Di antara hirarki unsur-unsur dalam tabel periodik, terdapat sebuah kelas zat yang memegang peran unik, seringkali luput dari perhatian dibandingkan dengan sepupu mereka, logam dan nonlogam. Kelompok ini dikenal sebagai metaloid, atau kadang disebut semi-logam. Mereka menempati posisi strategis yang berfungsi sebagai jembatan kimia, sebuah garis pemisah zigzag yang memisahkan unsur-unsur logam di sebelah kiri dari unsur-unsur nonlogam di sebelah kanan.
Sifat ambivalen ini, yang membuat metaloid tidak sepenuhnya logam namun juga bukan nonlogam murni, adalah sumber dari kekuatan teknologi mereka. Dalam dunia material, karakteristik metaloid—terutama kemampuan mereka untuk berfungsi sebagai semikonduktor—telah memicu revolusi digital yang membentuk peradaban modern. Pemahaman mendalam tentang metaloid adalah kunci untuk membuka potensi teknologi masa depan, mulai dari komputasi kuantum hingga energi terbarukan.
Metaloid didefinisikan berdasarkan kombinasi sifat fisik dan kimia yang berada di antara logam (yang cenderung konduktif, ulet, dan mengkilap) dan nonlogam (yang cenderung isolator, rapuh, dan kusam). Unsur-unsur yang secara umum diakui sebagai metaloid berjumlah tujuh: Boron (B), Silikon (Si), Germanium (Ge), Arsen (As), Antimoni (Sb), Telurium (Te), dan Astatin (At). Namun, perlu dicatat bahwa klasifikasi metaloid seringkali menjadi subjek perdebatan di kalangan ahli kimia, karena batas pemisahannya tidak sejelas batas antara gas mulia dan halogen.
Posisi mereka dalam tabel periodik adalah kunci. Mereka berada di sepanjang garis diagonal atau "tangga" yang dimulai dari Boron di Golongan 13 hingga Astatin di Golongan 17. Unsur-unsur di sebelah kiri garis ini menunjukkan peningkatan karakter logam, sementara yang di sebelah kanan menunjukkan peningkatan karakter nonlogam. Metaloid adalah perwujudan dari transisi sifat ini.
Secara fisik, metaloid cenderung menyerupai logam. Mereka sering kali memiliki kilauan metalik atau semikristalin yang khas, dan dalam bentuk murninya mereka terlihat padat. Namun, mereka jauh lebih rapuh daripada logam sejati. Jika dipukul, metaloid cenderung pecah berkeping-keping, menunjukkan kurangnya keuletan dan kemampuan tempa yang menjadi ciri khas logam.
Sifat paling penting dari metaloid adalah konduktivitas listrik mereka. Logam adalah konduktor panas dan listrik yang sangat baik karena elektron valensinya bebas bergerak. Nonlogam adalah isolator karena elektronnya terikat erat. Metaloid, di sisi lain, adalah semikonduktor. Konduktivitas listrik mereka berada di tengah-tengah antara konduktor dan isolator, dan yang terpenting, konduktivitas ini dapat diatur dan dimodifikasi secara dramatis melalui perubahan suhu atau melalui proses penambahan pengotor (doping).
Secara kimiawi, metaloid juga menunjukkan dualitas. Dalam reaksi tertentu, mereka dapat bertindak sebagai donor elektron, mirip dengan logam, membentuk kation. Namun, dalam reaksi lain, mereka dapat bertindak sebagai penerima elektron, membentuk anion atau berikatan kovalen, seperti nonlogam.
Metaloid adalah tulang punggung industri elektronik global. Konsep semikonduktivitas sangat bergantung pada struktur pita energi material. Pada isolator, celah energi (band gap) antara pita valensi (tempat elektron terikat) dan pita konduksi (tempat elektron bebas bergerak) sangat lebar. Pada logam, celah ini tidak ada (pita valensi dan konduksi tumpang tindih). Pada semikonduktor, celah energinya kecil, memungkinkan elektron melompati celah tersebut dengan sedikit energi tambahan (seperti panas atau cahaya).
