JURNAL TEKNIK POMITS 1-7
1
Sintesis Nanopartikel ZnO dengan Metode Kopresipitasi Nurul Rosyidah, Sri Yani Purwaningsih, Darminto Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak—Telah dilakukan penelitian untuk sintesis nanopartikel
ZnO dengan metode kopresipitasi. Penelitian dilakukan dengan bahan dasar serbuk Zinc Acetat Dyhidrat, pelarut HCl, dan agen pengendap NH4OH. Sintesis nanopartikel ZnO dilakukan dengan menggunakan variasi temperatur, pH, waktu strirring, dan penambahan template PEG 400 pada larutan prekursor. Variasi temperatur digunakan pada 60°C, 70°C, 80°C, dan 90°C. Variasi pH yaitu pH 7–pH 11. Waktu strring mulai dari 2 jam sampai 6 jam dengan penambahan template PEG 400 dan tanpa template PEG 400. Karakterisasi dilakukan dengan mengunakan pengujian Difraktometer Sinar-X (XRD) dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Analisi data XRD dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Match, X’pert High Score Plus (HSP), dan Material Analysis Using Diffraction (MAUD). Hasil analisis kuantitatif dengan software HSP menunjukkan terbentuknya partikel nano ZnO dengan kemurnian tinggi seiring dengan bertambahnya variasi temperatur. Kemurnian tertinggi fasa ZnO yaitu pada variasi temperatur 85°C. Analisis ukuran partikel dengan menggunakan software MAUD menunjukkan telah terbentuk partikel ZnO berukuran nanometrik terkecil yaitu sebesar 19 nm. Kata kunci : kopresipitasi, nanopartikel, sintesis, ZnO.
S
I. PENDAHULUAN
alah satu perkembangan terbaru teknologi material dalam dunia sains yaitu nanomaterial. Nanomaterial merupakan partikel berukuran nanometer. Penelitian dibidang nanopartikel menghasilkan sifat material yang unik, yaitu material dengan skala nano memiliki sifat yang berbeda dari material asalnya. Sifat yang banyak dikembangkan dalam aplikasi teknologi nano yaitu sifat listrik dan optis, diantaranya untuk konversi sel surya, katalis, sensor gas, hingga kosmetik. Salah satu material nanopartikel yaitu nanopartikel ZnO. Untuk menghasilkan material nanopartikel ZnO terdapat banyak cara, antara lain: metode kimiawi basah, sol gel, spray pyrolisis, physical vapor deposition, solvotermal, dan hydrothermal (Sul Lee et al., 2008). Penelitian untuk mendapatkan nanopartikel ZnO yang dilakukan sebelumnya yaitu dengan metode yang menggunakan temperatur cukup tinggi. Nanopartikel ZnO didapatkan dengan pemanasan pada temperatur 500°C, 600°C, dan 700°C (M.R. Vaezi et al., 2009). ZnO adalah material yang relatif lunak dengan kekerasan sekitar 4,5 pada skala Mohs. Konstanta elastisnya lebih kecil dari semikonduktor III-V, seperti GaN. Kapasitas panas dan konduktivitas panasnya tinggi, ekspansi termal rendah dan suhu lebur ZnO cukup tinggi yang bermanfaat untuk keramik.
Di antara semikonduktor tetrahedral, ZnO memiliki tensor piezoelektrik tertinggi atau setidaknya sebanding dengan GaN dan AlN. Sifat ini membuat bahan ini merupakan teknologi penting bagi banyak aplikasi piezoelektrik, yang membutuhkan elektromekanis dengan kopling yang besar. Dalam ilmu material, ZnO adalah semikonduktor dengan lebar celah pita dari II-VI kelompok semikonduktor, karena seng dan oksigen terdapat masing-masing pada golongan 2 dan 6 pada tabel periodik. Doping asli dari semikonduktor karena kekosongan oksigen adalah tipe-n. Semikonduktor ini memiliki beberapa sifat menguntungkan antara lain: transparansi yang baik, mobilitas elektron yang tinggi, celah pita yang lebar, luminescence yang kuat pada suhu ruang, dan lain-lain. ZnO sudah digunakan dalam berbagai aplikasi yaitu untuk menyimpan energi atau melindungi jendela dari panas, dan aplikasi elektronik ZnO sebagai thin-film transistor dan dioda pemancar cahaya yang telah ada mulai tahun 2009. Seng oksida mengkristal dalam tiga bentuk : wurtzite heksagonal, zincblende kubik, dan jarang diamati kubik rocksalt. Struktur wurtzite paling stabil dan dengan demikian yang paling umum pada kondisi stabil. Bentuk zincblende dapat distabilkan dengan ZnO yang tumbuh pada substrat dengan struktur kisi kubik.
