Wednesday, 6 September 2017

Teknologi Nano



A.  JUDUL
Pengembangan Kaca Helm Anti Embun Menggunakan Teknologi Nano

B.  LATAR BELAKANG MASALAH
Helm merupakan perangkat yang sangat dibutuhkan bagi pengendara sepeda motor. Kaca helm merupakan bagian dari helm yang juga sangat penting fungsinya, kaca helm melindungi kepala bagian depan atau wajah dari terpaan angin, debu, kotoran maupun hewan-hewan kecil yang beterbangan di jalan.
Saat musim hujan biasanya terbentuk butiran embun kaca helm yang dapat mengganggu penglihatan. Hal ini akibat adanya perbedaan suhu udara sekitar di dalam dan luar helm serta adanya sirkulasi pernafasan di dalam helm. Kejadian tersebut otomatis membuat jarak pandang serta konsentrasi menjadi buyar. Dalam kondisi seperti ini dibutuhkan kaca helm anti embun atau yang lebih dikenal dengan kaca helm antifog.
Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi atau alat pada ukuran sangat kecil. Materi atau alat ini berukuran antara (1 – 100) nanometer. Satu nm sama dengan satu-per-milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil dari ukuran rambut manusia. Ukuran (1 – 100) nm ini disebut juga dengan skala nano (nanoscale) (wikipedia.org).
Titania dapat diaplikasikan sebagai bahan fotokatalisis, sensor gas, pembersih polutan yang ada di udara, tanah danair, sebagai bahan campuran cat agar tahan korosi, pelapisalat-alat dibidang kedokteran, kosmetik, sel surya, penyerapgelombang elektromagnetik dan lain-lain. Sebagian besartitanium dioksida yang dipakai aplikasi berukuran nanometer(Castro, 2008).
Penambahan titania dioksida pada kaca helm dapat membersihkan embun yang dapat terbentuk pada kaca helm. Titania nano ini dideposisi ke kaca helm sehingga dapat menempel pada bagian kaca helm tersebut.

C.  PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah yang dapat disusun dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.      Bagaimanakah cara pembuatan TiO2sehingga dapat dipakai untuk melapisi kaca helm ?
2.      Variabel apa sajakah yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan plastik berlapis nanokristal TiO2 dengan sifat hidrofilik dan transparansi yang tinggi ?

D.  TUJUAN
Tujuan dari penelitian ini yaitu :
  1. Mengetahui cara pembuatan TiO2 nanopartikel dengan metode yang efisien dan terjangkau.
  2. Membuat prototype kaca helm anti embun yang dapat dipakai bagi pengendara sepeda motor.
  3. Mengetahui berbagai variabel yang dapat mempengaruhi tingkat transparansi dan sifat hidrofilik TiO2.

E.  LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah artikel dalam jurnal ilmiah.

F.   MANFAAT
Manfaat dari penelitian ini antara lain:
1.    Bagi mahasiswa, memberikan pengalaman dan wawasan untuk melakukan serangkaian kegiatan/percobaan pembuatan titania nano sesuai denganmetodologi penelitian.
2.    Bagi masyarakat,memberikan inovasi kaca helm anti embun yang dapat bermanfaat bagi masyarakat kedepannya.