Keajaiban metaloid muncul ketika mereka dimurnikan hingga tingkat yang ekstrem, kemudian ditambahkan pengotor dalam jumlah yang sangat kecil. Proses ini, yang disebut doping, memungkinkan ilmuwan untuk mengontrol sifat listrik material secara presisi. Misalnya, menambahkan Boron (Golongan 13) ke Silikon murni (Golongan 14) menciptakan semikonduktor tipe-p (positive), yang memiliki "lubang" (kekurangan elektron) yang bertindak sebagai pembawa muatan positif. Sebaliknya, menambahkan Fosfor (Golongan 15) menciptakan semikonduktor tipe-n (negative), yang memiliki kelebihan elektron bebas.
Kombinasi material tipe-p dan tipe-n membentuk dioda dan transistor, komponen dasar dari setiap chip komputer, ponsel, dan perangkat elektronik modern lainnya. Tanpa sifat ambivalen metaloid, arsitektur komputasi modern tidak akan pernah terwujud.
Untuk memahami sepenuhnya peran metaloid, kita harus menganalisis tujuh unsur utama satu per satu, menyoroti sifat unik dan aplikasinya yang spesifik.
Boron, unsur pertama dalam kelompok metaloid dan satu-satunya metaloid di Golongan 13, adalah anomali di antara teman-teman segolongannya yang semuanya logam (aluminium, galium, indium, talium). Meskipun terkadang Boron murni diklasifikasikan sebagai nonlogam karena elektronegativitasnya yang relatif tinggi dan kecenderungannya untuk membentuk ikatan kovalen, ia menunjukkan sifat semikonduktor dalam bentuk kristalinnya.
Struktur dan Sifat: Boron dikenal karena struktur kristal yang sangat kompleks, yang sering melibatkan unit ikosahedral B12. Struktur ini memberikan kekerasan yang luar biasa, mendekati berlian, menjadikannya salah satu material paling keras di alam. Titik leburnya sangat tinggi, melebihi 2000°C.
Aplikasi Spesifik: Boron sangat penting dalam industri magnet dan material keras. Paduan besi-neodimium-boron (Nd2Fe14B) menghasilkan magnet permanen terkuat di dunia, vital untuk motor listrik, turbin angin, dan perangkat keras komputer. Senyawa Boron juga digunakan dalam pembuatan kaca borosilikat (Pyrex), yang tahan terhadap guncangan termal, serta dalam perisai nuklir karena kemampuannya menyerap neutron.
Boron karbida (B4C) adalah bahan keramik yang sangat keras, digunakan untuk pelat pelindung anti peluru dan nozel sandblasting. Selain itu, senyawa hidrida boron, yang disebut boran (seperti diborana, B2H6), memiliki potensi besar sebagai bahan bakar berenergi tinggi atau sebagai reagen dalam sintesis organik yang kompleks. Penelitian terus berlanjut mengenai penggunaan Boron nitrida heksagonal (h-BN), yang memiliki struktur serupa grafit, dan Boron nitrida kubik (c-BN), yang kekerasannya setara dengan berlian, dalam nanoteknologi dan pelapisan super keras.
Secara biologis, Boron dianggap sebagai mikronutrien penting untuk tanaman, memengaruhi transportasi gula dan perkembangan dinding sel. Meskipun demikian, Boron tidak memiliki peran biologis yang mapan pada manusia, namun beberapa penelitian mengeksplorasi potensinya dalam terapi penangkapan neutron boron (BNCT) untuk pengobatan kanker, di mana isotop Boron-10 digunakan untuk melepaskan radiasi alfa lokal saat diiradiasi dengan neutron termal.
Silikon adalah metaloid paling melimpah kedua di kerak bumi setelah oksigen, membentuk sekitar 28% dari massa kerak bumi. Ia adalah unsur yang mendominasi industri mikroelektronika. Hampir semua chip komputer, memori, dan sensor didasarkan pada Silikon.
