Mikroskop elektron

          

Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektro statikdan elektro magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.

Ada banyak macam mikroskop elektron dengan cara kerja yang berbeda pula. Berikut ini adalah jenis mikroskop elektron yang biasa digunakan saat ini.

·         Mikroskop transmisi elektron (TEM)

Pengertian

Mikroskop transmisi elektron (Transmission electron microscope-TEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang cara kerjanya mirip dengan cara kerja proyektor slide, di mana elektron ditembuskan ke dalam obyek pengamatan dan pengamat mengamati hasil tembusannya pada layar.

Cara kerja

Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan kinerja hingga mampu menghasilkan resolusi hingga 0,1 nm (atau 1 angstrom) atau sama dengan pembesaran sampai satu juta kali. Meskipun banyak bidang-bidang ilmu pengetahuan yang berkembang pesat dengan bantuan mikroskop transmisi elektron ini.

Adanya persyaratan bahwa “obyek pengamatan harus setipis mungkin” ini kembali membuat sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama yang memiliki obyek yang tidak dapat dengan serta merta dipertipis. Karena itu pengembangan metode baru mikroskop elektron terus dilakukan.

Preparasi sediaan

Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut :

1. melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida.

2. pembuatan sayatan, yang bertujuan untuk memotong sayatan hingga setipis mungkin agar mudah diamati di bawah mikroskop. Preparat dilapisi dengan monomer resin melalui proses pemanasan, kemudian dilanjutkan dengan pemotongan menggunakan mikrotom. Umumnya mata pisau mikrotom terbuat dari berlian karena berlian tersusun dari atom karbon yang padat. Oleh karena itu, sayatan yang terbentuk lebih rapi. Sayatan yang telah terbentuk diletakkan di atas cincin berpetak untuk diamati.

3. pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan logam berat seperti uranium dan timbal.

·         Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)

Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM) adalah merupakan salah satu tipe yang merupakan hasil pengembangan dari mikroskop transmisi elektron (TEM).Pada sistem STEM ini, electron menembus spesimen namun sebagaimana halnya dengan cara kerja SEM, optik elektron terfokus langsung pada sudut yang sempit dengan memindai obyek menggunakan pola pemindaian dimana obyek tersebut dipindai dari satu sisi ke sisi lainnya (raster) yang menghasilkan lajur-lajur titik (dots)yang membentuk gambar seperti yang dihasilkan oleh CRT pada televisi / monitor.

·         Mikroskop pemindai elektron (SEM)

Mikroskop pemindai elektron (SEM) yang digunakan untuk studi detail arsitektur permukaan sel (atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi.

Cara kerja

Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT(cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.

Preparasi sediaan

Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut :

1. melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida.

2. dehidrasi, yang bertujuan untuk memperendah kadar air dalam sayatan sehingga tidak mengganggu proses pengamatan.

3. pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan logam mulia seperti emas dan platina.

D. Mikroskop pemindai lingkungan elektron (ESEM)

Mikroskop ini adalah merupakan pengembangan dari SEM, yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Environmental SEM (ESEM) yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi syarat sebagai obyek TEM maupun SEM.

Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah bahan alami yang ingin diamati secara detail tanpa merusak atau menambah perlakuan yang tidak perlu terhadap obyek yang apabila menggunakat alat SEM konvensional perlu ditambahkan beberapa trik yang memungkinkan hal tersebut bisa terlaksana.

Cara kerja

Pertama-tama dilakukan suatu upaya untuk menghilangkan penumpukan elektron (charging) di permukaan obyek, dengan membuat suasana dalam ruang sample tidak vakum tetapi diisi dengan sedikit gas yang akan mengantarkan muatan positif ke permukaan obyek, sehingga penumpukan elektron dapat dihindari.

Hal ini menimbulkan masalah karena kolom tempat elektron dipercepat dan ruangfilamen di mana elektron yang dihasilkan memerlukan tingkat vakum yang tinggi. Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan memisahkan sistem pompa vakum ruang obyek dan ruang kolom serta filamen, dengan menggunakan sistem pompa untuk masing-masing ruang. Di antaranya kemudian dipasang satu atau lebih piringan logamplatina yang biasa disebut (aperture) berlubang dengan diameter antara 200 hingga 500 mikrometer yang digunakan hanyauntuk melewatkan elektron , sementara tingkat kevakuman yang berbeda dari tiap ruangan tetap terjaga.

Teknik pembuatan preparat yang digunakan pada mikroskop elektron

Materi yang akan dijadikan objek pemantauan dengan menggunakan mikroskop elektron ini harus diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan suatu sampel yang memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai preparat pada mikroskop elektron.

