14 Penggunaan Nanoteknologi yang Tidak Dikenal | Manfaat Dan Aplikasi

Istilah 'nanoteknologi' pertama kali diciptakan oleh Profesor Norio Taniguchi pada tahun 1974. Dia menggambarkan proses semikonduktor yang menunjukkan kontrol karakteristik pada urutan nanometer.

Seberapa kecilkah satu nanometer? Rambut manusia memiliki lebar sekitar 50 mikrometer. Satu nanometer sama dengan 50.000 dari lebar rambut.

Nanoteknologi modern dimulai pada tahun 1981 ketika para ilmuwan mengembangkan pemindaian mikroskop terowongan untuk "melihat" atom individu.

Apa Sebenarnya Nanoteknologi itu?

Nanoteknologi adalah ilmu pengetahuan, teknologi, dan rekayasa yang dilakukan pada skala nano, antara 1 dan 100 nanometer. Ini bisa menjadi topik yang rumit dengan penemuan baru yang dibuat setiap hari.

Nanoteknologi dapat memberikan wawasan yang belum pernah ada sebelumnya tentang material dan peralatan dan kemungkinan berdampak pada berbagai bidang, termasuk fisika perangkat, ilmu material, kimia supramolekul, ilmu koloid, serta teknik listrik dan mesin.

Topik tersebut dapat dijelaskan lebih baik dengan memberikan penjelasan yang jelas dan ringkas tentang aplikasi nanoteknologi. Kami telah membuat daftar beberapa penggunaan nanoteknologi yang kurang populer dan keuntungannya, yang menunjukkan bagaimana mereka benar-benar memengaruhi kehidupan kita sehari-hari.

14. Nanoteknologi dalam Industri Makanan

Peran nanoteknologi dalam berbagai aspek sektor pangan | Kredit:Perbatasan 

Selama dua dekade terakhir, aplikasi nanoteknologi telah muncul dengan meningkatnya kebutuhan penggunaan partikel nano di berbagai bidang mikrobiologi makanan dan ilmu makanan, termasuk pemrosesan makanan, pengemasan, keamanan, identifikasi patogen bawaan makanan, dan perpanjangan masa simpan produk makanan. .

Partikel rekayasa nano yang digunakan dalam industri makanan, misalnya, meminimalkan kebocoran karbon dioksida dalam minuman berkarbonasi, mengurangi lemak, dan meningkatkan nilai gizi. Mereka juga menjaga aliran keluar kelembapan dan mengontrol pertumbuhan bakteri agar makanan tetap segar.

Teknik pengemasan cerdas yang dikombinasikan dengan sensor skala nano memungkinkan pendeteksian makanan yang terkontaminasi serta keberadaan bakteri dan pestisida.

Saat ini, bahan berskala nano digunakan untuk meningkatkan rasa, tekstur, dan warna makanan. Nanopartikel titanium dioksida, silikon dioksida, dan silika amorf digunakan sebagai bahan tambahan makanan.

Dalam industri makanan, aplikasi komersial nanopartikel diharapkan tumbuh pada tingkat yang signifikan karena sifat baru dan uniknya. Dengan demikian, paparan nanopartikel pada manusia akan terus meningkat, dan dampak kesehatan terkait akan tetap menjadi perhatian utama publik.

13. Komunikasi Molekuler

Nanomachine adalah perangkat yang berfungsi penuh yang dapat melakukan banyak tugas seperti aktuasi, penginderaan, penyimpanan data, dan komputasi. Agar lebih efektif dan efisien, mesin-mesin ini harus saling berhubungan dalam bentuk jaringan.

Komunikasi molekuler adalah paradigma dalam jaringan komunikasi nano, yang menggunakan molekul untuk komunikasi antar mesin nano. Sistem ini menggunakan ketidakhadiran atau keberadaan jenis molekul tertentu untuk mengkodekan data secara digital.

Ia bekerja dengan mengirimkan molekul ke dalam media (seperti air atau udara) untuk transmisi. Sinyal komunikasi membutuhkan sedikit energi dan dapat dibuat biokompatibel. Selain itu, teknik ini tidak bergantung pada antena ukuran tertentu.