G. TINJAUAN PUSTAKA
Titanium adalah logam berlimpah nomor empat di duniasetelah aluminium, besi, dan magnesium. Selain itu, titaniumjuga merupakan elemen berlimpah kesembilan (mencakup0,63% pada kerak bumi) ditemukan pada tahun 1791 diInggris oleh Reverend William Gregor, yang diberi namasebagai ilmenite. Elemen ini ditemukan kembali beberapatahun kemudian oleh German Chemist Heinrich Klaporthdalam bentuk rutile. Logam titanium tidak pernah ditemukansendirian, keberadaannya selalu berikatan dengan minerallainnya seperti rutile, ilmenite, leucoxene, anatase, brookite,perovskite, dan sphene yang ditemukan dalam titanat danbeberapa besi ore. Titanium juga ditemukan dalam batu bara,abu, tanaman dan dalam tubuh manusia (O. Carp, 2004).
Titanium dioksida mentah dimurnikan melalui konversi ke titanium tetraklorida dalam proses klorida. Dalam proses ini, bijih mentah (yang mengandung setidaknya 70% TiO2) dikurangi dengan karbon, teroksidasi dengan klorin untuk memberikan titanium tetraklorida, yaitu, klorinasi carbothermal.
                        Tabel 1.Sifat Kimia dan Sifat Fisika TiO2
Keterangan
Besaran
Massa molekul ( gram/mol )
79,866
Bentuk
Padatan
Warna
Putih
Densitas ( gram/cm3 )
4,23
Titik leleh ( ˚C )
1843
Titik didih ( ˚C )
2972

                                                                                    ( en.wikipedia.org )

Banyak cara yang dapat dilakukan untuk membuat titanium nano, yaitu :

1.      Chemical Vapor Deposition Method (CVD)
Metode ini menggunakan bahan baku (precursor)TTIP (Titanium Tetra Isopropoxide). Pada metode CVD, lapisan nanopori TiO2 pada lapisan semikonduktor diperoleh melalui proses deposisi dari precursor penyusunnya    ( Maki, K. et.al.,2003 ). Uap gas TTIP dialirkan kedalam reaktor vakum, kemudian gas tersebut akan terurai dan terdeposisi pada kaca. Kelemahan dari metode ini adalah:
a)      Biaya fabrikasi dan investasi peralatan yang mahal.
b)      Proses fabrikasi yang rumit karena membutukan temperatur dan tekanan yang tinggi untuk memperoleh kondisi vakum.
c)      Memerlukan waktu proses produksi yang lama karena banyaknya langkah kerja yang harus dilakukan.

2.      Metode Sol-Gel (Sol-Gel Method)
Metode Sol-Gel didasarkan pada perubahan bentuk dari suatu sol. Partikel yang tersuspensi dalam sol dipolimerisasi pada temperatur rendah menjadi gel basah. Gel ini kemudian dipanaskan dan dilanjutkan dengan pendinginan (annealing)untuk menghasilkan nano-partikel TiO2. Nano-partikel TiO2kemudiandidispersikan dan disemprotkan pada kaca.
Kelemahan dari metode ini meliputi :
a)      Proses pengubahan sol menjadi gel dan proses annealing membutuhkan waktu yang lama.
b)      Proses pelapisan TiO2 dengan cara penyemprotan (spray) menyebabkan gaya adhesi antara TiO2 dan kaca rendah sehingga lapisan TiO2 mudah mengelupas.
c)      Jangka waktu (lifetime)  penggunaan kaca swa-bersih tidak lama.

3.      Metode Pelapisan Nano-partikel dengan Pencelupan (Dip Coating)
Metode ini dilakukan dengan mencelupkan substrat (kaca) ke dalam larutan TiO2 kemudian substrat tersebut diangkat dengan kecepatan lambat pada suhu tertentu. Proses selanjutnya adalah menguapkan pelarut (solvent) dari lapisan TiO2 yang telah menempel pada kaca. Proses pengangkatan dan pencelupan ini dilakukan secara berulang kali. Ketebalan lapisan bergantung kepada kecepatan pengangkatan, kekentalan (viskositas) cairan dan kandungan substrat.

4.      Metode Pelapisan Nano-partikel dengan Sputtering
Menurut Hoshi Y. ( 1999 ), Sputtering adalah suatu metode pemercikan material yang  dideposisikan pada substrationisasi target oleh bombardir elektron.Kelemahan dari metode ini antara lain :
a)      Biaya untuk inventarisasi dan bahan kimia yang digunakan sangat mahal.
b)      Peralatan-peralatan teknologi vakum mahal karena reaktor-nya harus kuat untuk menahan tekanan yang rendah.