Teknik yang digunakan dalam pembuatan preparat ada berbagai macam tergantung pada spesimen dan penelitian yang dibutuhkan, antara lain :

• Kriofiksasi yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan teknik pembekuan spesimen dengan cepat yang menggunakan nitrogen cair ataupunhelium cair, dimana air yang ada akan membentuk kristal-kristal yang menyerupai kaca. Suatu bidang ilmu yang disebut mikroskopi cryo-elektron (cryo-electron microscopy) telah dikembangkan berdasarkan tehnik ini. Dengan pengembangan dari Mikroskopi cryo-elektron dari potongan menyerupai kaca (vitreous) atau disebut cryo-electron microscopy of vitreous sections (CEMOVIS), maka sekarang telah dimungkinkan untuk melakukan penelitian secara virtual terhadap specimen biologi dalam keadaan aslinya.
• Fiksasi – yaitu suatu metode persiapan untuk menyiapkan suatu sampel agar tampak realistik (seperti kenyataannya ) dengan menggunakan glutaraldehiddan osmium tetroksida.
• Dehidrasi – yaitu suatu metode persiapan dengan cara menggantikan air dengan bahan pelarut organik seperti misalnya ethanol atau aceton.
• Penanaman (Embedding) – yaitu suatu metode persiapan dengan cara menginfiltrasi jaringan dengan resin seperti misalnya araldit atau epoksi untuk pemisahan bagian.
• Pembelahan (Sectioning)- yaitu suatu metode persiapan untuk mendapatkan potongan tipis dari spesimen sehingga menjadikannya semi transparanterhadap elektron. Pemotongan ini bisa dilakukan dengan ultramicrotomedengan menggunakan pisau berlian untuk menghasilkan potongan yang tipis sekali. Pisau kaca juga biasa digunakan oleh karena harganya lebih murah.
• Pewarnaan (Staining) – yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan metal berat seperti timah, uranium, atau tungsten untuk menguraikan elektron gambar sehingga menghasilkan kontras antara struktur yang berlainan di mana khususnya materi biologikal banyak yang warnanya nyaris transparan terhadap elektron (objek fase lemah).
• Pembekuan fraktur (Freeze-fracture) – yaitu suatu metode persiapan yang biasanya digunakan untuk menguji membran lipid. Jaringan atau sel segar didinginkan dengan cepat (cryofixed) kemudian dipatah-patahkan atau dengan menggunakan microtome sewaktu masih berada dalam keadaan suhu nitrogen ( hingga mencapai -100% Celsius).

Patahan beku tersebut lalu diuapi dengan uap platinum atau emas dengan sudut 45 derajat pada sebuah alat evaporator en:evaporator tekanan tinggi.

• Ion Beam Milling – yaitu suatu metode mempersiapkan sebuah sampel hingga menjadi transparan terhadap elektron dengan menggunakan cara pembakaranion( biasanya digunakan argon) pada permukaan dari suatu sudut hingga memercikkan material dari permukaannya. Kategori yang lebih rendah dari metode Ion Beam Milling ini adalah metode berikutnya adalah metodeFocused ion beam milling, dimana galium ion digunakan untuk menghasilkan selaput elektron transparan pada suatu bagian spesifik pada sampel.
• Pelapisan konduktif (Conductive Coating) – yaitu suatu metode mempersiapkan lapisan ultra tipis dari suatu material electrically-conducting . Ini dilakukan untuk mencegah terjadinya akumulasi dari medan elektrik statis pada spesimen sehubungan dengan elektron irradiasi sewaktu proses penggambaran sampel. Beberapa bahan pelapis termasuk emas, palladium(emas putih), platinum, tungsten, graphite dan lain-lain, secara khusus sangatlah penting bagi penelitian spesimen dengan SEM.

E. Mikroskop refleksi elektron (REM)

Reflection Electron Microscope (REM), adalah mikroskop elektron yang memiliki cara kerja yang serupa dengan cara kerja TEM, namun sistem ini menggunakan deteksi pantulan elektron pada permukaan objek. Tehnik ini secara khusus digunakan dengan menggabungkannya dengan tehnik refleksi difraksi elektron energi tinggi (Reflection High Energy Electron Diffraction) dan tehnik Refleksi pelepasan spektrum energi tinggi (reflection high-energy loss spectrum – RHELS)

F. Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM)

Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM) ini adalah merupakan Variasi lain yang dikembangkan dari teknik yang sudah ada sebelumnya, dan digunakan untuk melihat struktur mikro dari medan magnet.

Pembuatan film dengan mikroskop ESEM

Dengan melakukan penambahan peralatan video maka pengamat dapat melakukan pengamatan dengan mikroskop elektron secara terus menerus pada obyek yang hidup.

Sebuah perusahaan film dari Perancis bahkan berhasil merekam kehidupan makhluk kecil dan memfilmkannya secara nyata. Dari beberapa film yang dibuat, film berjudul Cannibal Mites memenangkan beberapa penghargaan di antaranya Edutainment Award (Jepang 1999), Best Scientific Photography Award (Perancis 1999), dan Grand Prix Best Popular and Informative Scientific Film (Perancis 1999). Film ini ditayangkan juga di stasiun televisi Zweites Deutsches Fernsehen Jerman, Discovery Channel di AS dan Britania Raya. Kini perusahaan yang sama tengah menggarap film seri berjudul “Fly Wars” yang rata-rata memakai sekitar lima menit pengambilan gambar dengan ESEM Pada film tersebut dapat dilihat dengan detail setiap lembar bulu yang dimiliki lalat dalam pertempurannya.

Komponen-komponen mikroskop terdiri dari:

1.          Lensa okuler

Merupakan bagian yang dekat dengan mata pengamat saat mengamati objek. Lensa okuler terpasang pada tabung atas mikroskop. Perbesaran pada lensa okuler ada tiga macam, yaitu 5x, 10x, dan 12,5x.