Karena komunikasi molekuler diilhami oleh komunikasi di antara bahan biologis, ia menawarkan berbagai aplikasi biomedis dan lingkungan.

Komunikasi Nano di dalam tubuh manusia, misalnya, dapat memiliki beberapa aplikasi kesehatan, seperti rekayasa jaringan, peningkatan sistem kekebalan, Brain-Machine Interface, dan pengiriman obat yang ditargetkan.

Para ilmuwan saat ini sedang mengerjakan model untuk komunikasi ujung ke ujung antara mesin bio-nano.

Baca:Antarmuka Brain-to-Brain Pertama Memungkinkan 3 Orang Berbagi Pikiran Langsung Ke Kepala Satu Sama Lain

12. Menumbuhkan Sel Saraf

Kredit gambar:Sebastian Kaulitzki/Shutterstock

Kemampuan regenerasi sel saraf dalam tubuh secara signifikan dapat mengurangi efek trauma dan penyakit. Para ilmuwan sedang mengerjakan nanoteknologi untuk meningkatkan regenerasi sel saraf.

Mereka telah menunjukkan bagaimana nanopartikel magnetik dapat digunakan untuk menghasilkan tegangan mekanik untuk merangsang pemanjangan akson (atau serabut saraf). Mereka juga telah menjelaskan bagaimana serat nano yang selaras dapat menyediakan matriks bioaktif tempat sel-sel saraf dapat beregenerasi.

Baca:Peralatan Medis Baru Gunakan Medan Magnet untuk Percepat Pemulihan Otot

Beberapa penelitian telah membuktikan bahwa nanotube karbon memfasilitasi pertumbuhan penuh neuron dan pembentukan sinapsis baru. Namun, pertumbuhan ini tidak sembarangan dan tidak terbatas.

11. Panel Surya yang Lebih Baik

Karena minat global terhadap energi hijau terus meningkat, para ilmuwan terus mempelajari cara-cara untuk meningkatkan efisiensi sel surya. Selama beberapa tahun terakhir, beberapa kemajuan dalam nanoteknologi telah diintegrasikan ke dalam panel surya untuk meningkatkan efisiensi sekaligus mengurangi biaya produksi dan pemasangannya.

Nanopartikel silikon, khususnya, telah terbukti bermanfaat:mereka memiliki kerapatan curah yang rendah, keadaan permukaan aktif, dan karakteristik fotoluminesen yang unik. Oleh karena itu, nanopartikel ini juga digunakan dalam semikonduktor terintegrasi, perangkat tampilan luminescent, sel energi surya, dan baterai lithium-ion.

Kemajuan terbaru dalam sel surya berbasis graphene telah menghasilkan 20% lebih sedikit reflektansi dan setidaknya 40% lebih banyak konversi energi dibandingkan dengan sel surya tradisional.

Baca:Nanopartikel Emas Dapat Meningkatkan Penyimpanan Energi Matahari

10. NanoArt

Patung nano yang dibuat oleh Jonty Hurwitz

Ilmuwan menjadi seniman, berkat 'NanoArt'. Ini adalah karya seni yang dibuat pada skala molekul dan atom. Ini menggambarkan struktur nano alami atau sintetis yang diamati oleh mikroskop elektron di laboratorium.

Untuk membuat seni nano, para ilmuwan pertama-tama menganalisis tekstur molekul dan atom, menangkap gambar mikroskopisnya, dan menyesuaikan gambar yang dihasilkan untuk menghasilkan karya seni yang unik. Salah satu tujuan seni tersebut adalah untuk membiasakan orang dengan benda-benda kecil yang berguna dan kemajuan dalam sintesisnya.

Pada tahun 2015, Jonty Hurwitz mengembangkan metode baru untuk menghasilkan patung nano menggunakan fotogrametri dan litografi multifoton. Hurwitz adalah seniman kreatif yang kini dikenal karena bentuk manusia terkecil yang pernah dibuat menggunakan nanoteknologi.

