PENGARUH ENKAPSULASI SILIKON ATAU GERMANIUM PADA BNNT TERHADAP PARAMETER NMR DENGAN DFT oleh Nanda Mahmudi*), Kasmui, dan Agung Tri Prasetya

PENGARUH ENKAPSULASI SILIKON ATAU GERMANIUM PADA BNNT TERHADAP

PARAMETER NMR DENGAN DFT

Nanda Mahmudi*), Kasmui, dan Agung Tri Prasetya

Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Semarang

Gedung D6 Kampus Sekaran Gunungpati Telp. (024)8508112 Semarang 50229

ABSTRAK

BNNT ( Baron nitrite nanotube) adalah nanomaterial yang menjanjikan sebagai bahan alternatif pembuatan alat elektronik memori. BNNT bersifat semikonduktor dengan gap lebar 5,5 eV. Penelitian ini bertujuan mengetahui enkapsulasi unsur Si dan Ge pada sifat BNNT beberapa metode. BNNT mengenkapsulasi unsur Si dan Ge kemudian menghitung NMR BNNT. Energi pada struktur BNNT yang mengenkapsulasi dengan unsur Si atau Ge lebih stabil daripada struktur BNNT awal yaitu energi optimasi BNNT -4150338,591 kJ/mol sedangkan energi optimasi BNNT yang mengenkapsulasi Si -4901393,759 kJ/mol dan energi optimasi BNNT mengenkapsulasi Ge -9543412.112 kJ/mol.

PENDAHULUAN

Nanomaterial menunjukkan sifat-sifat luar biasa dan diharapkan dapat mewujudkan bahan semikonduktor yang berukuran lebih kecil dengan biaya produksi yang lebih rendah, namun memiliki kemampuan tinggi, misalnya adalah carbon nanotube (CNT). BNNT struktur yang mirip dengan struktur CNT dimana unsur C diganti dengan unsur B dan unsur N. BNNTmemiliki celah konstan ~5,5 eV. Ini disebabkan karenabeberapa dari muatan elektron  pada boron berpindah ke nitrogen sehingga ikatan yang terbentuk tidak benar-benar kovalen, tetapi memiliki sifat ionik.

BNNT memiliki beberapa sifat lain, misalnya modulus elastis yang tinggi, stabilitas struktural yang tinggi, kemampuan antioksidasi, dan senyawa inert. BNNT memiliki kekakuan yang luar biasa, dengan modulus Young's ~1.2 TPa. Kekakuan dan modulus Young's pada BNNT diharapkan dapat dikembangkan menjadi bahan alternatif pengganti CNT sebagai bahan yang banyak digunakan untuk membangun sirkuit komputer, khususnya

perangkat memori yang tahan terhadap panas. BNNT memiliki sifat elektronik hampir seragam yang tidak dipengaruhi oleh diameter dan kiralitas dan mengalami ketahanan oksidasi tinggi. Hasil penelitian terakhir menunjukkan bahwa BNNT murni tahan terhadap oksidasi sampai 1.100oC.

Berbagai penelitian tentang BNNT telah dilakukan untuk mengubah sifat BNNT menjadi feromagnetik seperti penelitian yang dilakukan oleh Temer S. Ahmadi, Ahmad Seif dan Goodarz M. R, 2010. Temer, secara khusus telah melakukan perhitungan ab initio pada

karbon, silikon, dan germanium yang tersubstitusi pada BN nanotube. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Temer S. Ahmadi, Ahmad Seif dan Goodarz M. R, 2010 menyatakan bahwa unsur karbon (C), silikon (Si) dan germanium (Ge) yang disubtitusikan satu unsur B atau unsur N dalam BNNT dapat menginduksi magnetisasi spontan pada nanotube. Temer, et al mempertimbangkan tujuh model dari (10,0) zigzag singlewall BNNT dengan jarak 1,0 nm.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa parameter ICS (isotropic chemical shielding) dan ACS (anisotropic chemical shielding), unsur C, Ge dan Si yang tersubtitusi kedalam BNNT dan menggantikan satu unsur B atau unsur N, unsur dopan meluas keluar dari permukaan nanotube, membentuk struktur tetrahedral dengan tiga unsur tetangganya. Panjang ikatan mengalami kenaikan mulai dari unsur C ke unsur Si dan kemudian ke unsur Ge tetapi sudut ikatan yang terbentuk mengalami penurunan untuk unsurunsur BNNT yang berikatan pada unsur C, Si dan Ge. Model (10,0) BNNT murni, parameter NMR dibagi kedalam beberapa lapisan yang terkecil jika dibandingkan dengan B.2, B.2, B.4 dan B.5, tapi N.1 mempunyai nilai ICS yang terbesar jika dibandingkan dengan N.2, N.2, N.4 dan N.5. Oleh karena itu, pada lapisan B.1 mempunyai kerapatan elektron yang terendah dan pada lapisan N.1 mempunyai kerapatan elektron yang tertinggi.

