gov/.

Baca Selengkapnya »