Produksi Kemurnian Tinggi: Kunci keberhasilan Silikon adalah kemampuannya untuk dimurnikan hingga tingkat kemurnian ekstrem, seringkali membutuhkan 99.9999999% kemurnian (9N) untuk aplikasi semikonduktor. Proses pemurnian, yang melibatkan reduksi kuarsa menjadi Silikon metalurgi, diikuti oleh distilasi klorosilan (seperti triklorosilan) dan pengendapan kimia uap, sangat mahal dan rumit. Setelah dimurnikan, Silikon biasanya ditumbuhkan menjadi kristal tunggal besar menggunakan proses Czochralski.
Aplikasi Elektronik: Sifat semikonduktor intrinsik Silikon, dengan celah pita energi 1.12 eV, sangat ideal untuk pembuatan transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Film tipis Silikon dioksida (SiO2), yang merupakan isolator yang sangat baik, dapat dengan mudah dibentuk di permukaan Silikon, memungkinkan pembuatan struktur kapasitor dan gerbang yang stabil pada chip terintegrasi.
Energi Terbarukan: Silikon juga merupakan jantung dari industri fotovoltaik (solar panel). Sel surya kristalin mengubah cahaya matahari langsung menjadi listrik. Baik Silikon monokristalin maupun polikristalin digunakan, meskipun Silikon monokristalin menawarkan efisiensi yang lebih tinggi. Permintaan global untuk energi bersih telah mendorong inovasi dalam teknik penanaman ingot Silikon, pemotongan wafer ultra-tipis, dan pengolahan permukaan anti-reflektif untuk memaksimalkan penyerapan foton.
Selain aplikasi listrik, Silikon dalam bentuk senyawanya, silikat dan silikon dioksida, adalah bahan bangunan dan keramik utama. Senyawa organosilikon, seperti silikon atau siloxan, yang memiliki rantai tulang punggung Si-O yang sangat stabil, digunakan dalam pelumas suhu tinggi, sealant, implan medis, dan kosmetik karena stabilitas termal dan kimianya yang superior.
Penggunaan Silikon terus meluas ke bidang optoelektronika. Silikon fosfor, misalnya, digunakan dalam layar LED. Meskipun Silikon sendiri adalah semikonduktor tidak langsung (yang kurang efisien dalam memancarkan cahaya dibandingkan semikonduktor langsung seperti Gallium Arsenide), para peneliti terus mencari cara untuk membuat Silikon menjadi pemancar cahaya yang efisien untuk integrasi optik pada chip, dikenal sebagai 'silicon photonics', yang menjanjikan kecepatan transfer data yang jauh lebih tinggi daripada kabel tembaga tradisional.
Germanium, yang terletak tepat di bawah Silikon dalam tabel periodik, berbagi banyak kesamaan sifat kimiawi dan semikonduksi. Germanium adalah salah satu unsur pertama yang digunakan secara luas sebagai semikonduktor dalam transistor pada awal tahun 1950-an, sebelum akhirnya digantikan oleh Silikon karena Silikon lebih melimpah dan oksida (Germanium dioksida, GeO2) yang kurang stabil pada suhu tinggi.
Sifat Optik dan Elektronik: Meskipun Silikon kini mendominasi mikroelektronika umum, Germanium memiliki celah pita energi (0.67 eV) yang lebih sempit daripada Silikon. Ini membuatnya sangat sensitif terhadap cahaya inframerah. Sifat ini menjadikan Germanium material yang tak tergantikan dalam optik inframerah, termasuk kamera termal, kacamata penglihatan malam, dan sensor fiber optik. Kaca yang didoping Germanium sering digunakan untuk kabel serat optik berkecepatan tinggi.
Aplikasi Optoelektronika: Dalam optoelektronika, Germanium sering digunakan sebagai substrat untuk pertumbuhan sel surya efisiensi tinggi (terutama dalam aplikasi luar angkasa) dan dalam chip semikonduktor majemuk seperti Silikon-Germanium (SiGe). SiGe memungkinkan integrasi komponen kecepatan tinggi dengan sirkuit Silikon standar, menciptakan sirkuit terpadu berfrekuensi sangat tinggi untuk komunikasi nirkabel 5G dan radar.
Germanium memiliki mobilitas pembawa muatan (kecepatan pergerakan elektron) yang lebih tinggi daripada Silikon, menjadikannya pilihan utama untuk perangkat berkecepatan tinggi atau berdaya rendah, meskipun biayanya lebih mahal. Germanium juga digunakan sebagai katalis dalam produksi polimer, khususnya polietilen tereftalat (PET) untuk botol minuman, meskipun masalah toksisitas telah mendorong beberapa produsen untuk mencari alternatif.
