Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Analisis Sifat Hidrofobik Dan Sifat Optik Lapisan Tipis TiO2 Dahyunir Dahlan, Anggi Pravita S Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Andalas, Kampus Limau Manis - Padang
[email protected] Abstrak. Telah dilakukan analisis terhadap sifat hidrofobik dan sifat optik lapisan tipis TiO2. Lapisan TiO2 dihasilkan melalui sintesis larutan TiCl4 dengan metoda dip coating (pencelupan). Hasil celupan dipanaskan berturut-turut 100, 120, 150 dan 200C. Dari analisis difraksi sinar-X (XRD) diketahui bahwa Lapisan TiO2 (fasa anatase) sudah terbentuk pada temperatur 200C. Karakterisasi mikroskop optik menunjukkan bahwa semua sampel mempunyai sifat hidrofobik, dimana sifat hidofobik terbesar terjadi apabila sampel dipanaskan pada suhu 200C. Mikroskop elektron (SEM) memperlihatkan permukaan lapisan TiO2 yang dihasilkan agak kasar dengan butiran-butiran partikel halus. Spektrum UV Vis menunjukkan sampel menyerap cahaya UV pada kisaran panjang gelombang 300 - 336 nm, dimana cahaya serapan paling besar adalah pada sampel yang dipanaskan dengan suhu 200C. Sebaliknya cahaya UV yang paling kecil diserap adalah pada sampel yang dipanaskan pada suhu 150C. Kata Kunci. hidrofobik, dip coating, lapisan TiO2, suhu.
PENDAHULUAN Pada kehidupan zaman modern ini orang-orang selalu ingin mendapatkan kemudahan dalam melakukan aktivitas. Salah satunya adalah penggunaan propertiproperti yang tidak perlu dibersihkan dalam penggunaannya atau lebih dikenal dengan material yang mempunyai sifat self cleaning. Misalnya, pemakaian kaca transparan yang berfungsi untuk memperindah properti sekaligus berfungsi sebagai alternatif penghematan energi karena dapat membantu pencahayaan bangunan, penggunaan sel surya yang tidak perlu dibersihkan bagian permukaannya dan seterusnya. Berbagai cara dilakukan untuk memodifikasi material-material, salah satunya dengan teknologi rekayasa permukaan. Pelapisan permukaan menggunakan TiO2 merupakan salah satu solusi untuk mengatasi permasalan tersebut. TiO2 merupakan material yang bersifat fotokatalis, self cleaning dan anti fogging dan fotodegradasi serta memiliki banyak keuntungan lainnya. Ukuran sudut kontak
air dengan lapisan TiO2 mengalami penurunan apabila mendapat penyinaran matahari sehingga lapisan bersifat hidrofilik (suka air) dan ukuran sudut kontak tersebut meningkat ketika tidak mendapat penyinaran lagi maka lapisan bersifat hidrofobik (anti air), sehingga material yang diberi lapisan TiO2 akan terlihat selalu bersih dengan sendirinya. Konsentrasi surfaktan berpengaruh pada morfologi pori dari lapisan tipis TiO2. Pembuatan lapisan TiO2 melalui pencampuran larutan titanium tetra-klorida (TiCl4) dan isopropil alkohol menghasilkan permukaan lapisan TiO2 yang bersifat hidrofobik dengan ukuran sudut kontak melebihi 100o. Pada penelitian ini dibuat material self cleaning dari lapisan TiO2 pada substrat kaca dengan memanfaatkan sifat hidrofobik lapisan tersebut. METODE PENELITIAN Sintesis TiO2 dilakukan di Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika, FMIPA Unand. Untuk karakterisasi UV-Vis digunakan spektrofotometer UV-Vis merek
Semirata 2013 FMIPA Unila |163
Dahyunir Dahlan: Analisis Sifat Hidrofobik Dan Sifat Optik Lapisan Tipis TiO2
Thermo Scientific sementara untuk karakterisasi SEM dan XRD dilakukan menggunakan XRD jenis PANanalytical. Teknik penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental dengan beberapa tahapan, diantaranya: preparasi sampel, pembuatan larutan, Sintesis Lapisan TiO2. Penelitian diawali dengan mencuci substrat agar bersih dari semua kotoran organik seperti minyak/lemak menggunakan etanol 96%. Peralatan seperti beaker glass, batang pengaduk dan pipet tetes dicuci dengan aquades, kemudian dikeringkan. Untuk menghasilkan lapisan TiO2 pada substrat, dibuat larutan dari campuran TiCl4 99% (prekursor) dan etanol 96% (pelarut) dengan rasio perbandingan volum prekursor : pelarut adalah 1: 10 kemudian ditambahkan 10% etilen glikol. Larutan diaduk dengan magnetic stirrer selama 30 menit pada suhu kamar hingga larutan tercampur secara homogen. Pada larutan yang telah dicampurkan terjadi reaksi hidrolisis garam yang ditunjukkan pada persamaan: TiCl4 + 2C2H5OH 4CH2
nilai absorpsi terhadap variasi pada suhu pemanasan 100oC, 120oC, 150oC, dan 200oC, seperti ditunjukkan pada gambar 1. Dengan menggunakan hukum BeerLambert, nilai absorpsi dan transmisi serta nilai panjang gelombang serapan masingmasing sampel dapat diketahui. Hasil lengkap data hasil perhitungan dan analisis UV-Vis tersebut disajikan pada tabel 1. Dari data yang disajikan pada Tabel 1 terlihat bahwa peran lapisan TiO2 bukan hanya memperkecil kontak air dengan material, tetapi juga berperan dalam penyerapan sebagian radiasi UV, sehingga radiasi UV tersebut ditahan oleh material. Untuk membuktikan bahwa lapisan yang terbentuk tersebut adalah lapisan TiO2, kami sudah melakukan karakterisasi difraksi sinar-X (XRD). Hasil pembahasan tersebut dipublikasikan pada jurnal lain.