5.      Metode Direct Deposition by Flame (DDF)
Metode DDF merupakanmetode deposisi langsung dengan menggunakan reaktor flame. Dalam metode DDF berlangsung tiga proses penting yang dapat dilakukan dalam satu kali pemrosesan, yaitu :
a.       Proses  pembuatan material nano-partikel TiO2,
b.      Proses deposisi nano-partikelTiO2 pada substrat kaca, dan
c.       Proses pemanasan lapisan nano-partikel TiO2 untuk memperbaiki sifat adhesinya.
Pada proses DDF, nano-partikel TiO2 dibuat secara langsung dalam sebuah reaktor flame, kemudian dilanjutkan dengan proses deposisi langsung dan proses pemanasan yang dilakukan secara in-situ.

6.      Metode Spray
Berbagai proses pembuatan nanopartikel dilakukan para peneliti sekarang salah satu diantaranya dengan proses Spray. Proses Spray adalah pembangkitan droplet-droplet kecil dari medium fase cair dan salah satu metoda umum yang digunakan dalam sintesis padatan partikel nanostruktur. Proses Spray terdiri dari Spray Drying dan Spray Pyrolysis. Flame spray pyrolysis merupakan metode pembuatan nanopartikel yang memanfaatkan atomisasi atau penyemprotan larutan berupa droplet kedalam api (flame) dan akan menghasilkan partikel serbuk. Menurut Nuryadin B.W (2008), faktor utama pembentuk partikel sangat dipengaruhi proses spray (pembentukan droplet) dan proses pemanasan. Selain itu menurut  Choa, Changa et all (2009), ada beberapa faktor lain yang mempengaruhi  proses pembentukan nanomaterial diantaranya konsentrasi prekursor, dan jenis starting material. Serta lama waktu kontak dengan api (residence time)  menurut Cho, J S et all (2008).
Metoda Spray sangat umum dilakukan karena banyak keuntungan dengan sistem yang sangat simpel, berbiaya murah, dan dengan skala yang sangat besar. Bahkan beberapa penelitian mampu memanfaatkan teknik ini untuk menghasilkan material berporos dan berbentuk route. Selain itu perangkat yang digunakan dalam metoda spray mengunakan alat yang sederhana, murah, dan mudah didapatkan tetapi diakui sebagai metoda pabrikasi partikel nanostruktur. Hal ini sangat cocok untuk perkembangan teknologi dinegara kita yang sedang berkembang baik secarapenelitian dan industri.

H.      METODE PELAKSANAAN
H.1. ALAT DAN BAHAN
H.1.1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah


  1. TTIP (Titanium Tetra Isopropoxide)
  2. Aquadest
  3. LPG
H.1.2. Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :


-       labu takar
-       pipet volume
-       pipet tetes
-       botol semprot
-       gelas beaker
-       ultrasonic nebulizer
-       magnetic stirrer
-       erlenmeyer
H.1.3 Gambar Alat
Gambar  1Skema alat flame spray pyrolysis pada pembuatan TiO2 nanopartikel

Keterangan :
1.      LPG
2.      Flemix flame burner
3.      Flame reactor glass
4.      Bag filter
5.      Condenser
6.      Water
7.      Watertrap
8.      Ultrasonic Nebulizer
9.      Vacum pump

H.2. LOKASI
Tempat yang digunakan untuk pelaksanaan kegiatan penelitian dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret.

H.3. CARA KERJA
1)        Pembuatan powder TiO2
-       Mengencerkan larutan TTIP 0,1M dengan menggunakan 100ml aquadest dan HNO3 1M .
-       Merangkai alat
-       Larutan tadi kemudian dimasukkan kedalamultrasonic nebulizer
-       Memasang nebulizer pada alat
-       Mengatur aliran gas LPG
-       Menghidupkan reactor flame
-       Menghidupkan nebulizer dan mengatur flow gas ( udara pembawa )
-       Menyedotnya dengan blower dan menangkapnya partikel nano yang terbentuk dengan bag filter.