Dalam bidang kedokteran, beberapa senyawa Germanium anorganik telah dipelajari sebagai agen kemoterapi, meskipun penggunaannya masih kontroversial karena potensi toksisitas ginjal. Germanium murni juga digunakan dalam spektroskopi radiasi gamma, di mana detektor Germanium yang didinginkan menawarkan resolusi energi yang sangat baik, penting dalam fisika nuklir dan analisis lingkungan.
Meskipun kelimpahan Germanium di kerak bumi jauh lebih rendah daripada Silikon, ia biasanya ditemukan sebagai produk sampingan dari peleburan seng atau bijih tembaga, menjadikannya 'unsur tersebar' (dispersed element) yang penambangannya terkait erat dengan industri logam dasar. Efisiensi daur ulang Germanium dari perangkat elektronik bekas menjadi perhatian penting karena ketersediaan alaminya yang terbatas.
Arsen adalah metaloid yang paling terkenal karena toksisitasnya yang parah, namun ia juga memainkan peran krusial dalam material semikonduktor canggih. Dalam bentuk dasarnya, Arsen memiliki beberapa alotrop, yang paling umum adalah Arsen abu-abu, yang memiliki kilau metalik tetapi sangat rapuh.
Toksisitas dan Sejarah: Secara historis, Arsen (khususnya Arsen trioksida) terkenal sebagai racun yang tidak berbau dan tidak berasa. Namun, dalam dosis yang tepat, ia juga digunakan sebagai obat (salvarsan) sebelum era antibiotik, dan bahkan saat ini, Arsen trioksida digunakan dalam pengobatan leukemia promyelocytic akut (APL).
Peran Semikonduktor Tipe-N: Dalam konteks semikonduktor, Arsen digunakan sebagai dopan tipe-n untuk Silikon dan Germanium karena berada di Golongan 15. Namun, peran terbesarnya adalah sebagai konstituen dalam semikonduktor majemuk seperti Galium Arsenida (GaAs).
Galium Arsenida (GaAs): GaAs adalah material semikonduktor langsung, yang berarti jauh lebih efisien dalam memancarkan dan menyerap cahaya dibandingkan Silikon. GaAs membentuk dasar untuk LED (Light Emitting Diodes), laser dioda, sel surya efisiensi ultra-tinggi, dan sirkuit terpadu berfrekuensi sangat tinggi (HFICs) yang digunakan dalam komunikasi satelit dan militer. Kecepatan elektron dalam GaAs jauh lebih tinggi daripada Silikon, menjadikannya material pilihan untuk perangkat yang membutuhkan kinerja kecepatan puncak, seperti penguat frekuensi radio (RF amplifiers) pada ponsel.
Penggunaan Arsen lainnya meliputi pigmen (meskipun sebagian besar telah dihapus karena toksisitas), pengawet kayu (copper arsenate), dan dalam jumlah jejak untuk meningkatkan ketahanan korosi paduan timbal-asam yang digunakan dalam baterai mobil. Meskipun sifat beracunnya menimbulkan tantangan penanganan dan daur ulang, peran Arsen dalam semikonduktor optoelektronik tetap tak tergantikan.
Mengenai sifat toksikologinya, Arsen mengganggu proses metabolisme energi seluler dengan menghambat enzim-enzim kunci, dan bentuknya yang paling beracun adalah Arsenit (As(III)). Kontaminasi air tanah oleh Arsen alami adalah masalah kesehatan publik global yang serius, terutama di Asia Selatan, yang membutuhkan teknologi filtrasi dan pemurnian air yang canggih untuk mitigasi.
Antimoni, unsur dengan simbol kimia Sb (dari nama Latin stibium), adalah metaloid perak kebiruan yang sangat rapuh. Meskipun dikenal sejak zaman kuno, aplikasi teknologinya baru benar-benar berkembang dalam industri paduan dan semikonduktor.