2.          Tabung mikroskop

Merupakan penghubung lensa okuler dan lensa objektif. Tabung terpasang pada bagian bergerigi yang melekat pada pegangan mikroskop sebelah atas. Melalui bagian yang bergerigi, tabung dapat digerakkan ke atas dan ke bawah.

3.          Makrometer (sekrup pengarah kasar)

Merupakan komponen untuk menggerakkan tabung mikroskop ke atas dank e bawah dengan pergeseran besar.

4.          Mikrometer (sekrup pengarah halus)

Merupakan komponen untuk menggerakkan tabung ke atas dan ke bawah dengan pergeseran halus.

5.          Revolver

Merupakan pemutar lensa untuk menempatkan lensa objektif yang dikehendaki.

6.          Lensa objektif

Merupakan komponen yang langsung berhubungan dengan objek atau specimen. Lensa objektif terpasang pada bagian bawah revolver.
Perbesaran pada lensa objektif bervariasi, bergantung pada banyaknya lensa objektif pada mikroskop. Misalnya, ada perbesaran lensa objektif 10x dan 40x (mikroskop dengan dua lensa objektif); 4x, 10x, dan 40x (mikroskop dengan tiga lensa objektif); dan 4x, 10x, 45x, dan 400x (mikroskop dengan empat lensa objektif).

7.          Panggung mikroskop

Merupakan meja preparat atau tempat sediaan obek/specimen.
Pada bagian tengah panggung mikroskop terdapat lubang untuk jalan masuk cahaya ke mata pengamat.

Panggung digunakan untuk meletakkan sediaan objek atau specimen. Pada panggung terdapat dua penjepit untuk menjepit object glass. Pada beberapa mikroskop lain, panggung dapat digerakkan ke atas dan ke bawah.

8.          Diafragma

Merupakan komponen untuk mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk melalui lubang pada panggung mikroskop. Diafragma ini terpasang pada bagian bawah panggung mikroskop.

9.          Kondensor

Merupakan alat untuk memfokuskan cahaya pada objek atau specimen. Alat ini terdapat di bawah panggung.

10.      Lengan mikroskop

Merupakan bagian yang dapat dipegang waktu mengangkat mikroskop atau menggeser mikroskop.

11.      Cermin reflektor

Digunakan untuk menangkap cahaya yang masuk melalui lubang pada panggung mikroskop, yakni dengan cara mengubah-ubah letaknya. Cermin ini memiliki permukaan datar dan permukaan cekung. Permukaan datar digunakan jika sumber cahaya cukup terang dan permukaan cekung digunakan jika cahaya kurang terang.

12.       Kaki mikroskop

Merupakan tempat mikroskop bertumpu. Kebanyakan kaki mikroskop berbentuk seperti tapal kuda.

Mempersiapkan Mikroskop

1.             Mikroskop diambil dari tempat penyimpanan mikroskop dengan menggunakan kedua tangan saat mengambil dan membawa mikroskop ke meja. Satu tangan memegang lengan mikroskop dan tangan lain memegang kaki mikroskop.

2.              Mikroskop ditempatkan di meja dengan kedudukan datar dan dihadapkan kearah cahaya.

3.             Sekrup pemutar besar diputar hingga tabung mikroskop turun sampai ke batas bawah.

4.             Revolver diputar sehingga lensa objektif dengan pembesaran lemah (missal 10x) tepat pada posisinya atau tepat berada di atas lubang panggung.

5.             Diafragma dibuka secara penuh. Kedudukan cermin diatur agar cahaya yang masuk terpantul melalui lubang pada panggung sehingga melalui lensa okuler akan tampak lingkaran cahaya yang terangnya merata. Lingkaran cahaya tersebut dikenal sebagai bidang pandang.

Cara Penggunaan Mikroskop
1. Jarak mata-okuler:

Untuk mencegah kelelahan mata, diperlukan penjagaan jarak antara mata dan okuler. Untuk menentukan jarak ini, mata mendekati okuler dari suatu jarak maksimum sekitar 1 cm. Jarak optimum dicapai pada saat medan pandang tampak sebesar-besarnya dan setajam-tajamnya. Selain itu, mata yang sebelah lagi harus tetap terbuka.

2. Pengamatan dimulai dengan menggunakan lensa objektif dengan pembesaran lemah (misal 10x).

3. Sambil mengamati melalui lensa okuler, sekrup pemutar kasar diputar secara perlahan agar tabung mikroskop naik. Pada saat demikian, gambar dapat teramati meskipun belum begitu jelas. Untuk memperoleh gambit yang lebih jelas, sekrup pemutar halus diputar sehingga dapat diamati gambar yang lebih jelas dan lebih fokus.

4. Setelah mengamati gambar dengan menggunakan lensa objektif dengan pembesaran lemah (10x), objek yang sama coba diamati dengan menggunakan lensa dengan pembesaran yang lebih kuat (missal 40x) dengan cara memutar revolver sehingga lensa objektif 40x tepat mengarah ke lubang pada panggung.

Hal yang perlu diingat: selama pengamatan dengan pembesaran kuat tidak boleh mempergunakan sekrup pemutar kasar, untuk mendapatkan gambar yang baik (fokus) cukup digunakan sekrup pemutar halus.