9. Diagnostik dan Perawatan Medis

Metode diagnostik berbasis nanoteknologi dapat memberikan dua manfaat utama –

• Pengujian cepat, yang memungkinkan dokter melakukan tes diagnostik dan memulai perawatan dalam satu hari.
• Deteksi penyakit serius pada tahap awal, yang dapat membantu dokter menghentikan penyakit lebih awal, dengan lebih sedikit kerusakan pada pasien.

Sebagai contoh, para ilmuwan sedang mengembangkan nanopartikel yang disebut NanoFlares untuk mendeteksi sel-sel kanker dalam aliran darah. Nanopartikel ini dirancang untuk mengikat target genetik dalam sel kanker dan menghasilkan sinyal fluoresen saat target tertentu ditemukan.

Contoh bagus lainnya adalah sensor nanopore yang dapat mengidentifikasi partikel virus individu. Sensor nanopore yang dikombinasikan dengan teknik kecerdasan buatan dapat memberikan deteksi virus yang cepat dan tepat.

Teknologi ini juga dapat digunakan untuk memerangi infeksi:para peneliti telah mengembangkan prototipe pembalut kateter yang menggabungkan nanopartikel klorheksidin heksametafosfat. Dapat menghambat pertumbuhan bakteri dan mengurangi kolonisasi luka. Dalam waktu dekat, jenis molekul ini dapat digunakan dalam bahan perawatan luka untuk mengendalikan infeksi.

Baca:Kapsul Obat Baru Dapat Memberikan Insulin Dan Mengganti Suntikan

8. Meningkatkan Ketersediaan Bahan Bakar

Nanoteknologi dapat mengatasi kekurangan bahan bakar fosil (bensin dan solar) dengan berbagai cara –

• Dapat meningkatkan jarak tempuh mesin.
• Ini dapat secara efisien dan ekonomis menghasilkan bahan bakar dari bahan baku konvensional.

Nanomaterial adalah kandidat luar biasa untuk berbagai sistem biofuel karena sifatnya yang unik seperti aktivitas katalitik, daya tahan, stabilitas, tingkat kristalinitas yang tinggi, dan penyimpanan yang efisien, yang secara kolektif dapat membantu mengoptimalkan sistem secara keseluruhan.

Nanoteknologi yang dikombinasikan dengan gasifikasi, pirolisis, pencernaan anaerobik, transesterifikasi, dan hidrogenasi telah terbukti ekonomis dan efisien, namun masih banyak terbatas pada laboratorium dan skala kecil. Mereka akan segera (mungkin dalam tiga dekade mendatang) menggantikan sistem tradisional pada skala komersial.

Beberapa katalis nano oksida logam, termasuk kalsium oksida, titanium, strontium oksida, dan magnesium oksida, telah dibuat dengan kinerja katalitik yang tinggi untuk memproduksi biodiesel. Katalis nano berbasis karbon juga memiliki potensi besar untuk produksi biodiesel dari berbagai bahan baku.

Baca:Reaktor Katalitik Baru Ubah Gas Rumah Kaca Menjadi Bahan Bakar Industri

7. Tampilan Dan Perangkat Optoelektronik

Quantum Dots dengan emisi bertahap dari ungu ke merah tua | Wikimedia Commons

Kawat nano silikon dan tabung nano karbon memungkinkan untuk mengembangkan tampilan konsumsi energi rendah. Karena struktur nano ini sangat konduktif, mereka dapat digunakan dalam tampilan emisi lapangan dengan efisiensi yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Dalam OLED, bahan nano dan teknik fabrikasi nano digunakan untuk membuat elektroda transparan dan mengemas OLED untuk melindunginya dari kerusakan eksternal (seperti air).

Para ilmuwan telah berhasil mengembangkan beberapa nanometer graphene sebagai perilaku transparan, yang membuka jalan bagi OLED yang murah dan fleksibel.

Transistor pemancar cahaya organik (alternatif untuk OLED) dapat membuka pintu baru dalam optoelektronik organik dan berfungsi sebagai testbeds untuk mengatasi masalah fotonik mendasar seperti pendinginan eksiton dan kehilangan foton.