2)        Pelapisan kaca helm dengan metode penyemprotan
SerbukTiO2 disemprotkan pada kaca helm yang dipanaskan, dengan suhu tertentu. Hal ini bertujuan supaya serbuk TiO2 mau menempel pada kaca helm yang terbuat dari polimer.



I.   JADWAL KEGIATAN
Kegiatan
Bulan ke-
1
2
3
4
5
6
1. Studi literature






2. Penyiapan alat






3. Penyiapan bahan
-     TTIP






4. Pengambilan data
-     Variabel yang berpengaruh






5. Analisis dan pembahasan






6. Penyusunan laporan






7. Seminar dan diskusi







J.      RANCANGAN BIAYA
No
Jenis
Jumlah
Satuan
Harga/satuan
(Rp)
Total
(Rp)
1.
Bahan habis pakai





TTIP
100
ml
2.000.000
2.000.000

LPG
1
Tabung (12 kg)
85.000
85.000

Kaca helm
2
sampel
20.000
40.000

Analisa morfologi dan penampang lintang dari lapisan nano-partikel TiO2
1
sampel
300.000
300.000

Analisa struktur kristal dari lapisan nano-partikel TiO2
1
sampel
550.000
550.000
Analisa kristalinitas dan kemurnian fase dari lapisan nano-partikel TiO2
1
sampel
75.000
75.000

Analisa luas area spesifik material nanopori TiO2
1
sampel
150.000
150.000
2.
Seminar hasil





Konsumsi
50
paket
3.000
150.000

Penggandaan makalah
50
eksemplar
2.500
125.000
3.
Laporan penelitian





Kertas HVS
2
rim
38.000
76.000

Tinta printer
3
set
20.000
60.000

Penggandaan proposal
5
eksemplar
7.000
35.000

Penggandaan laporan hasil
5
eksemplar
15.000
75.000
4.
Lain-lain





Dokumentasi
1
set
60.000
60.000

CD
1
set
5.000
5.000

Transportasi
-
-
100.000
100.000

Publikasi ilmiah / jurnal
1
kali
85.000
85.000


Total


3.894.500

K.                DAFTAR PUSTAKA
A.L. Castro, M.R. Nunes, A.P. Carvalho, F.M. Costa  , M.H.  Florencio (2007). Synthesis of Anatase TiO2  Nanoparticles with High Temperature Stability And Photocatalytic Activity.
Carp, O., Huisman, C.L. & Reller, A. (2004). Photoinduced Reactivity of Titanium Oxide. Progress in Solid State Chemistry.32: 33-177
Choa, K., H. Changa;, et al. (2009). Mechanisms of the Formation of Silica Particles fromPrecursors with
Cho, J. S., D. S. Jung, et al. (2008). Spherical shape hydroxyapatite powders prepared by flame spray pyrolysis.
Hoshi, Y.; Ohki, R. (1999). Low energy rf sputtering system for the deposition of ITO thin films. Electrochimica Acta 44: 3927-3932.
Maki, K. et.al. 2003. Fabrication of thin films of ITO by aerosol CVD. Thin Solid Films 445: 224-228.
Nuryadin, B.W., 2008, Rancang Bangun Reaktor Spray Drying Dan Spray Pyrolysis Mengunakan Ultrasonic Nebulizer Dan Pemanas Bertingkat, Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
www.en.wikipedia.org























L.     LAMPIRAN
1.BIODATA KETUA DAN ANGGOTA KELOMPOK
a.          Ketua Pelaksana Kegiatan
Nama Lengkap                                 : Dien Nurfathia
NIM                                                 : I 0509012
Fakultas / program studi                  : Teknik / S1 Reguler
Perguruan Tinggi                              : Universitas Sebelas Maret
Alamat rumah                                  : Jl Perdata 3 no. 12, Tangerang,     Banten
No. HP                                             : 08568057042
Email                                                :sidien_13@yahoo.com
Waktu untuk kegiatan                      : 15 jam / minggu
                                                                        Ketua Pelaksana Kegiatan,