Perawatan Mikroskop

1.      Memegang mikroskop dengan kedua tangan ketika mengangkatnya.

2.      Memulai pengamatan dengan pembesaran lemah sebelum menggunakan pembesaran kuat.

3.      Tidak memutar tombol dengan kasar.

4.      Menghilangkan kotoran pada lensa mikroskop:
Seringkali gambar mikroskop tetap kabur meski telah diusahakan penyetelan focus halus. Ini seringkali disebabkan lensa depan objektif yang kotor dan/atau lensa okuler. Untuk memastikan pada bagian mana lensa kotor, pertama-tama lensa okuler diputar, dan kemudian, bila perlu, lensa objektif diputar sambil mengamati cuplikan untuk menentukan kapan lapisan kotoran yang kabur bergerak. Kemudian lensa yang kotor dibersihkan dengan kertas transerat atau kertas lensa. Kondensor yang kotor pun dapat mengaburkan gambar.

Ketika membersihkan lensa depan objektif, harus diingat bahwa lensa terpasang pada perekat yang dapat melarut dalam pelarut organic. Oleh karena itu, lebih baik jika digunakan air suling untuk menghilangkan kotoran; jika tidak bisa, digunakan pelarut organik yang mudah menguap sesedikit mungkin, misalnya benzene atau eter minyak bumi.

5.      Memastikan mikroskop dalam keadaan kering, sebelum dan sesudah digunakan.

 Menghitung Pembesaran Gambar

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa sebuah mikroskop memiliki dua macam lensa, yaitu lensa okuler dan lensa objektif. Kedua lensa tersebut memiliki ukuran pembesaran tertentu. Pembesaran total untuk panjang tabung yang digunakan diperoleh dari pembesaran pada objektif dikalikan dengan pembesaran yang tertera pada okuler.

perbesaran objektif x perbesaran okuler = perbesaran total

10 x 8 = 80 x

10 x 12,5 = 125 x

40 x 8 = 320 x

40 x 12,5 = 500 x

Perbesaran total 80-125x (perbesaran rendah) dan 320-500x (perbesaran tinggi) yang diberikan pada contoh sudah cukup untuk memenuhi persyaratan normal. Perbesaran rendah (3,5 x 8 atau 3,5 x 12,5, yaitu perbesaran total 30-40x) dapat memperlihatkan tampak umum dari suatu cuplikan dan biasanya digunakan untuk pengamatan pertama pada seluruh cuplikan.

ECVT, Teknologi Fotokopi 3 Dimensi

Dunia industri energi, perminyakan dan kimia di Amerika digemparkan dengan rilis teknologi terapan anyar yang dikeluarkan oleh Ohio State University. Adalah ECVT, atau electrical capacitance volume tomography, sebuah teknologi yang menggunakan sensor medan listrik statis yang bisa menampilkan gambar 3 dimensi dari tingkah laku gas dan partikel di dalam reaktor tertutup. Teknologi ini mengadopsi cara scanning atau fotokopi yang bisa melihat secara real time dan 3 dimensi gerak gas dan partikel di dalam boiler maupun reaktor industri. ECVT ini memiliki akurasi yang tinggi, dan menjadi cikal bakal teknologi berbasis clean energy.

Teknologi yang lahir di “research center” yang tidak lebih dari sebuah ruangan kecil di sebuah warnet di Tangerang ini telah dipatenkan oleh Dr. Warsito, yang menjadi penemunya. Para industriawan dan ilmuwan teknologi terapan bisa menggunakan ECVT ini untuk observasi komposisi bahan di dalam reaktor kimia di industri, kelakuan minyak di pengilangan, kepekatan gas di reaktor untuk instalasi tenaga listrik, kelakuan gas di dalam reaktor nuklir, dan masih banyak reaktor terapan lainnya yang bertekanan tinggi dan suhu tinggi. Teknologi yang sama bisa diterapkan pula ke dalam berbagai bidang dari kedokteran, pertambangan, proses kimia hingga body scan untuk keperluan security.
Sebagaimana rumah sakit yang memakai USG maupun MRI untuk mengetahui gejala penyakit di dalam tubuh, maka kalangan industri pun memerlukan teknologi yang sama. Yaitu menggunakantomography untuk mengetahui apa yang terjadi di dalam boiler, tangki reaktor maupun reaktor tekanan tinggi secara akurat dan real time. Demikian ditekankan oleh Dr. Warsito, yang menjadi penemu sekaligus pemilik paten teknologi ECVT ini.
Sistem ECVT diperlihatkan seperti di Gambar 1. Sistem ini bisa melihat tembus secara 4 dimensi: 3 dimensi hasil rekonstruksi dan online/realtime. Sistem ECVT ini terdiri dari sistem sensor, sistem data akuisisi dan perangkat komputer untuk kontrol, rekonstruksi data dan display. Gambar 2 memperlihatkan hasil deteksi kelakuan “Boiling Sand“: Ini dihasilkan dari snapshot imaging dengan kecepatan 1/100 detik menggunakan ECVT terhadap pasir yang sedang “mendidih” di dalam reaktor pemrosesan partikel katalis. Teknologi yang sama bisa digunakan untuk melakukan pencitraan terhadap aktifitas di dalam gunung berapi atau semburan lumpur dari kebocoran sumur gas miliki Lapindo seperti yang terjadi di Sidoarjo.