Baca:Peneliti Membuat Piksel Terkecil Untuk Layar Tampilan Fleksibel Besar

Quantum Dots — partikel semikonduktor kecil berukuran beberapa nanometer — keduanya elektro-aktif (electroluminescent) dan foto-aktif (photoluminescent). Sifat fisiknya yang unik menjadikannya bahan yang menjanjikan untuk tampilan generasi berikutnya.

Dibandingkan dengan OLED dan bahan luminescent organik, bahan berbasis titik kuantum memiliki masa pakai yang lebih lama, warna yang lebih murni, serta konsumsi daya dan biaya produksi yang lebih rendah.

6. Komputasi Dan Penyimpanan Memori

Kemajuan proses pembuatan nanometer-semikonduktor 

Dengan nanoelektronika, prosesor komputer dapat dibuat lebih kuat daripada yang mungkin dilakukan dengan metode fabrikasi semikonduktor tradisional. Para ilmuwan saat ini sedang mempelajari sejumlah teknik — termasuk jenis nanolitografi baru — dan cara menggunakan bahan nano, seperti molekul kecil dan kawat nano sebagai pengganti komponen CMOS konvensional.

Mereka telah mampu mengembangkan transistor efek medan menggunakan kawat nano semikonduktor heterostruktur dan nanotube karbon semikonduktor.

Raksasa teknologi memulai produksi memori nanoelektronik pada awal 2010-an. Pada tahun 2013, Samsung memproduksi memori flash NAND sel multi-level 10 nanometer. Pada tahun 2017, Perusahaan Manufaktur Semikonduktor Taiwan memproduksi memori SRAM menggunakan proses 7 nanometer.

Baca:Memori Komputer Tipe Baru Dapat Menggantikan RAM dan Flash Drive yang Ada

5. Ilmu Nano Kuantum

Ilmu nano kuantum mengacu pada cabang ilmu fisika dan nanoteknologi yang memanfaatkan mekanika kuantum untuk mengeksplorasi efek kuantum yang koheren dalam struktur nano yang direkayasa.

Dalam beberapa tahun terakhir, kuantum telah mengambil makna baru karena meningkatnya penelitian terhadap realisasi komputer kuantum. Saat ini, fenomena mekanika kuantum — seperti koherensi kuantum, superposisi, dan keterjeratan — direkayasa dalam skala nano.

Aplikasi di area ini termasuk komputasi kuantum, simulator kuantum, komunikasi kuantum, dan penginderaan kuantum.

Baca: 18 Fakta Paling Menarik Tentang Komputer Quantum

4. Smartphone Pengisian Cepat Dan Kendaraan Listrik

Baru-baru ini, upaya substantif telah difokuskan pada pengembangan bahan elektroda berstruktur nano, yang dapat meningkatkan sistem penyimpanan energi canggih seperti baterai lithium-ion.

Beberapa peneliti telah menemukan dichalcogenides logam transisi dua dimensi yang dapat digunakan sebagai superkapasitor. Bahannya kecil dan memungkinkan transfer elektron lebih cepat, memungkinkan pengisian dan pemakaian yang lebih cepat. Ini terbuat dari kabel setebal nanometer dengan lapisan cangkang bahan 2D.

Ada banyak contoh seperti itu. Sebuah perusahaan yang berbasis di Israel bernama StoreDot membuat bahan nano, yang (dikombinasikan dengan senyawa organik eksklusif) berpotensi menjadi standar pengisian cepat tertinggi di berbagai industri, termasuk ponsel pintar, kendaraan listrik, dan peralatan rumah tangga.

Kombinasi unik dari kepadatan energi dan pengisian cepat telah membuka pintu baru untuk baterai flash generasi berikutnya. Menurut perusahaan, baterai ponsel cerdas dan baterai flash kendaraan listrik mereka (dibuat dengan senyawa organik yang tidak mudah terbakar) dapat diisi daya masing-masing dalam 60 detik dan 5 menit (dengan jangkauan 300 mil).