TiO2+ 4HCl +
Untuk mendapatkan lapisan TiO2 pada substrat kaca, substrat kaca dicelupkan ke dalam larutan yang telah disiapkan sebelumnya. Masing-masing sampel dicelupkan ke dalam larutan sambil ditarik dengan kecepatan 0.01 cm/s. Substrat yang telah terlapisi larutan kemudian masingmasing dipanaskan dalam oven dengan variasi suhu 100, 120, 150 dan 200oC selama 20 menit. Pemanasan sampel dibatasi pada suhu 200oC karena jika dipanaskan diatas suhu tersebut sampel akan menghitam. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil karakterisasi menggunakan spektro-fotometer UV-Vis menunjukkan
Gambar 1. Spektrum absorpsi UV-Vis terhadap suhu pemanasan lapisan TiO2 Tabel 1. Nilai absorpsi dan transmisi cahaya pada sampel lapisan TiO2
Sam -pel 1 2 3 4
Suhu Peman asan (oC) 100 120 150 200
Absor psi Cahay a 0,692 0,384 0,192 1,457
Transm isi Cahaya
Panjang Gelomba ng (nm)
0,203 0,413 0,643 0,035
327,71 310,89 329,16 312,14
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Dari Tabel 2 terlihat bahwa ukuran sudut kontak sudah bersifat hidrofobik dimana tetesan air pada sampel sudah membentuk sudut kontak di atas 90o. Besarnya sudut kontak meningkat seiring dengan naiknya suhu pemanasan. Hal ini disebabkan karena perlakuan suhu akan mempengaruhi bentuk morfologi lapisan yang dihasilkan. Semakin tinggi suhu pemanasan maka bentuk morfologi permukaan lapisan akan semakin halus, tetapi apabila suhu pemanasan lapisan melebihi suhu diatas 200oC maka lapisan TiO2 yang terbentuk akan menjadi rusak yaitu agak kehitaman. Hal ini tentunya akan mempengaruhi sifat transparansi sebagai kaca transparan. Sifat fisik permukaan akan mempengaruhi sifat hidrofobik material, bahan yang dilapisi oleh material berukuran nanometer dapat bersifat hidrofobik bahkan superhidrofobik, hal ini karena material berukuran nanometer mempunyai luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan material berukuran bulk.
a. A1 100C
A2 120C
A3 150C
A4 200C
KESIMPULAN
b.
Gambar 2. Sudut kontak air terhadap hasil lapisan TiO2 yang dipanaskan pada berbagai suhu. Tabel 2. Data hasil pengukuran sudut kontak air dengan permukaan lapisan TiO2
Sampel 1 2 3 4
Suhu Pemanasan (oC) 100 120 150 200
Sudut Kontak (θ) 97 100 102 120
Semakin tinggi suhu pemanasan hasil dip coating lapisan TiO2, semakin besar sudut kontak yang dihasilkan atau semakin bersifat hidrofobik. Namun apabila pemanasan melebihi 200C lapisan akan menjadi agak gelap (buram). Lapisan TiO2 yang dihasilkan juga dapat menyerap cahaya UV, dimana penyerapan terbesar terjadi pada lapisan yang dipanaskan pada suhu 200C. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Anggi Pravita Sari yang telah membantu mengambil data dan melakukan karakterisasi untuk penelitian ini. Terimakasih juga kepada Jurusan Fisika Universitas Andalas yang telah
Semirata 2013 FMIPA Unila |165
Dahyunir Dahlan: Analisis Sifat Hidrofobik Dan Sifat Optik Lapisan Tipis TiO2
memfasilitasi peralatan di Laboratorium Fisika Material Universitas Andalas. DAFTAR PUSTAKA R. Benedix, F. Dehn, J. Quass and M. Orgass. (2000). Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Create Self Cleaning Building Material. Lacer No.5, 2000. J. K. Park, and H. K. Kim. (2002) Preparation and Characterization of Hydrophylic TiO2 Film. Bull. Korean Chem. Soc.Vol. 23. 2002. D. Tristantini, Slamet, R. Mutikasari, Widuri. (2012), Modification of TiO2 Nanoparticle with PEG and SiO2 For Anti-Fogging and Self-Cleaning Application. International Journal of
Engineering & echnology IJET-IJENT Vol:11 No. 02. S.S. Tuti, I.S. Amalia, G.S. Sulistioso and A.A. Wisnu. (2006). Sintesis Lapisan Tipis TiO2 dan Analisis Sifat Fotokatalisnya, Jurnal Sains Material Indonesia, Departemen Kimia FMIPA IPB, Bogor. A. Pravitasari dan D. Dahlan. (2013). Sintesis Lapisan TiO2 Menggunakan Prekursor TiCl4 Untuk Aplikasi Kaca Self Cleaning Dan Anti Fogging. Jurnal Fisiska FMIPA Unand Vol: 2 No. 2, 2013. A.
Mikrajuddin. 2009, Nanosains, ITB, Bandung.
Pengantar