Gambar 1: Skema sistem ECVT – Melihat tembus secara 4 dimensi: Terdiri dari sistem sensor, sistem data akuisisi dan perangkat komputer untuk kontrol, rekonstruksi data dan display

Gambar 2 “Boiling Sand”: Hasil snapshot imaging dengan kecepatan 1/100 detik menggunakan ECVT terhadap pasir yang sedang “mendidih” di dalam reaktor pemrosesan partikel katalis
Dr. Warsito meraih gelar doktor dari Universitas Shizuoka Jepang tahun 1997. Dia memulai research tomography ini sejak tahun 1991 ketika masih menjadi mahasiswa S1. Ketika itu Dr. Warsito mengembangkan Ultrasound Tomography untuk tujuan yang sama yaitu mendeteksi kepekatan gas dan partikel di dalam reaktor multi fase.
Teknologi tomography ini kemudian dibawa ke Amerika bekerja sama dengan Profesor L. S. Fan dari OSU dengan merintis teknologi tomography baru berbasis medan listrik statis. Profesor Fan sendiri semula tidak percaya dan bahkan tidak memahami temuan canggih ini. Tetapi setelah Dr. Warsito mendapat pengakuan dari asosiasi teknik kimia di Amerika dan juga asosiasi industri minyak di sana, baru Profesor Fan tertarik. Profesor Fan kini menjadi terkenal karena ECVT, meskipun telah dipatenkan oleh Dr. Warsito yang beralamat di Tangerang. Paten ECVT tersebut bernomor 60/664,026 tahun 2005 dan 60/760,529 tahun 2006 yang terdaftar dalam dokumen paten AS.
Bangsa Indonesia harus bangga dengan temuan yang bisa diaplikasikan langsung secara luas di dunia industri ini. Temuan atas teknologi pencitraan secara 3 dimensi sempat menjadi headlines di media electronik maupun cetak yang menyangkut sains dan teknologi di seluruh dunia belum lama ini. Berita yang pertama kali dirilis oleh Ohio State Research News pada tanggal 27 Maret 2006 itu kemudian dikutip oleh ScienceDaily (AS), Scenta (Inggris), Chemical Online, Electronics Weekly dan hampir seluruh media pemberitaan iptek di segala bidang dari energi, kedokteran, fisika, biologi, kimia, industri, elektronika hingga nano-teknologi dan antariksa di seluruh dunia. Akankah Dr. Warsito menjadi penerima Nobel di bidang ini? Semoga. (mbu)
Ringkasan:
- Teknologi ECVT adalah teknologi scanning atau fotokopi yang bisa melihat secara real time dan 3 dimensi gerak bahan di dalam boiler, reaktor industri, pipa, dsb. meskipun bertekanan dan bersuhu tinggi.
- Dr. Warsito adalah penemu dan pengembang teknologi ECVT ini dan pemilik paten yang didaftarkan di dokumen paten AS
- Teknologi ECVT bisa diterapkan di berbagai bidang dari industri, kedokteran, pertambangan, proses kimia, body scan untuk keperluan security, pencitraan aktifitas di dalam gunung berapi atau semburan lumpur panas, dll.
Dr. Marsudi Budi Utomo, Senior Staf Shindengen Electric Japan, Peneliti ISTECS Jepang, dan Ketua PIP PKS Jepang

Teknologi Sel Surya untuk Energi Masa Depan

Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sebenarnya sangat luarbiasa besarnya yaitu mencapai 3 x 10²⁴ joule pertahun. Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup 0,1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang memiliki efisiensi 10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini. Perkembangan yang pesat dari industri sel surya (solar sel) di mana pada tahun 2004 telah menyentuh level 1000 MW membuat banyak kalangan semakin melirik sumber energi masa depan yang sangat menjanjikan ini. 

Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi sebesar 69% dari total energi pancaran matahari [1]. Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 10 joule pertahun, energi ini setara dengan 2 x 10¹⁷ Watt [1]. Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup 0.1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang memiliki efisiensi 10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini [2].

Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon. Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh Einstein pada tahun 1905. Energi yang dipancarkan oleh sebuah cahaya dengan panjang gelombang  dan frekuensi photon V dirumuskan dengan persamaan: 

E = h.c/λ

Dengan h adalah konstanta Plancks (6.62 x 10^-34 J.s) dan c adalah kecepatan cahaya dalam vakum (3.00 x 10⁸ m/s). Persamaan di atas juga menunjukkan bahwa photon dapat dilihat sebagai sebuah partikel energi atau sebagai gelombang dengan panjang gelombang dan frekuensi tertentu [3]. Dengan menggunakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe p dan n, cahaya yang datang akan mampu dirubah menjadi energi listrik.

Hingga saat ini terdapat beberapa jenis solar sel yang berhasil dikembangkan oleh para peneliti untuk mendapatkan divais solar sel yang memiliki efisiensi yang tinggi atau untuk mendapatkan divais solar sel yang murah dan mudah dalam pembuatannya. 

Tipe pertama yang berhasil dikembangkan oleh para peneliti adalah jenis wafer (berlapis) silikon kristal tunggal. Tipe ini dalam perkembangannya mampu menghasilkan efisiensi yang sangat tinggi. Masalah terbesar yang dihadapi dalam pengembangan silikon kristal tunggal untuk dapat diproduksi secara komersial adalah harga yang sangat tinggi sehingga membuat solar sel panel yang dihasilkan menjadi tidak efisien sebagai sumber energi alternatif. Sebagian besar silikon kristal tunggal komersial memiliki efisiensi pada kisaran 16-17%, bahkan silikon solar sel hasil produksi SunPowermemiliki efisiensi hingga 20%[www.sunpowercorp.com]. Bersama perusahaan Shell Solar, SunPower menjadi perusahaan yang menguasai pasar silikon kristal tunggal untuk solar sel. 