Sifat Termal dan Paduan: Antimoni memiliki sifat unik: ketika dicampur dengan logam lain, ia cenderung membuat paduan lebih keras dan lebih kuat, dan yang lebih penting, paduannya menunjukkan ekspansi saat memadat. Sifat ekspansi ini vital dalam percetakan (paduan timbal-antimoni untuk jenis huruf) karena memastikan bahwa hasil cetakan mengisi cetakan dengan sempurna, menghasilkan tepi yang tajam.
Industri Baterai: Aplikasi terbesar Antimoni saat ini adalah dalam paduan timbal-antimoni untuk baterai asam timbal (terutama baterai mobil). Antimoni meningkatkan kekuatan mekanik grid timbal dan mengurangi korosi, meskipun telah terjadi pergeseran menuju paduan kalsium-timbal karena Antimoni menyebabkan peningkatan penguapan air baterai.
Pencegah Kebakaran: Senyawa Antimoni trioksida (Sb2O3) adalah bahan pencegah api (flame retardant) yang sangat efektif. Ketika ditambahkan ke plastik, tekstil, dan cat, ia menghasilkan gas yang menghambat pembakaran, menjadikannya komponen penting dalam peraturan keselamatan kebakaran modern.
Semikonduktor: Sama seperti Arsen, Antimoni adalah dopan tipe-n yang digunakan dalam Silikon. Ia memiliki ukuran atom yang relatif besar, yang membuatnya berguna untuk doping lapisan Silikon dengan difusivitas rendah—penting dalam pembuatan transistor skala nano. Senyawa Indium Antimonida (InSb) dan Gallium Antimonida (GaSb) adalah semikonduktor yang digunakan dalam detektor inframerah dan sensor Hall effect, karena mobilitas elektronnya yang sangat tinggi.
Antimoni memiliki potensi besar dalam pengembangan baterai generasi baru, khususnya baterai berbasis sodium-ion, di mana paduan Antimoni-sodium sedang dipelajari sebagai material anoda yang menjanjikan densitas energi yang lebih tinggi daripada anoda karbon tradisional. Selain itu, penggunaan Antimoni dalam memori fasa-perubahan (Phase-Change Memory, PCM), seperti GeSbTe (Germanium-Antimony-Tellurium), menawarkan prospek penyimpanan data non-volatil yang cepat dan tahan lama, yang dapat menggantikan memori flash konvensional dalam beberapa aplikasi komputasi performa tinggi.
Telurium adalah metaloid yang terletak di Golongan 16, di bawah Sulfur dan Selenium. Ia adalah salah satu unsur paling langka di kerak bumi. Telurium sering ditemukan bersama logam mulia, dan namanya sendiri berasal dari kata Latin tellus, yang berarti bumi.
Sifat dan Penggunaan: Telurium murni memiliki kilau perak metalik. Ia sangat penting dalam paduan. Ketika ditambahkan ke tembaga dan baja, Telurium meningkatkan kemampuan mesin (machinability) tanpa mengurangi ketahanan korosi. Ia juga digunakan dalam paduan timbal untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap getaran.
Energi dan Optik: Aplikasi Telurium yang paling revolusioner adalah dalam semikonduktor Cadmium Telurida (CdTe). Sel surya berbasis CdTe adalah sel surya film tipis komersial terkemuka kedua setelah Silikon, menawarkan biaya produksi yang lebih rendah dan waktu pengembalian energi yang lebih cepat. Meskipun memiliki efisiensi konversi yang sedikit lebih rendah daripada Silikon monokristalin, sifatnya yang mudah diproduksi menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi skala utilitas besar.
Telurium juga digunakan dalam memori fasa-perubahan (PCMs), yang memanfaatkan transisi fasa cepat yang terjadi pada paduan Germanium-Antimoni-Telurium (GeSbTe) ketika dipanaskan dan didinginkan. Teknologi ini menjadi dasar untuk penyimpanan data yang sangat cepat dan kepadatan tinggi.
