SOL GEL PROCESS DALAM METODE BOTTOM UP PADA PEMBUATAN NANOMATERIAL

Definisi Nanoteknologi dan Nanomaterial

Nanoteknologi adalah pengembangan teknologi dalam skala nano meter. Istilah “nanoteknologi” didefinisikan pertama kali oleh Norio Taniguchi, Profesor Tokyo Sains University, pada tahun 1974 dalam kertas kerjanya “Mengenai Konsep Dasar Nanoteknologi” sebagai berikut: “Nanoteknologi terdiri atas pengolahan bahan-bahan melalui proses pemisahan, penyatuan, dan pencatatan bentuk oleh sebuah atom atau sebuah molekul”.

Nanomaterial didefinisikan berdasarkan standar ukuran suatu materi, baik yang tersusun dari unsur organik maupun inorganik, pada tingkat satuan nanometer. Nanomaterial didefinisikan memiliki dimensi <100 nm. Penelitian pada nanomaterial sangat menarik karena dengan ukuran yang sudah mendekati ukuran suatu atom, maka sifat permukaan dan reaktivitas serta efisiensi dan efektivitas reaksi kimia yang melibatkan suatu nanomaterial dapat dikaji lebih rinci dan lebih mendalam.

Munculnya kesadaran terhadap ilmu dan teknologi nano diinspirasi dan didorong oleh pemikiran futuristik dan juga penemuan peralatan pengujian dan bahan-bahan. Pada tanggal 29 Desember 1959 dalam pertemuan tahunan Masyarakat Fisika Amerika (American Physical Society) di Caltech, Richard Phillips Feynman (Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1965) dalam suatu perbincangan berjudul “ There’s plenty of room at the bottom”, memunculkan suatu isu yaitu permasalahan memanipulasi dan mengontrol atom (ukuran 0,001 nm) dan molekul (ukuran 0,1 nm) pada dimensi kecil (nanometer) . Di tahun 1981, Scanning Tunneling Microscopy (STM) diciptakan oleh Heinrich Rohrer dan Gerd Binnig (Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 1986).

Definisi Sol Gel Process

Dalam ilmu material, proses sol-gel adalah metode untuk memproduksi bahan padat dari molekul kecil. Metode yang digunakan untuk pembuatan oksida logam, terutama oksida silikon dan titanium. Proses ini melibatkan konversi monomer menjadi solusi koloid (sol) yang bertindak sebagai prekursor untuk jaringan terpadu (atau gel) baik partikel diskrit atau polimer jaringan.

BAB III

PEMBAHASAN

3.1. Pengenalan Nanomaterial

v  Nanomaterial adalah bidang ilmu material dengan pendekatan berbasis Nanoteknologi

v  Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi atau devais pada ukuran sangat kecil. Materi atau devais 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).

v  Jadi, dapat disimpulkan bahwa nanomaterial itu adalah bahan atau material yg berukuran sangat kecil (skala nano) yaitu 1-100 nm.

v  Dengan nanoteknologi, material dapat didesain dan disusun dalam orde atom-per-atom atau molekulper-molekul sedemikian rupa

v  Dengan menyusun ulang atau merekayasa struktur material di level nanometer, maka akan diperoleh suatu bahan yang memiliki sifat istimewa jauh mengungguli material yang lain

v  Carbon nanotube (CNT) adalah sebuah bentuk kristal baru dari gugus karbon, yang tersusun dari beberapa atom karbon berbentuk pipa dengan diameter beberapa nanometer

3.2. Sol Gel Process

Sol Gel Process merupakan teknik basah - kimia yang digunakan untuk pembuatan kedua bahan gelas dan keramik . Dalam proses ini, sol ( atau larutan ) berkembang secara bertahap menuju pembentukan jaringan seperti gel yang mengandung fase cair dan fase padat.