METODE PENELITIAN

Pemodelan struktur BNNT murni dilakukan dengan cara menggambar struktur boron nitrite nanotube pada program Material Studio 4.4 dan memilih build, kemudian pilih singlewall nanostruktur dan build boron nitrite nanotube, kemudian struktur BNNT disimpan pada file MDL molfile (mol). Pemodelan struktur BNNT yang akan mengenkapsulasi Si atau Ge dilakukan dengan cara membuka file BNNT hasil optimasi menggunakan perangkat lunak GaussView 03, kemudian Si atau Ge dienkapsulasi ke dalam BNNT.

Optimasi struktur BNNT murni dapat dilakukan dengan menjalankan GaussView 03, kemudian membuka file (mol) yang sudah disimpan. Calculate dipilih, selanjutnya pilih Gaussian. Pada job type dipilih optimasi dan metode yang digunakan adalah DFT, B3LPY dengan basis set STO-3G. Save as output dengan memilih submit dan disimpan dalam BNNT file Gaussian job file (gjf). Optimasi struktur BNNT yang mengenkapsulasi Si atau Ge dapat dilakukan dengan cara yang dengan optimasi struktur BNNT murni. Perhitungan NMR untuk  BNNT murni dapat dilakukan dengan menjalankan GaussView 03, kemudian membuka file (mol) BNNT murni yang telah dioptimasi. Pilih Calculate, selanjutnya pilih Gaussian. Pada job type dipilih NMR dan metode yang digunakan adalah DFT, B3LPY dengan basis set STO-3G.

HASIL DAN PEMBAHASAN

BNNT yang mengenkapsulasi unsur Si atau Ge mempunyai energi optimasi lebih kecil dibandingkan dengan BNNT murni dan BNNT yang mengenkapsulasi unsur Ge mempunyai

energi optimasi lebih kecil daripada BNNT yang mengenkapsulasi Si. Ketika BNNT mengenkapsulai unsur Si atau Ge, struktur BNNT tersebut menjadi lebih stabil dari pada struktur BNNT yang tidak mengenkapsulasi unsur Si atau Ge.

Parameter NMR dari struktur BNNT yang mengenkapsulasi unsur Si atau Ge, nilai isotropi untuk BNNT yang mengenkapsulasi unsur Si mengalami penurunan pada lapisan N.1 sampai lapisan N.3 dan mengalami kenaikan pada lapiasan N.4 sedangkan nilai anisotropi mengalami penurunan. Nilai isotropi pada lapisan B.1 sampai B.4 juga mengalami penurunan sedangkan untuk anisotropi mengalami penurunan jika dibangdingkan dengan nilai NMR pada struktur BNNT. Pada struktur BNNT yang mengenkapsulasi dengan unsur Ge mempunyai perubahan nilai NMR yang signifikan dibandingkan dengan BNNT yang mengenkapsulasi dengan unsur Si. Hal ini disebabkan karena unsur Ge mempunyai jarijari unsur yang lebih besar daripada jari-jari pada unsur Si.

SIMPULAN

Nilai NMR pada struktur BNNT yang mengenkapsulasi dengan Si menujukkan perubahan, nilai isotropi untuk atom nitrogen dan boron mengalami penurunan dan nilai anisotropi juga mengalami penurunan jika dibandingkan dengam struktur BNNT. Besar medan magnet BNNT adalah 489,47913 T.

Energi pada struktur BNNT yang mengenkapsulasi dengan unsur Si atau Ge lebih stabil daripada struktur BNNT awal yaitu energi optimasi BNNT -4150338,591 kJ/mol sedangkan energi optimasi BNNT yang mengenkapsulasi Si -4901393,759 kJ/mol dan energi optimasi BNNT mengenkapsulasi Ge -9543412.112 kJ/mol.