Riset Produksi Partikel Nano Industrial

Partikel berukuran sepersejuta milimeter atau partikel nano, kini digunakan secara luas dalam berbagai produk canggih. Partikel nano antara lain digunakan dalam teknik pengecatan, pelapisan permukaan, panel sel surya, sukucadang mikro-elektronik, katalisator dan kedokteran modern. Produksi partikel nano secara industrial masih terus disempurnakan.

Produksi massal partikel nano tidak dapat dilakukan dengan mengggiling material berukuran besar. Prosedur semacam itu makan waktu lama dan mahal. Juga dengan proses penggilingan hanya dapat diperoleh partikel nano dalam jumlah kecil dan terbatas. Para peneliti di Universitas Duisburg-Essen mengembangkan metode produksi partikel nano dari material berbentuk gas.

Produksi dari fase gas

Para peneliti di Universitas Duisburg-Essen memproduksi partikel nano dalam skala industrial dengan secara langsung membuatnya dari partikel gas. Tim yang dipimpin professor Christof Schulz, gurubesar untuk pembakaran dan dinamika gas di Universitas Duisburg-Essen, mengembangkan tiga macam prosedur produksi dalam fase gas. Ketiga prosedur memiliki satu kesamaan, yakni mendinginkan materialnya secara tiba-tiba dan mengkondesasikannya dalam fase gas.

Prof. Schulz menjelaskan : “Kami dapat menggambarkannya seperti uap air lewat jenuh, yang tiba-tiba menjadi tidak stabil dan membentuk kabut. Serupa pada logam dalam bentuk gas, yang juga dapat membentuk butiran kecil atau terkondensasi menjadi partikel. Jika ini didinginkan akan terbentuk partikel padatan.“

Prosedurnya memerlukan teknologi tinggi. Pendinginan gas secara tiba-tiba, direkayasa oleh para peneliti, dengan mengalirkan gas panas secara mendadak pada kondisi hampa udara atau vakum. Dalam prosesnya tercipta tekanan amat rendah.

Hartmut Wiggers, pimpinan kelompok kerja sintesa partikel nano, menunjukkan sebuah reaktor yang dilengkapi perangkat injeksi material dalam bentuk gas panas. Wiggers menjelaskan prosedurnya :“Spuyer injeksinya berdiameter amat kecil sekitar 0,5 milimeter. Lewat spuyer ini kami sedot  gas dari reaktor dalam kondisi hampa udara. Di belakangnya terdapat spuyer injeksi kedua, yang disebut pemancar molekular. Pancaran melebihi kecepatan suara memecah gas dalam ukuran partikel, melewati instalasi ini.“

Partikel nano bersangkutan mendingin amat cepat. Dalam waktu kurang dari satu milidetik, gasnya mendingin amat drastis dari 2.700 derajat Celsius, menjadi hanya tinggal sekitar 100 derajat Celsius. Karena kecepatannya amat tinggi, partikelnya tidak saling bertabrakan dan tidak dapat menggumpal.

Tiga metode pembuatan gas

Tiga metode yang dikembangkan di Universitas Duisburg-Essen untuk memproduksi partikel nano, terutama memiliki perbedaan dalam cara dan proses pembuatan gasnya sebelum disedot ke instalasi hampa udara. Masing-masing produksi gas  dalam reaktor pembakar, reaktor berdinding panas dan reaktor mikrowave-plasma. Ketiganya memiliki kekhasan masing-masing, untuk memenuhi keperluan yang berbeda-beda.

Reaktor pembakaran, terutama dimanfaatkan untuk memproduksi oksida logam. Christof Schulzt menjelaskan lebih lanjut :“Oksida memiliki pemanfaatan spektrum luas. Misalnya untuk membuat cat lebih tahan gores. Atau oksida yang bersifat katalis aktif. Biasanya digunakan untuk mengubah gas, misalnya dari methan menjadi hidrokarbon bermutu lebih tinggi.“

Jika tidak menghendaki terbentuknya oksida logam, digunakan reaktor dinding panas, dimana gas dilewatkan pada pipa bersuhu amat tinggi. Schulz menambahkan: “Dengan itu dapat diolah dalam situasi tanpa oksigen. Dalam sistem semacam itu kami memproduksi misalnya partikel silisium, yang dapat dibuat material penyimpan memori untuk baterai Lithium Ion.“

Sementara reaktor mikrowave-plasma pada prinsipnya bekerja seperti perangkat oven mikrowave yang digunakan di rumah tangga, namun dalam bentuk khusus. Ketiga jenis reaktor itu instalasinya masing-masing seukuran rumah besar bertingkat dua. Kapasitas produksinya rata-rata puluhan kilogram partikel nano per jam.

Untuk kebutuhan industri, partikel nano dipasok dalam bentuk cairan yang dikemas dalam kantong plastik. Pertimbangannya, industri lebih mudah memanfaatkan partikel nano yang terlarut dalam cairan. Selain itu, dalam bentuk debu kering, partikel berukuran sepersejuta milimeter itu dikhawatirkan dapat menjadi risiko bagi kesehatan manusia.

Fabian Schmidt/Agus Setiawan

Editor : Marjory Linardy