Perkembangan Material Nanostruktur untuk Infrastruktur

Keberadaan infrastruktur pada sebuah negara termasuk Indonesia merupakan hal yang diperlukan. Era globalisasi saat ini, dengan adanya infrastruktur yang memadai dapat membuat negara tersebut lebih maju atau setara dengan negara lain. Namun, dalam membangun dan mengembangkan infrastruktur pada sebuah negara tidaklah mudah, terdapat banyak masalah yang menghambat. Masalah ini akan selalu ada, tetapi cara suatu negara untuk mengatasinya yang dapat membedakannya.

Material Nanostruktur

        Material nanostruktur terdiri dari carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphene, graphene oxide, dan fullerene. Merupakan elemen menjanjikan yang dapat digunakan di banyak bidang praktis. Salah satu aplikasi dari material nanostruktur adalah menggunakannya untuk membuat berbagai bahan komposit termasuk karbon/polimer, karbon/keramik, karbon/semen, dan komposit karbon/logam(Hanus, M. J., & Harris, A. T. (2013)).

       Material infrastruktur merupakan material yang paling umum digunakan dalam peradaban modern. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa, dengan penambahan material karbon berstruktur nano, kinerja material infrastruktur secara keseluruhan dapat dimodifikasi dari berbagai perspektif. Bahan karbon berstruktur nano diyakini akan mengubah struktur pori dan proses hidrasi bahan semen sehingga mengubah sifat mekanik atau memfungsikan bahan infrastruktur.

       Penelitian tentang karbon berstruktur nano dalam material infrastruktur sedang berkembang. Dalam penelitian sebelumnya, kemajuan pesat dan peningkatan bahan nano karbon canggih telah menyebabkan banyak penelitian untuk bahan konstruksi. Nanoteknologi telah menunjukkan manfaat yang menjanjikan dalam memberdayakan pembangunan infrastruktur dengan penguatan mekanis dan banyak fungsi lainnya.

Perkembangan Nanostruktur 

       Sifat mekanik selalu menjadi prioritas pertama yang perlu diperhatikan sebelum suatu bahan konstruksi dapat digunakan di lapangan. Penerapan bahan berstruktur nano karbon sebagai penguat telah dipelajari dan diterima sebagai cara yang efektif untuk meningkatkan sifat mekanik bahan infrastruktur(Siddique, R., & Mehta, A. (2014)). 

      Saat ini, kebutuhan penginderaan diri telah menjadi karakteristik penting untuk mewujudkan konstruksi cerdas. Komposit karbon/semen berstruktur nano, sebagai bahan infrastruktur penginderaan mandiri yang menjanjikan, sudah diselidiki dalam beberapa tahun ini. Secara teknis, realisasi komposit karbon/semen berstruktur nano penginderaan mandiri berasal dari evaluasi variasi konduktivitas/resistivitas. Karena sifat dari listrik. komposit karbon/semen berstruktur nano dapat diubah dengan perubahan kondisi eksternal. Hal ini dapat secara akurat mencerminkan tidak hanya kondisi eksternal konstruksi tetapi juga kondisi bagian dalam komposit(Chung, D. D. L. (2012)).

      Meskipun beberapa penelitian telah menunjukkan kinerja aspal secara keseluruhan dapat dimodifikasi dengan menambahkan CNT atau CNF, studi tentang material aspal yang dimodifikasi oleh GO masih sangat terbatas. Selain itu, masih terdapat beberapa permasalahan bottleneck yang belum terselesaikan pada aspal/komposit material karbon berstruktur nano, seperti cara efektif membubarkan CNT atau CNF pada aspal, cara menggunakan GR atau GO untuk memodifikasi aspal, dan cara ketahanan aspal yang dimodifikasi adalah. Pertanyaan-pertanyaan ini akan menjadi tren studi masa depan untuk komposit aspal/nano karbon.