Jenis solar sel yang kedua adalah tipe wafer silikon poli kristal. Saat ini, hampir sebagian besar panel solar sel yang beredar di pasar komersial berasal dari screen printing jenis silikon poli cristal ini. Wafer silikon poli kristal dibuat dengan cara membuat lapisan lapisan tipis dari batang silikon dengan metode wire-sawing. Masing-masing lapisan memiliki ketebalan sekitar 250 350 micrometer. Jenis solar sel tipe ini memiliki harga pembuatan yang lebih murah meskipun tingkat efisiensinya lebih rendah jika dibandingkan dengan silikon kristal tunggal. Perusahaan yang aktif memproduksi tipe solar sel ini adalah GT Solar, BP, Sharp, dan Kyocera Solar. 

Kedua jenis silikon wafer di atas dikenal sabagai generasi pertama dari solar sel yang memiliki ketebalan pada kisaran 180 hingga 240 mikro meter. Penelitian yang lebih dulu dan telah lama dilakukan oleh para peneliti menjadikan solar sel berbasis silikon ini telah menjadi teknologi yang berkembang dan banyak dikuasai oleh peneliti maupun dunia industri. Divais solar sel ini dalam perkembangannya telah mampu mencapai usia aktif mencapai 25 tahun [1]. Modifikasi untuk membuat lebih rendah biaya pembuatan juga dilakukan dengan membuat pita silikon (ribbon si) yaitu dengan membuat lapisan dari cairan silikon dan membentuknya dalam struktur multi kristal. Meskipun tipe sel surya pita silikon ini memiliki efisiensi yang lebih rendah (13-15%), tetapi biaya produksinya bisa lebih dihemat mengingat silikon yang terbuang dengan menggunakan cairan silikon akan lebih sedikit.

Generasi kedua solar sel adalah solar sel tipe lapisan tipis (thin film). Ide pembuatan jenis solar sel lapisan tipis adalah untuk mengurangi biaya pembuatan solar sel mengingat tipe ini hanya menggunakan kurang dari 1% dari bahan baku silikon jika dibandingkan dengan bahan baku untuk tipe silikon wafer. Dengan penghematan yang tinggi pada bahun baku seperti itu membuat harga per KwH energi yang dibangkitkan menjadi bisa lebih murah. 

Metode yang paling sering dipakai dalam pembuatan silikon jenis lapisan tipis ini adalah dengan PECVD dari gas silane dan hidrogen. Lapisan yang dibuat dengan metode ini menghasilkan silikon yang tidak memiliki arah orientasi kristal atau yang dikenal sebagai amorphous silikon (non kristal). Selain menggunakan material dari silikon, solar sel lapisan tipis juga dibuat dari bahan semikonduktor lainnya yang memiliki efisiensi solar sel tinggi seperti Cadmium Telluride (Cd Te) dan Copper Indium Gallium Selenide (CIGS). 

Efisiensi tertinggi saat ini yang bisa dihasilkan oleh jenis solar sel lapisan tipis ini adalah sebesar 19,5% yang berasal dari solar sel CIGS [5]. Keunggulan lainnya dengan menggunakan tipe lapisan tipis adalah semikonduktor sebagai lapisan solar sel bisa dideposisi pada substrat yang lentur sehingga menghasilkan divais solar sel yang fleksibel. Kedua generasi dari solar sel ini masih mendominasi pasaran solar sel di seluruh dunia dengan silikon kristal tunggal dan multi kristal memiliki lebih dari 84% solar sel yang ada dipasaran (lihat Gambar 1) [4].

Gambar 1. Sebaran jenis solar sel yang berada di pasar komersial yang masih didominasi oleh solar sel generasi pertama (World market 2001 by Technology).

Penelitian agar harga solar sel menjadi lebih murah selanjutnya memunculkan generasi ketiga dari jenis solar sel ini yaitu tipe solar sel polimer atau disebut juga dengan solar sel organik dan tipe solar sel foto elektrokimia. Solar sel organik dibuat dari bahan semikonduktor organik seperti polyphenylene vinylene dan fullerene. 

Berbeda dengan tipe solar sel generasi pertama dan kedua yang menjadikan pembangkitan pasangan electron dan hole dengan datangnya photon dari sinar matahari sebagai proses utamanya, pada solar sel generasi ketiga ini photon yang datang tidak harus menghasilkan pasangan muatan tersebut melainkan membangkitkan exciton. Exciton inilah yang kemudian berdifusi pada dua permukaan bahan konduktor (yang biasanya di rekatkan dengan organik semikonduktor berada di antara dua keping konduktor) untuk menghasilkan pasangan muatan dan akhirnya menghasilkan efek arus foto(photocurrent) [5-6]. 

Tipe solar sel photokimia merupakan jenis solar sel exciton yang terdiri dari sebuah lapisan partikel nano (biasanya titanium dioksida) yang di endapkan dalam sebuah perendam (dye). Jenis ini pertama kali diperkenalkan oleh Profesor Graetzel pada tahun 1991 sehingga jenis solar sel ini sering juga disebut dengan Graetzel sel atau dye-sensitized solar cells (DSSC) [2]. 

