🔬

Carbon Nanotube Designer

Design CNT structures — chirality (n,m) determines electrical properties

🔬 Coba sekarang

What Is a Carbon Nanotube?

A carbon nanotube (CNT) is a cylinder of rolled-up graphene — a single sheet of carbon atoms arranged in hexagons. The direction you roll determines everything: the tube's diameter, whether it conducts like metal or acts as a semiconductor, and its incredible mechanical strength (100x stronger than steel at 1/6 the weight).

Mengapa ini penting? By choosing chirality indices (n,m), you control whether a nanotube is metallic or semiconducting. If (n-m) is divisible by 3, it's metallic — enabling ballistic electron transport. Otherwise, it's a semiconductor with a tunable band gap, perfect for nanoscale transistors.

📖 Pelajari lebih dalam

Analogi 1

Bayangkan membungkus selembar kawat ayam ke dalam sebuah tabung. Jika Anda menggulungnya lurus, Anda mendapatkan satu pola (zigzag). Jika Anda menggulungnya secara miring, Anda mendapatkan pola yang berbeda (kiral). Gulung tepat pada sudut 30°, dan setiap baris berbaris sempurna (kursi berlengan). Pola yang Anda pilih benar-benar mengubah perilaku tabung — sama seperti pola tenunan kain menentukan apakah kain akan meregang atau tetap kaku.

Analogi 2

Bayangkan nanotube seperti keyboard piano yang digulung. Tergantung pada sudut yang Anda putar, 'kunci' (atom) yang berbeda berbaris di sepanjang keliling tabung. Ketika tombol-tombol tertentu sejajar, elektron dapat mengalir bebas melalui tabung seperti musik - itulah nanotube metalik. Ketika penyelarasannya tidak aktif, elektron terjebak pada 'nada yang salah' dan membutuhkan energi ekstra untuk bergerak — itulah semikonduktor.

🎯 Tips Simulator

Pemula

Tetapkan n=m (misalnya, 10,10) untuk membuat nanotube Kursi Berlengan — selalu terbuat dari logam dengan simetri tertinggi

Menengah

Dalam mode Tingkat Lanjut, tingkatkan Kepadatan Cacat untuk melihat bagaimana pengotor menghamburkan elektron dan mengurangi konduktansi

Ahli

Dalam mode Pakar, cobalah jenis Fungsionalisasi yang berbeda — jenis Fungsionalisasi tersebut memodifikasi kimia permukaan namun mengurangi kekuatan mekanik

📚 Glosarium

CNT
Carbon Nanotube — struktur nano silinder yang terbuat dari graphene yang digulung dengan kekuatan tarik luar biasa (baja 100x) dan konduktivitas listrik. Dapat berupa logam atau semikonduktor tergantung pada kiralitasnya.
Chirality
Indeks (n,m) yang menggambarkan bagaimana lembaran graphene digulung untuk membentuk nanotube. Vektor kiral C = n*a1 + m*a2 menentukan arah keliling, menentukan diameter, tipe elektronik, dan simetri.
Armchair
Sebuah nanotube dengan n=m, dinamai berdasarkan pola ikatan karbon sepanjang kelilingnya yang menyerupai kursi berlengan. Selalu metalik. Sudut kiral = 30°. Contoh: (10,10).
Zigzag
Sebuah nanotube dengan m=0, dinamai berdasarkan pola ikatan zigzag di sepanjang kelilingnya. Logam hanya jika n habis dibagi 3. Sudut kiral = 0°. Contoh: (10,0).
Chiral
Sebuah tabung nano dengan n≠m dan m≠0, dengan susunan heliks karbon segi enam. Kebanyakan nanotube bersifat kiral. Metalik ketika (n-m) mod 3 = 0.
Band Gap
Perbedaan energi antara pita valensi dan pita konduksi. CNT metalik memiliki celah pita nol; CNT semikonduktor memiliki Eg ≈ 0,8/d eV dengan d adalah diameter dalam nanometer.
Ballistic Transport
Elektron mengalir melalui konduktor tanpa hamburan, sehingga memungkinkan konduksi bebas hambatan. CNT logam menunjukkan transpor balistik lebih dari ratusan nanometer pada suhu kamar.
Conductance Quantum
G₀ = 2e²/h ≈ 7,75 × 10⁻⁵ S — satuan dasar konduktansi listrik. CNT logam sempurna memiliki konduktansi 2G₀ karena dua saluran konduksi.
SWCNT
Tabung Nano Karbon Berdinding Tunggal — silinder graphene gulungan tunggal, biasanya berdiameter 0,7-2 nm. Properti bergantung sepenuhnya pada kiralitas.
Graphene
Satu lapisan atom karbon dalam kisi heksagonal — lembaran 2D yang, ketika digulung, membentuk tabung nano. Memenangkan Hadiah Nobel Fisika 2010.
Van Hove Singularity
Puncak tajam dalam kepadatan elektronik keadaan sistem 1D seperti nanotube, bertanggung jawab atas penyerapan optik yang kuat pada panjang gelombang tertentu.
Functionalization
Modifikasi kimia permukaan nanotube dengan menempelkan gugus molekul (-COOH, -OH, -NH₂, PEG). Meningkatkan kelarutan dan biokompatibilitas tetapi menimbulkan cacat yang mengurangi kekuatan mekanik dan konduktansi.
CVD
Deposisi Uap Kimia — metode industri utama untuk menumbuhkan tabung nano karbon dengan menguraikan gas hidrokarbon di atas nanopartikel katalis logam pada suhu 600-1200°C.
Raman Spectroscopy
Teknik karakterisasi kunci untuk CNT menggunakan hamburan sinar laser. Pita G (~1590 cm⁻¹) menunjukkan struktur grafit; pita D (~1350 cm⁻¹) menunjukkan cacat. Rasio G/D mengukur kualitas.