      Melalui pengukuran piezoresistivitas, penelitian lain menunjukkan sensitivitas tekanan berbeda dengan arah pembebanan yang berbeda, yaitu gaya tekan dan tarik . Pada penelitian ini dipastikan bahwa hambatan listrik meningkat dengan pembebanan tarik, sedangkan hambatan listrik menurun dengan pembebanan kompresi. Selain itu, sensitivitasnya ditentukan oleh konsentrasi CNT. Selain arah pembebanan, pengaruh rasio air/pengikat terhadap piezoresistivitas komposit CNT/semen juga diselidiki. Dinyatakan bahwa rasio air/pengikat yang rendah mempunyai efek positif pada sensitivitas piezoresistif (Kim, H. K., Park, I. S., & Lee, H. K. (2014)).

Pemanenan Energi

      Penyelidikan karbon/semen berstruktur nano sebagai bahan pemanen energi sangat terbatas, beberapa penelitian masih dilakukan untuk menguji kinerja piezoelektrik. Resistivitas piezoresistivitas komposit CNT/semen diwujudkan dengan perubahan tulang punggung atau saluran terowongan jaringan CNT sesuai dengan perubahan medan gaya eksternal yang dapat mengakibatkan perubahan konduktivitas listrik dan mencerminkan kondisi eksternal atau internal infrastruktur beton; namun, piezoelektrik diwujudkan dengan mengubah status polarisasi komposit CNT/semen di bawah medan gaya eksternal dan menghasilkan medan listrik terinduksi untuk mewujudkan pemanenan energi. (Gong, H., Zhang, Y., Quan, J., & Che, S. (2011)). 

     Selain kinerja piezoelektrik, kinerja termoelektrik komposit CNT/semen juga diselidiki baru-baru ini. Namun, gradien suhu antara kedua ujung sampel dan nilai sampel tidak disajikan, yang berarti penerapan dan efisiensi transfer masih sangat terbatas. Meskipun beberapa penelitian telah menunjukkan kinerja termoelektrik dari komposit serat karbon/semen [64, 65], kinerja termoelektrik dari komposit karbon/semen berstruktur nano masih dalam tahap awal. Komposit CNT/semen, CNF/semen, atau GR/semen dapat digunakan sebagai perangkat termoelektrik potensial dalam aplikasi masa depan.

     Komposit karbon/semen berstruktur nano dapat digunakan sebagai komposit penginderaan mandiri karena kemampuannya mencerminkan perubahan medan gaya eksternal melalui kinerja piezoresistivitas spesifiknya. Sebagai komposit penginderaan mandiri, sensitivitas dan stabilitas komposit merupakan tantangan utama dalam penelitian masa depan. Untuk mendapatkan komposit yang memiliki sensitivitas piezoelektrik tinggi dan kinerja stabil dalam siklus pembebanan berulang masih perlu diselidiki secara sistematis.

    Untuk penyelidikan konversi termoelektrik, gradien suhu antara kedua ujung dan nilai komposit tidak diselidiki secara sistematis. Selain itu, penyelidikan komposit CNF/semen atau GR/semen yang digunakan sebagai perangkat termoelektrik potensial harus dieksplorasi dalam penyelidikan masa depan. Untuk konstruksi piezoelektrik, efisiensi konversi merupakan masalah kemacetan terpenting yang harus diselesaikan sebelum dapat diterapkan secara luas di lapangan.

Chaipanich, A., Nochaiya, T., Wongkeo, W., & Torkittikul, P. (2010). Compressive strength and microstructure of carbon nanotubes–fly ash cement composites. Materials Science and Engineering: A, 527(4-5), 1063-1067.

Chung, D. D. L. (2012). Carbon materials for structural self-sensing, electromagnetic shielding and thermal interfacing. Carbon, 50(9), 3342-3353.

Gong, H., Zhang, Y., Quan, J., & Che, S. (2011). Preparation and properties of cement based piezoelectric composites modified by CNTs. Current Applied Physics, 11(3), 653-656.

Hanus, M. J., & Harris, A. T. (2013). Nanotechnology innovations for the construction     industry. Progress in materials science, 58(7), 1056-1102.

Kim, H. K., Park, I. S., & Lee, H. K. (2014). Improved piezoresistive sensitivity and stability of CNT/cement mortar composites with low water–binder ratio. Composite Structures, 116, 713-719.

Siddique, R., & Mehta, A. (2014). Effect of carbon nanotubes on properties of cement mortars. Construction and Building Materials, 50, 116-129.

Penulis: Raditya Rizky Riyadhi