Graetzel sel ini dilengkapi dengan pasangan redok yang diletakkan dalam sebuah elektrolit (bisa berupa padat atau cairan). Komposisi penyusun solar sel seperti ini memungkinkan bahan baku pembuat Graetzel sel lebih fleksibel dan bisa dibuat dengan metode yang sangat sederhana seperti screen printing. Meskipun solar sel generasi ketiga ini masih memiliki masalah besar dalam hal efisiensi dan usia aktif sel yang masih terlalu singkat, solar sel jenis ini akan mampu memberi pengaruh besar dalam sepuluh tahun ke depan mengingat hargan dan proses pembuatannya yang sangat murah.

Pertumbuhan teknologi sel surya di dunia memang menunjukkan harapan akan solar sel yang murah dengan memiliki efisiensi yang tinggi. Sayangnya sangat sedikit peneliti di Indonesia yang terlibat dengan hiruk pikuk perkembangan tentang teknologi sel surya ini. Sudah seharusnya pemerintah secara jeli melihat potensi masa depan Indonesia yang kaya akan sinar matahari ini dengan mendorong secara nyata penelitian di bidang energi surya ini.

Teknologi Hologram 3D

Pernahkah Anda  terpikir memiliki sebuah perangkat Teknologi Hologram yang memungkinkan Anda melihat tayangan yang bisa dilihat sampai 360 derajat? Dimanakah Teknologi Hologram 3D ini dikembangkan? Siapakah pengembang Teknologi Optik Hologram? Dan Bagaimana pula cara kerjanya? Mari kita simak saja.

Ilmuwan dari Universitas Arizona telah mengembangkan sebuah teknologi di mana satu hari dapat digunakan untuk menyimpan data dalam jumlah besar dalam bentuk holografik. Menurut salah satu ilmuwan Nasser Peyghambarian, optik Hologram akan menawarkan aplikasi masa depan dalam pengobatan dan manufaktur serta dalam industri hiburan. Tim peneliti dari Universitas Arizona telah mengumumkan bahwa mereka berhasil mengembangkan gerakan tercepat hologram 3D.

Nasser Peyghambarian adalah salah satu ilmuan yang menemukan Teknologi 3D Hologram ini. Beliau mengatakan bahwa”Teknologi seperti komunikasi langsung dengan hologram tampaknya hanya ada di film. Dan kami adalah para ilmuwan mencoba untuk membawanya keluar ke dunia nyata, “katanya, seperti dilansir Alam. “Tapi sekarang kita telah menunjukkan bahwa menciptakan hologram yang dinamis ukuran dan resolusi seperti dalam film akan menjadi sebuah kenyataan,” tambahnya.

Nasser mengakui bahwa tantangan awal untuk mencapai kualitas hologram telah berhasil diatasi ketika tim berhasil menciptakan material yang mampu merekam dan menampilkan gambar 3D dengan refresh rate dua detik. Yang pasti, menurut Peyghambarian prototipe sistem informasi 3D dapat menangkap pengambilan gambar objek dari sudut yang berbeda – menggunakan 16 kamera untuk mengambil gambar dari objek setiap detiknya.

Gambar tesebut, selanjutnya diolah menjadi data pixel holografik oleh komputer dan mengirim sinyal dengan dua laser, yang kemudian menulis data dengan cara merekamnya. Selama proses penulisan, kedua bahan bergabung untuk menciptakan sebuah pola interferensi cahaya terang dan gelap, dan kemudian gambar 3D direkonstruksi dengan menembakkan cahaya lain.

Teknologi ini akan menjadi langkah awal dari teknologi masa depan. Saat ini sebagian besar perusahaan masih terfokus pada TV 3D dan gadget lainnya yang tidak memerlukan kacamata, dan tampaknya Toshiba akan menjadi perusahaan pertama yang akan merilis TV 3D yang tidak memerlukan kacamata ini. Set TV tersebut diungkapkan pada bulan Oktober tahun ini.

Kita ketahui bahwa dibioskop sekarang telah menampilkan beberapa film dengan menggunakan kaca mata teknologi 3D, namun perlahan hal ini akan membuat kita jenuh dan membuat mata jadi lelah karena mata terlalu fokus dengan efek yang ditampilkan. Awalnya memang menyenagkan namun coba gunakan kacamata 3D itu dalam waktu yang lama pasti akhirnya membuat sensasi menonton menjadi tidak nyaman. Tak perlu dikatakan, mengenakan kacamata menjadi menjengkelkan jika sobat berencana untuk menonton film 3D untuk waktu yang lama.

Sumber: http://mediacenter.malangkota.go.id/2012/04/teknologi-hologram-3d/#ixzz3UciV0wBl

VIDEO CERMIN CEKUNG DAN CEMBUNG

Cahaya merambat Lurus

SIFAT-SIFAT CAHAYA DAN CERMIN

Selasa, 28 Februari 2012

SIFAT - SIFAT CAHAYA DAN CERMIN

Sumber Cahaya
Sumber cahaya berasal dari benda yang mengeluarkan cahaya. Sumber cahaya yang terbesar  berasal dari matahari. sedangkan sumber cahaya lainnya adalah lilin yang menyala, lampu senter, bintang, kilat dan lain-lain.