🏆 Tokoh Utama

Sumio Iijima (1991)

Menemukan tabung nano karbon berdinding banyak pada tahun 1991 menggunakan mikroskop elektron transmisi di NEC Corporation, meluncurkan seluruh bidang penelitian tabung nano

Mildred Dresselhaus (1992)

'Ratu Ilmu Karbon' di MIT yang mengembangkan kerangka teoritis untuk memahami sifat elektronik nanotube berdasarkan kiral dan memelopori metode karakterisasi Raman

Richard Smalley (1996)

Peraih Nobel karena menemukan fullerene C60 yang memajukan sintesis nanotube skala besar di Rice University dan membayangkan aplikasi industri transformatifnya

Phaedon Avouris (1998)

Peneliti IBM yang membuat transistor efek medan karbon nanotube pertama, menunjukkan bahwa CNT dapat berfungsi sebagai dasar komputasi generasi berikutnya

Ray Baughman (2004)

Peneliti UT Dallas yang menciptakan benang nanotube, otot buatan, dan lembaran konduktor transparan, menjembatani kesenjangan dari keingintahuan laboratorium ke aplikasi praktis

Hongjie Dai (2000)

Profesor Stanford yang memelopori pertumbuhan CNT di permukaan, memungkinkan integrasi dengan teknologi silikon, dan mengembangkan CNT untuk pencitraan biologis dan pengiriman obat

🎓 Sumber Belajar

💬 Pesan untuk Pelajar

Tabung nano karbon adalah contoh paling elegan di alam tentang bagaimana struktur tingkat atom menentukan sifat makroskopis. Dengan hanya mengubah dua angka — indeks kiralitas (n,m) — Anda mengubah atom karbon yang sama dari kawat logam menjadi saklar semikonduktor. Simulator ini memungkinkan Anda menjelajahi hubungan luar biasa itu secara langsung. Sumio Iijima menemukan tabung ini secara tidak sengaja saat mempelajari fullerene, dan Mildred Dresselhaus menghabiskan waktu puluhan tahun untuk membangun teori yang menjelaskannya. Saat ini, penelitian bernilai miliaran dolar bertujuan untuk memanfaatkan CNT untuk segala hal mulai dari komputer ultra-cepat hingga kabel yang cukup kuat untuk membangun elevator luar angkasa. Saat Anda bereksperimen dengan kiralalitas yang berbeda, ingatlah: fisika yang mengatur tabung berukuran 1 nanometer adalah fisika yang sama yang dapat merevolusi teknologi pada skala manusia.

Mulai

Gratis, tanpa daftar

Mulai →