Prekursor atau bahan awal dalam pembuatan Sol Gel adalah alkoksida logam dan klorida logam, yang kemudian mengalami reaksi hidrolisis dan reaksi polikondensasi untuk membentuk koloid, yaitu suatu sistem yang terdiri dari partikel-partikel padat (ukuran partikel antara 1 nm sampai 1 μm) yang terdispersi dalam suatu pelarut. Bahan awal atau precursor juga dapat disimpan pada suatu substrat untuk membentuk film (seperti melalui dip-coating atau spin-coating), yang kemudian dimasukkan kedalam suatu container yang sesuai dengan bentuk yang diinginkan contohnya untuk menghasilkan suatu keramik monolitik, gelas, dan fiber atau serat.

 Dari beberapa tahapan proses sol-gel, terdapat dua tahapan umum dalam pembuatan metal oksida melalui proses sol-gel, yaitu hidroldan polikondensasi.

Reaksi Sol Gel

Ada dua tahapan reaksi dalam Sol Gel

n (1) Hidrolisis metal alkoksida

(2) Kondensasi

3.3. Teknik Bottom Up pada Sol Gel Process

Teknik bottom-up merupakan cara merangkai atom atau molekul dan menggabungkannya melalui reaksi kimia untuk membentuk nano struktur. Metode presipitasi merupakan teknik pendekatan bottom up. Metode presipitasi dilakukan dengan cara zat aktif dilarutkan ke dalam pelarut, lalu ditambahkan larutan lain yang bukan pelarut (anti-solvent), hal ini menyebabkan larutan menjadi jenuh dan terjadi nukleasi yang cepat sehingga membentuk nanopartikel. 

Metode Bottom-up (penyusunan atom-atom) adalah memulai dari atom-atom

atau molekul-molekul atau kluster-kluster yang diassembli membentuk partikel

berukuran nanometer yang dikehendaki. Metode pembuatan partikel nano terdiri

atas beberapa proses kimia dan fisika, yang meliputi:

1. Proses wet chemical, yaitu proses presipitasi seperti: kimia koloid,

metoda hidrotermal, dan proses sol-gel. Proses ini intinya mencampur ion-ion     dengan jumlah tertentu dengan mengontrol suhu dan tekanan

untuk membentuk insoluble material yang akan terbentuk endapan.

Endapan dikumpulkan dengan cara penyaringan atau spray drying untuk

mendapatkan butiran kering.

2. Mechanical process, termasuk grinding, milling, dan teknik mechanical

alloying. Intinya material ditumbuk secara mekanik untuk membentuk

partikel yang lebih halus.

3.4. Aplikasi material dari Sol Gel Process

Aplikasi material dari sol gel process misalnya para ilmuwan telah menggunakannya untuk memproduksi bahan ringan di dunia dan juga beberapa keramik yang terberat. Salah satu area aplikasi terbesar adalah film tipis yang dapat diproduksi pada selembar substrat dengan spin coating atau lapisan dip. Pelindung dan dekoratif coating, dan komponen elektro-optik dapat diterapkan untuk kaca, logam dan jenis-jenis substrat.

Pengaplikasian pada Film tipis dan serat

    Dengan viskositas sol disesuaikan ke dalam kisaran yang tepat, baik optik dan serat keramik refraktori dapat ditarik yang digunakan untuk sensor serat optik dan isolasi termal, masing-masing. Dengan demikian, bahan keramik banyak, baik kaca dan kristal.

3.5. Keuntungan menggunakan metode Sol Gel Process

a). Homogenitasnya lebih baik, Temperatur rendah, Kemurnian lebih baik, Hemat energi

b). Pencemaran rendah, Menghindari reaksi dengan container dan kemurnian tinggi.

c). Fase pemisahan cepat, Kristalisasi cepat, Padatan non kristalin keluar membentuk gelas

d). Pembentukan fase kristal baru dari padatan non kristal baru

e). Produk glass lebih baik ditentukan dengan sifat-sifat gel, Produk film spesial.