Sedangkan cahaya pelangi adalah cahaya tampak yang merupakan pantulan cahaya matahari yang diuraikan  oleh titik-titik air hujan, yang terdiri dari warna : merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu.

Oleh karena warna pelangi adalah hasil penguraian warna oleh titik-titik air hujan, maka pelangi hanya terlihat setelah turun hujan.

Sifat-sifat Cahaya 

1. Cahaya merambat lurus

Salah satu sifat cahaya adalah merambat lurus dari sumbernya.
Lihat contoh kedua gambar disebelah kiri. Gambar tersebut membuktikan bahwa cahaya merambat lurus.
Contoh lain yang membuktikan cahaya merambat lurus tampak pada berkas cahaya matahari yang menembus masuk ke dalam ruangan    

    yang gelap.
    Demikian pula dengan berkas lampu sorot pada malam
    hari.





2. Cahaya menembus benda bening

Gambar di samping adalah seorang anak yang mengarahkan senter kesebuah kertas putih dan cahaya tidak tembus. Kemudian kertas putih diganti dengan plastik bening maka cahaya dapat tembus. Dari percobaan tersebut membuktikan bahwa cahaya menembus benda bening tetapi tidak menembus benda yang tidak bening apalagi benda gelap.
Cahaya menembus benda bening dapat terlihat jika kita menerawangkan plastik bening ke arah sinar lampu. Sinar tersebut dapat kita lihat karena cahaya dapat menembus benda bening. Jika cahaya mengenai benda yang gelap (tidak bening) misalnya pohon, tangan, mobil, maka akan membentuk bayangan.
Contoh lain yang membuktikan bahwa cahaya dapat menembus benda bening adalah jika kita berada di dalam ruangan berkaca berwarna bening dan kita memandang ke halaman kita dapat melihat anak-anak yang sedang bermain di halaman.

3. Cahaya dapat dibiaskan

Perhatikan gambar sebatang pinsil dalam gelas berisi air diatas, pinsil terlihat seolah-olah bengkok hal ini terjadi karena adanya pembiasan cahaya.

4. Cahaya dapat dipantulkan
Kita dapat melihat sebuah benda jika ada cahaya. Prosesnya yaitu sinar/cahaya mengenai benda dan benda yang terkena cahaya memantlkannya ke mata kita.

a. Pemantulan teratur yaitu jika sinar datarng  jatuh
    pada benda yang permukaannya rata.
    Pada penantulan teratur sudut datang sama dengan
    sudut pantul.

 

                                        b. Penantulan tidak teratur
            Pemantulan tidak teratur terjadi jika sinsr atau
            cahaya jatuh pada benda yang permukaannya
            tidak rata.
            Pada pemantulan tidak teratur sudut datang
            tidak sama dengan sudut pantul.


Cermin merupakan salah satu benda yang memantulkan cahaya. Berdasarkan bentuk  permukaannya ada dua macam cermin, yaitu :
a. Cermin datar
                                                                                                                                                                 

Cermin datar yaitu cermin yang permukaan bidang pantulnya datar dan tidak melengkung. Cermin datar bisa kamu gunakan untuk bercermin. Pada saat bercermin, kamu akan melihat bayanganmu di dalam cermin. Bagaimana bayangan dirimu dalam cermin, samakah ?Cermin datar yaitu cermin yang permukaan bidang pantulnya datar dan tidak melengkung. Cermin datar biasa kamu gunakan untuk bercermin. Pada saat bercermin, kamu akan melihat bayanganmu di dalam cermin. Bagaimana bayangan dirimu pada cermin itu? Samakah ?

Sifat-sifat bayangan pada cermin datar :

1). Ukuran (besar dan tinggi) bayangan sama dengan ukuran benda
2). Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin
3). Kenampakan bayangan berlawanan dengan benda. Pada cermin datar tangan kirimu akan menjadi tangan kanan bayanganmu.
4). Bayangan tegak seperti bendanya
5). Bayangan bersifat semu atau maya, artinya bayangan dapat dilihat dalam cermin tetapi tidak dapat ditangkap oleh layar.



b. Cermin cembung 

Cermin cembung yang permukaan bidang pantulnya melengkung kearah luar. Cermin cembung biasanya digunakan untuk spion pada kendaraan bermotor. Bayangan pada cermin cembung bersifat maya, tegak, dan lebih kecil daripada benda yang sesungguhnya.


c. Cermin cekung
Cermin cekung yaitu cermin yang bidang pantulnya melengkung kearah dalam. Cermin cekung biasanya digunakan sebagai reflektor pada lampu mobil dan lampu senter.
Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung sangat bergantung pada letak benda terhadap cermin.

Cermin cekung yaitu cermin yang bidang pantulnya melengkungke arah dalam. Cermin cekung biasanya digunakan sebagai reflektor pada lampu mobil danlampu senter.

1). Jika benda dekat dengan cermin cekung, bayangan benda bersifat tegak, lebih besar dan semu.

2). Jika benda jauh dari cermin cekung, bayangan benda bersifat nyata dan terbalik.

5. Cahaya dapat diuraikan

Contoh bahwa cahaya dapat diuraikan yaitu pada peristiwa penguraian cahaya (dispersi) oleh titik-titik air hujan saat terjadi pelangi. Dispersi merupakan penguraian cahaya putih menjadi berbagai cahaya warna yaitu  : merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila,ungu.