Telurium memiliki sifat fotokonduktif—konduktivitas listriknya meningkat secara signifikan ketika terpapar cahaya—membuatnya berguna dalam beberapa aplikasi sensor. Ia juga memiliki efek termoelektrik yang kuat; Telurium Bismut (Bi2Te3) adalah material termoelektrik yang sangat efisien, digunakan dalam pendingin termoelektrik (Peltier cooler) dan generator listrik termoelektrik (TEG) yang mengubah perbedaan suhu menjadi listrik.
Potensi Telurium dalam nanoteknologi, khususnya dalam sintesis nanokristal dan titik kuantum (quantum dots) untuk layar resolusi tinggi, terus dieksplorasi. Kontrol yang cermat atas dimensi nanokristal berbasis Telurium memungkinkan penyesuaian panjang gelombang emisi cahaya, menawarkan warna yang lebih murni dan gamut yang lebih luas untuk perangkat tampilan.
Astatin adalah metaloid yang paling jarang, paling tidak stabil, dan paling misterius. Ia berada di Golongan 17, di bawah Iodin. Semua isotop Astatin bersifat radioaktif dan memiliki waktu paruh yang sangat pendek (Astatin-210 memiliki waktu paruh terpanjang, sekitar 8.1 jam).
Kelangkaan Ekstrem: Karena kelangkaan dan ketidakstabilan radioaktifnya, Astatin hanya ada dalam jumlah jejak di alam, hasil dari peluruhan unsur yang lebih berat. Biasanya, Astatin harus disintesis di laboratorium melalui bombardir Bismut dengan partikel alfa.
Sifat Metaloid yang Diragukan: Karena jumlahnya yang sangat terbatas, sifat fisiknya belum sepenuhnya dipahami. Namun, berdasarkan prediksi ekstrapolasi, diperkirakan Astatin akan menunjukkan kilau gelap dan akan menunjukkan sifat logam yang lebih kuat dibandingkan halogen di atasnya, menjadikannya metaloid, meskipun beberapa ahli masih mengklasifikasikannya sebagai halogen (nonlogam). Ia diperkirakan memiliki sifat semikonduktor.
Aplikasi Medis: Aplikasi utama Astatin terletak dalam kedokteran nuklir, khususnya Terapi Alfa Bertarget (Targeted Alpha Therapy, TAT). Isotop Astatin-211 memancarkan partikel alfa berenergi tinggi. Karena partikel alfa memiliki jangkauan penetrasi yang sangat pendek dalam jaringan (hanya beberapa sel), ia dapat digunakan untuk menghancurkan sel kanker lokal dengan kerusakan minimal pada jaringan sehat di sekitarnya. Meskipun tantangan dalam produksi dan penanganannya sangat besar, Astatin-211 dianggap sebagai salah satu radioisotop paling menjanjikan dalam onkologi presisi.
Meskipun kita tidak memiliki pengetahuan praktis tentang Astatin dalam bentuk material padat yang stabil, peran konseptualnya sebagai anggota terakhir dari garis metaloid menegaskan bagaimana sifat unsur terus bergeser dari nonlogam (halogen) menuju logam di bagian bawah tabel periodik. Eksplorasi teoretis dan simulasi komputer tentang Astatin terus dilakukan untuk memprediksi perilaku kimianya, terutama bagaimana ia berinteraksi dengan biomolekul untuk aplikasi terapeutik.
Sifat semikonduksi dan kemampuan pembentukan ikatan kovalen yang bervariasi dari metaloid menjadikan mereka bahan dasar untuk material maju di luar mikroelektronika konvensional.
Metaloid seperti Silikon, Germanium, dan Telurium adalah inti dari komputasi fotonik. Komputasi fotonik bertujuan untuk menggantikan transfer data berbasis elektron dengan data berbasis foton (cahaya) di dalam chip, menghasilkan kecepatan pemrosesan dan transfer yang jauh lebih cepat dengan disipasi daya yang lebih rendah.
Teknologi Silikon fotonik menggunakan pandu gelombang yang terukir pada wafer Silikon untuk mengarahkan sinyal cahaya. Germanium dimasukkan ke dalam struktur Silikon (SiGe) untuk membuat detektor cahaya yang efisien yang beroperasi pada panjang gelombang inframerah yang digunakan dalam telekomunikasi. Perkembangan ini esensial untuk pusat data berkecepatan tinggi dan interkoneksi di dalam superkomputer.