3. Lapisan Nano dan Permukaan Berstrukturnano

Lapisan nano hidrofobik 

Pelapisan dengan ketebalan yang dikendalikan pada skala atomik atau nano telah menjadi umum akhir-akhir ini. Aplikasi terbaru termasuk pelapis nanopartikel oksida yang secara katalitik menghancurkan bahan kimia, dan jendela yang dapat membersihkan sendiri (dilapisi dengan titanium dioksida aktif) yang dirancang untuk menjadi antibakteri dan anti air.

Lapisan menengah skala nano memberikan ikatan yang unggul dan pencocokan bergradasi dari sifat termal dan elastis, sehingga meningkatkan daya rekat. Jenis lapisan ini juga meningkatkan lapisan keras tahan aus dan gores.

Selain itu, kontrol porositas yang ditingkatkan pada skala nano telah membuat tekstil menjadi jauh lebih baik:ini memungkinkan kain tahan air, bernapas, dan tahan noda.

Baca:Permukaan Anti Air Dapat Mendidih Air Secara Efektif Saat Tetap Dingin

2. Eksplorasi Luar Angkasa

Kredit:NASA

Nanoteknologi dapat membuat penerbangan luar angkasa lebih praktis. Kemajuan terbaru dalam nanomaterial telah membantu para insinyur membuat pesawat ruang angkasa yang ringan dan mengurangi jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk mengirim roket ke luar angkasa.

Bahan baru yang digabungkan dengan nanorobot dan nanosensor dapat lebih meningkatkan kinerja wahana antariksa dan pakaian antariksa. Para ilmuwan menggunakan bahan berbasis karbon nanotube untuk mengurangi berat pesawat ruang angkasa sambil mempertahankan kekuatan strukturalnya.

Tabung nano karbon ini dapat mengaktifkan sel surya ringan yang menggunakan tekanan sinar matahari (cahaya yang dipantulkan pada sel surya) untuk mendorong wahana antariksa. Ini menghemat lebih banyak bahan bakar selama misi antarplanet. Selain itu, nanosensor onboard dapat memantau tingkat jejak bahan kimia di stasiun luar angkasa untuk menganalisis kinerja sistem pendukung kehidupan.

1. Kualitas Udara dan Air Lebih Baik

Nanoteknologi digunakan dalam dua cara utama untuk mengurangi polusi udara.

1. Katalis – saat ini digunakan dan terus ditingkatkan.
2. Membran berstruktur nano – saat ini sedang dikembangkan.

Katalis yang terbuat dari nanopartikel digunakan untuk secara efektif mengubah uap yang keluar dari pabrik industri dan kendaraan menjadi gas yang tidak berbahaya.

Membran berstrukturnano, di sisi lain, dapat digunakan untuk memisahkan CO2 dari aliran pembuangan pabrik industri. Tujuannya adalah untuk mengembangkan teknologi yang dapat diterapkan di semua jenis pembangkit listrik tanpa perkuatan yang mahal.

Demikian pula, nanoteknologi juga digunakan untuk mengatasi tiga masalah utama dalam kualitas air.

1. Hapus polusi air industri dari air tanah.
2. Hapus garam atau logam dari air.
3. Tingkatkan filter standar untuk menghilangkan sel virus secara efektif.

Dalam kasus pertama, nanopartikel mengubah bahan kimia yang mencemari menjadi solusi yang tidak berbahaya. Ini adalah proses murah yang dapat digunakan untuk menjangkau kontaminan yang tersebar di kolam bawah tanah.

Baca:Teknologi Filtrasi Baru Tingkatkan Pemurnian Air Limbah, Jadikan Hemat Energi

Untuk masalah kedua, teknik deionisasi berdasarkan elektroda nanofiber menjanjikan untuk mengurangi kebutuhan energi dan biaya untuk mengubah air garam menjadi air minum. Dalam kasus ketiga, filter yang lebarnya hanya beberapa nanometer digunakan untuk menghilangkan sel virus dari air.