Bahan Hibrid

Bahan Hibrid adalah komposit yang terdiri daripada dua bahan pada skala nanometer atau molekular. Selalunya, satu daripadanya adalah organik dan satu lagi bukan organik. Oleh itu, bahan hibrid berbeza dengan komposit umum di mana bahan-bahan campuran bertindak balas diantara satu sama lain pada skala nanometer atau molekular. Kombinasi sifat hasil dari bahan hibrid termasuk keringanan, tahan hakisan, dan saiz molekular yang besar menjadikan mereka pengganti menarik bagi bahan logam. Bahan hibrid membentuk bahan multifungsi, yang dapat dihasilkan dengan menyatukan partikel tertentu yang memiliki beberapa sifat spesifik pada bahan asli. Bahan hibrid dapat memperbaiki sifat bahan yang sedia ada dengan sifat tambahan dari partikel yang disatukan.

Pengenalan

Bahan hibrid pada alam sekitar

Terdapat banyak bahan asli yang terdiri daripada bahan campur organik dan bukan organik yang didistribusikan pada skala nano. Selalunya, bahan bukan organik memberikan kekuatan mekanikal dan stuktur am kepada kepada bahan asli, dan bahagian organik memberikan ikatan diantara bahan bukan organik. Contoh biasa bahan ini adalah tulang^[1].

Perkembangan bahan hibrid

Bahan hibrid pertama yang terhasil daripada komponen organik dan bukan organik digunakan pada beribu tahun dahulu. Getah contohnya adalah salah satu bahan bukan organik yang digunakan sebagai pengisi bagi polimer organik. Proses larutan-gel yang dihasilkan pada tahun 1930 adalah salah satu sebab perkembangan bahan hibrid menjadi lebih luas.

Perbezaan nanokomposit dan bahan hibrid

Istilah nanokomposit digunakan bila stuktur unit bahan-bahan yang dicampurkan menghasilkan bahan bersaiz nano dengan sifat komposit, di mana sifat asli bahan yang dicampurkan tersebut masih lagi hadir dan tidak berubah dalam bahan komposit yang terhasil. Namun, jika sifat baru terhasil dari tindak balas bahan yang dicampurkan tersebut, bahan ini menjadi hibrid.

Sintesis

Terdapat beberapa cara-cara penghasilan bahan hibrid. Contohnya seperti kaedah larutan-gel, kopresipitasi, dan hidroterma.

Larutan-gel

Kaedah sol-gel adalah proses sintesis di mana sebatian polimer dibubarkan dalam pelarut ke permukaan substrat untuk membentuk gel. Kaedah ini asasnya melibatkan tiga langkah^[2];

Pembentukan reaksi bahan monomer yang berlainan oleh hidrolisis apabila air suling ditambah,
Polikondensasi bahan monomer tersebut untuk membentuk larutan yang likat (larutan),
Hidrolisis tambahan untuk membantu pempolimeran dan penyambungan silang bahan campuran tersebut yang membentuk matriks 3 dimensi (gel).

Contohnya, kaedah larutan-gel digunakan bagi mensintesis bahan hibrid dari barium titanat dan tabung nano karbon (BTO/CNT)^[3].

Kopresipitasi

Kaedah kopresipitasi bertujuan untuk mencapai kehomogenan kimia bahan dengan mencampurkan ion pada tahap molekul di bawah keadaan terkawal.

Contohnya, tabung nano karbon dan karboksil-besi (II,III) oxida (COOH-Fe₃O₄). Bahan hibrid ini diperolehi dalam reaktor dengan pengadukan mekanikal berkelajuan tinggi dan tambahan larutan kimia sebelum reaksi kopresipitasi.^[4]

Hidroterma

Kaedah hidroterma adalah menarik untuk mensintesis bahan hibrid kerana kesan yang wujud bersama dengan suhu, tekanan, dan reagen pada keseimbangan reaksi dapat mensintesis sampel yang diingini sementara menghalang pembangunan komposisi yang tidak diinginkan yang lain.

Karakterisasi

Pelbagai kaedah pencirian yang digunakan bagi mengenalpasti penghasilan bahan hibrid.

Pengimbas Mikroskop Elektron, digunakan untuk memerhati stuktur, morfologi, dan distibusi saiz sampel.
Spektroskopi Inframerah Fourier, digunakan untuk mengenalpasti kehadiran kumpulan fungsi tertentu dalam sampel dianalisis
Difraksi Sinar-X, digunakan untuk menyiasat tahap kekristalan bahan seperti fasa kristal dan ukuran saiz kristal.
Spektroskopi fotoelektron sinar-X, digunakan untuk mengenalpasti tahap kemurnian bahan.
Spektroskopi Raman, digunakan untuk memberikan informasi tentang pembentukan kimia bahan.

Aplikasi

Bahan hibrid boleh digunakan bagi aplikasi dalam teknologi kejuruteraan seperti elektronik, optik, ionik, mekanik, tenaga, biologi, dan perubatan.

Contohnya bahan hibrid ini boleh digunakan dalam fabrikasi alat elektronik, dan peranti pemisahan, salutan pintar berfungsi, bahan bakar dan sel solar, pemangkin, sensor.

Rujukan

^ Kickelbick, Guido & , Editor. (2007). Hybrid Materials: Synthesis, Characterization, and Applications.
^ Vijatović Petrović, M.M. & Bobić, J.D. & Stojanović, B. (2008). History and Challenges of Barium Titanate: Part I. Science of Sintering. 40. . 10.2298/SOS0802155V.
^ Melvin, Gan Jet Hong & Ni, Qing-Qing & Natsuki, Toshiaki. (2014). Electromagnetic wave absorption properties of barium titanate/carbon nanotube hybrid nanocomposites. Journal of Alloys and Compounds. 615. 84–90. 10.1016/j.jallcom.2014.06.191.
^ Baykal, Abdulhadi & Şenel, Mehmet & Unal, Bayram & Karaoglu, Ebubekir & Sözeri, Hüseyin & Toprak, Muhammet. (2013). Acid Functionalized Multiwall Carbon Nanotube/Magnetite (MWCNT)-COOH/Fe3O4 Hybrid : Synthesis, Characterization and Conductivity Evaluation. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 23. 726-735. 10.1007/s10904-013-9839-4.

[1] Kickelbick, Guido & , Editor. (2007). Hybrid Materials: Synthesis, Characterization, and Applications.

[2] Vijatović Petrović, M.M. & Bobić, J.D. & Stojanović, B. (2008). History and Challenges of Barium Titanate: Part I. Science of Sintering. 40. . 10.2298/SOS0802155V.

[3] Melvin, Gan Jet Hong & Ni, Qing-Qing & Natsuki, Toshiaki. (2014). Electromagnetic wave absorption properties of barium titanate/carbon nanotube hybrid nanocomposites. Journal of Alloys and Compounds. 615. 84–90. 10.1016/j.jallcom.2014.06.191.

[4] Baykal, Abdulhadi & Şenel, Mehmet & Unal, Bayram & Karaoglu, Ebubekir & Sözeri, Hüseyin & Toprak, Muhammet. (2013). Acid Functionalized Multiwall Carbon Nanotube/Magnetite (MWCNT)-COOH/Fe3O4 Hybrid : Synthesis, Characterization and Conductivity Evaluation. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 23. 726-735. 10.1007/s10904-013-9839-4.

[1]

[2]

[3]

[4]