Selain itu, kaca kalkogenida, yang mengandung Telurium (bersama dengan Sulfur atau Selenium), adalah material non-oksida yang memiliki transparansi tinggi terhadap cahaya inframerah. Kaca ini digunakan dalam lensa presisi untuk peralatan pencitraan termal dan sistem komunikasi inframerah, memanfaatkan sifat Telurium untuk menghasilkan material dengan indeks bias tinggi yang stabil terhadap lingkungan.
Efek termoelektrik memungkinkan konversi langsung energi panas menjadi listrik (generator) atau sebaliknya (pendingin). Metaloid, khususnya Telurium (dalam Bi2Te3) dan Antimoni, membentuk paduan yang memiliki faktor kualitas termoelektrik (ZT) tinggi.
Material termoelektrik ini digunakan untuk memulihkan panas limbah dari mesin industri atau knalpot mobil, mengubahnya menjadi listrik yang dapat digunakan. Mereka juga digunakan dalam pendingin portabel tanpa bagian bergerak (solid-state cooling), yang vital untuk mendinginkan komponen elektronik sensitif atau dalam pesawat ruang angkasa di mana sistem pendingin konvensional (berbasis kompresi) tidak praktis. Penelitian saat ini berfokus pada struktur nano material termoelektrik untuk lebih meningkatkan efisiensi mereka, terutama dengan memanfaatkan Boron dan Silikon dalam nanokawat.
Peran metaloid dalam sistem biologis bervariasi dari esensial hingga sangat beracun. Boron adalah mikronutrien penting bagi tumbuhan tetapi peran pastinya dalam biologi hewan masih diteliti.
Di sisi lain, Arsen adalah karsinogen dan racun lingkungan utama. Namun, ada mikroorganisme tertentu yang telah berevolusi untuk memetabolisme Arsen, menggunakannya dalam respirasi anaerobik atau memetilkannya untuk detoksifikasi. Pemahaman biokimia Arsen ini penting dalam pengembangan bioremediasi untuk membersihkan situs yang terkontaminasi.
Silikon, meskipun tidak dianggap esensial bagi manusia, sangat penting dalam struktur tanaman seperti padi dan bambu, di mana Silikon dioksida memberikan kekakuan mekanis dan perlindungan terhadap hama. Dalam kedokteran, Silikon dioksida (silika) digunakan secara luas sebagai pengisi dalam obat-obatan dan kosmetik.
Germanium dan Antimoni menunjukkan tingkat toksisitas yang lebih rendah dibandingkan Arsen, namun penggunaan Telurium perlu diawasi. Paparan Telurium dapat menyebabkan kondisi yang dikenal sebagai 'Tellurium breath' atau bau bawang putih yang persisten, hasil dari metabolisme senyawa Telurium menjadi dimetil teluroid yang mudah menguap.
Meskipun metaloid telah menjadi landasan teknologi, penggunaan mereka tidak lepas dari tantangan signifikan, terutama terkait dengan ketersediaan, keberlanjutan, dan toksisitas.
Sebagian besar metaloid (kecuali Silikon) adalah unsur yang relatif langka dan tersebar. Germanium, Arsen, Antimoni, dan Telurium sering kali merupakan produk sampingan minor dari penambangan bijih logam utama seperti tembaga, seng, atau timbal. Fluktuasi harga logam utama secara langsung memengaruhi ketersediaan metaloid ini, menimbulkan risiko rantai pasokan. Astatin, tentu saja, hanya dapat diperoleh melalui sintesis, membatasi aplikasinya hanya untuk penelitian medis presisi tinggi.
Toksisitas Arsen menimbulkan tantangan besar dalam pemrosesan dan daur ulang perangkat semikonduktor yang mengandung GaAs. Pengelolaan limbah elektronik yang mengandung metaloid ini harus dilakukan dengan cermat untuk mencegah pelepasan unsur-unsur beracun ke lingkungan.
Inovasi dalam daur ulang, seperti metode hidrometalurgi yang canggih untuk memulihkan Telurium dari sel surya bekas atau Antimoni dari baterai, menjadi prioritas untuk menjamin keberlanjutan pasokan material ini bagi industri masa depan.