                                                                                 (Dien Nurfathia)

b.         Anggota pelaksana
1)         Nama Lengkap                         :Ulfa Hardyanti           
NIM                                          : I 0509041
Fakultas / program studi           : Teknik / S1 Reguler
Perguruan Tinggi                      : Universitas Sebelas Maret
Waktu untuk kegiatan              : 15 jam / minggu
                                                                                    Anggota Kelompok,


                                                                        (Ulfa Hardyanti)

2)         Nama Lengkap                         : Ditia Alliandira Haryanto      
NIM                                          : I 0510010
Fakultas / program studi           : Teknik / S1 Reguler
Perguruan Tinggi                      : Universitas Sebelas Maret
Waktu untuk kegiatan              : 15 jam / minggu
                                                                                    Anggota Kelompok


                                                                        (Ditia Alliandira H.)

2. BIODATA DOSEN PEMBIMBING
a.       Nama Lengkap                              :  Agus Purwanto
b.      Tempat dan tanggal lahir              : Sragen, April 11, 1975
c.       Alamat                                          : Perumahan Grand Tembalang
Regency Blok D3 no 6, Bulusan, Tembalang, Semarang
d.      NIP                                               : 197504111999031001
e.       Golongan / Pangkat                      : III C / Penata
f.       Jabatan Fungsional                        : Lektor
g.      Fakultas/Program Studi                : Teknik/S1 Reguler
h.      Perguruan Tinggi                           : Universitas Sebelas Maret
i.        Bidang Keahlian                           : Nanopartikel
j.        Pendidikan Formal                        : S1 Teknik Kimia ITS
                                          S2 Teknik Kimia ITS
S3 Chemical engineeringHiroshima University, Japan
k.      Waktu untuk Kegiatan                  : 15 jam / minggu
l.        Pengalaman kerja:
Institusi
Jabatan
Periode Kerja
Jurusan Teknik Kimia, FT- UNS
Dosen
1998 - sekarang


m.     Pengalaman Penelitian:
1.      Purwanto, A dan Mastuti, E., 2002 ,“Koefisien Perpindahan Massa Menggunakan Shrinking Core Leaching Model Pada Ekstraksi Enceng Gondok dengan Pelarut Karbondioksida Superkritis”, Penelitian Dosen Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.
2.      Purwanto, A, Jumari,A., 2002,“Kajian Model Matsuoka Pada Korosi Baja Tulangan Beton”, DIK-UNS.
3.      Jumari, A. dan Purwanto, A., 2004, “Koefisien Diffusi Ion Klorida pada Lapisan Abu Sekam-Semen untuk Aplikasi Proteksi Korosi Baja Tulangan Beton”, Penelitian Dosen Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.
4.      Purwanto, A dan Paryanto, 2004,“Ekstraksi Minyak Buah Mengkudu Secara Proses Alir”, Penelitian Dosen Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.   
n.      Daftar publikasi:
1.      I Made Joni, Agus Purwanto, Ferry Iskandar, Manabu Hazata, and Kikuo Okuyama, Intense UV-light absorption of ZnO nanoparticles prepared using a pulse combustion-spray pyrolysis method, Chem. Eng. J., 2009, in press.
2.      Samsudin Affandi, Heru Setyawan, Sugeng Winardi, and Agus Purwanto, A Facile Method for Production of High-Purity Silica Xerogels from Bagasse Ash, Adv. Powder Technol., 2009, in-press.
3.      Agus Purwanto, Hendri Widiyandari, Darmawan Hidayat, Ferry Iskandar, and Kikuo Okuyama, A Facile Method for the Fabrication of Vertically Aligned ITO Nanopillars with Excellent Properties. Chem. Mater., 2009, in-press.

Dosen Pembimbing


Dr.Eng Agus Purwanto
NIP. 197504111999031001
at
Labels:

No comments:

Post a Comment

Subscribe to: Post Comments (Atom)