Penelitian masa depan metaloid berfokus pada eksplorasi struktur dimensional rendah. Misalnya, Silikon nanokawat menunjukkan sifat elektronik dan optik yang sangat berbeda dari Silikon massal, menjanjikan peningkatan efisiensi sel surya dan baterai Silikon-anoda.
Selain itu, pengembangan teknologi penyimpanan data baru seperti memori fasa-perubahan (yang sangat bergantung pada paduan Germanium, Antimoni, dan Telurium) menawarkan potensi untuk penyimpanan data yang jauh lebih cepat dan lebih padat daripada yang saat ini tersedia. Inovasi ini sangat penting untuk mendukung pertumbuhan kecerdasan buatan (AI) dan komputasi awan yang membutuhkan akses memori instan.
Metaloid juga dieksplorasi dalam bidang katalisis. Boron, dalam bentuk senyawa borana atau borida, adalah katalis yang kuat dan seringkali lebih ramah lingkungan daripada katalis logam transisi dalam reaksi organik tertentu. Demikian pula, nanostruktur Germanium dan Antimoni sedang diteliti untuk aplikasi elektrokatalisis, seperti reduksi CO2 atau produksi hidrogen.
Pengembangan perangkat elektronik fleksibel (flexible electronics) juga mengandalkan metaloid. Meskipun Silikon kristal konvensional rapuh, bentuk amorf atau film tipis dari Silikon, Germanium, dan Antimoni dapat diintegrasikan ke substrat fleksibel, membuka jalan bagi layar yang dapat digulung dan perangkat sensor yang dapat dipakai (wearable sensors). Sel surya film tipis CdTe (Telurium) juga ideal untuk pelapisan permukaan yang melengkung.
Metaloid, yang sering dikelompokkan bersama karena posisi ambivalen mereka, sebenarnya adalah sekelompok unsur dengan keragaman sifat dan aplikasi yang sangat luas. Mulai dari Boron yang keras dan ringan hingga Astatin yang radioaktif dan misterius, masing-masing metaloid memainkan peran yang tidak dapat digantikan dalam ilmu material dan teknologi.
Mereka bukan hanya perantara; mereka adalah katalisator revolusi elektronik, inti dari energi terbarukan, dan kunci untuk perangkat komunikasi berkecepatan tinggi. Kontrol presisi atas sifat semikonduktor mereka melalui proses doping adalah salah satu pencapaian terbesar dalam kimia fisik.
Di masa depan, ketika tuntutan akan komputasi yang lebih cepat, energi yang lebih bersih, dan material yang lebih cerdas terus meningkat, metaloid—terutama Silikon, Germanium, dan Telurium—akan tetap berada di garis depan inovasi. Studi yang berkelanjutan tentang sifat-sifat unik dan interaksi kimia mereka tidak hanya akan memperluas pemahaman kita tentang tabel periodik, tetapi juga akan membuka solusi teknologi baru untuk tantangan global yang paling mendesak.
Kisah metaloid adalah kisah tentang keseimbangan—keseimbangan antara sifat logam dan nonlogam, antara konduktivitas dan isolasi, dan antara toksisitas dan terapi. Dalam keseimbangan inilah letak kekuatan material yang membentuk fondasi dunia digital kita.
Pengaruh Boron dalam komposit canggih dan perisai nuklir, dominasi Silikon dalam semikonduktor dan fotovoltaik, keunggulan Germanium dalam optik inframerah, peran Arsen dan Antimoni dalam semikonduktor majemuk berkecepatan tinggi, dan potensi Telurium dalam material termoelektrik serta memori fasa-perubahan, semuanya menegaskan pentingnya kelas unsur ini. Bahkan Astatin, meskipun sangat langka, menunjukkan potensi medis yang mendefinisikan batas-batas kimia nuklir terapan.
Metaloid mewakili esensi dari desain material yang cerdas, di mana kontrol atomik menghasilkan fungsi makroskopik yang mengubah dunia. Oleh karena itu, mereka layak mendapatkan pengakuan tidak hanya sebagai unsur transisi, tetapi sebagai pilar fundamental peradaban teknologi modern.