Gambar 1 Struktur wurtzite (www.diamond.com)
Gambar 2 Struktur Zinc Blende (www.diamond.com)
JURNAL TEKNIK POMITS 1-7 Kisi ZnO heksagonal dan zincblende tidak memiliki simetri inversi (refleksi dari kristal relatif pada suatu titik tertentu tidak mengubahnya menjadi dirinya sendiri). Kisi simetri lainnya mempunyai sifat piezoelektrik menghasilkan blende yang heksagonal. Struktur heksagonal memiliki grup jalur 6 mm (Hermann-Mauguin notasi) atau C6v (Schoenflies notasi), dan kelompok ruang P63 mc atau C6v. Konstanta kisi a = 3,25 Å dan c = 5,2 Å; rasio c / a ~ 1,60 dekat dengan nilai yang ideal untuk sel heksagonal c / a = 1,633. Metode kopresipitasi merupakan salah satu metode sintesis senyawa anorganik yang didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi secara bersama–sama ketika melewati titik jenuh. Kopresipitasi merupakan metode yang menjanjikan karena prosesnya menggunakan suhu rendah dan mudah untuk mengontrol ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat. Produk dari metode ini diharapkan memiliki ukuran partikel yang lebih kecil dan lebih homogen daripada metode solid state. Ada beberapa hal yang dapat dilakukan analis untuk meminimalkan kopresipitasi bersama endapan kristal. Ion pengotor akan hadir dalam konsentrasi yang lebih rendah selama pengendapan. Bila zat cair didinginkan, gerakan translasi molekul-molekul menjadi lebih kecil dan gaya molekul lebih besar. Hingga setelah pengkristalan molekul mempunyai kedudukan tertentu dalam kristal. Panas yang terbentuk pada pengkristalan disebut panas pengkristalan. Selama pengkristalan temperatur tetap, d isini terjadi kesetimbangan temperatur akan turun lagi pengkristalan selesai. Peristiwa kebalikan dari pengkristalan disebut peleburan. (Khairiah, 2011). Pada penelitian ini akan dilakukan sintesis nanopartikel ZnO dengan menggunakan metode kopresipitasi. Keunggulan dari penelitian ini adalah digunakan temperatur yang cukup rendah dimana pada penelitian sebelumnya nanopartikel ZnO didapatkan dengan pemanasan pada temperatur cukup tinggi. Zat pengendap yang digunakan yaitu basa NH4OH dan pelarut yang digunakan untuk melarutkan serbut Zinc Acetat Dehydrat [Zn(CH3COO)2.2H2O] yaitu HCl. Karakterisasi dilakukan dengan beberapa pengujian yaitu uji difraksi sinar-X (XRD) dan uji Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil keluaran X-Ray Diffractometry dianalisis dengan menggunakan perangkat lunak Match! untuk identifikasi fasa dan MAUD (Material Analyzing Using Diffraction) untuk identifikasi ukuran kristal dari fasa-fasa di dalam sampel. II. METODE Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk Zinc Acetat Dehydrat [Zn(CH3COO)2.2H2O], larutan HCl dan NH4OH. Pelarutan serbuk Zinc Acetat Dehydrat [Zn(CH3COO)2.2H2O] dilakukan dengan menambahkan larutan HCl 37% yang telah diencerkan menjadi larutan HCl 0,5 M. Dilakukan pengadukan dengan menggunakan magnetic stirrer. Kemudian dilakukan penambahan larutan NH4OH 0.5 M sedikit demi sedikit sehingga larutan bercampur. Setelah itu larutan precursor diuji Ph-nya dengan menggunakan kertas uji (indikator universal). Dilakukan penambahan larutan NH4OH pekat dengan metode titrasi sampai tercapai pH larutan precursor yang diinginkan. Penelitian ini menggunakan variasi Ph precursor yaitu 8, 9, dan 10.
2 Setelah larutan precursor berada pada Ph yang diinginkan, maka langkah selanjutnya yaitu larutan precursor diaduk menggunakan hot plate dengan kontrol temperatur larutan precursor yang diinginkan. Variasi temperatur larutan precursor yang digunakan dalam penelitian ini yaitu 60, 70, 80, 85, dan 90°C. Kemudian larutan precursor diaduk dengan menggunakan magnetic bar selama waktu tertentu. Variasi waktu pengadukan yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu 6 jam, 9 jam, 12 jam, dan 15 jam. Setelah itu dilakukan penyaringan endapan yang terbentuk. Setelah disaring endapan yang terbentuk dicuci dengan menggunakan larutan aquades dan dilakukan proses pengeringan dalam oven dengan suhu sebesar 100°C selama 1 jam. Karakterisasi serbuk hasil sintesis menggunakan metode kopresipitasi dilakukan dengan uji difraksi sinar-X. Dari hasil uji Difraksi Sinar-X diperoleh informasi berupa komponen fasa yang terbentuk. Setelah itu hasil uji difraksi sinar-X dianalisis dengan software Match dan MAUD (Material Analysis Using Diffraction) untuk mengetahui ukuran partikel yang terbentuk. Selain itu karakterisasi juga dilakukan dengan uji SEM (Scanning Electron Microscope) untuk mengetahui bentuk morfologi dari Nanopartikel ZnO yang terbentuk. Uji XRD dalam penelitian ini menggunakan radiasi Cu-Kα dengan panjang sinar-X 1,54051 Å dan analisis sudut 5o - 90o dengan step size 0,02o. Analisis data XRD menggunakan perangkat lunak X’pert High Score Plus untuk mengidentifikasi fasa. Sedangkan analisis kuantitatif diperoleh menggunakan metode Scherrer[6] dengan persamaan sebagai berikut: (
)
(1)
dengan: D = ukuran kristal (nm), λ = 0.154051 nm (panjang gelombang sinar-X yang digunakan dalam uji XRD), k = konstanta Scherrer FWHM = lebar puncak pada setengah tinggi puncak maksimum, FWHM sd = FWHM standar
III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Proses Sintesis Nanopartikel Zinc Oxide (ZnO) dengan Metode Kopresipitasi Sintesis nanopartikel ZnO (Zinc Oxide) dilakukan dengan menggunakan metode kopresipitasi. Pelarut HCl (asam klorida) digunakan untuk melarutkan serbuk Zinc Acetat Dyhidrat [Zn(CH3COO)2.2H2O]. Kemudian proses pengendapan dilakukan oleh agen pengendap berupa basa Amonium Hidroksida (NH4OH). Proses sintesis nanopartikel Zinc Oxide (ZnO) pada penelitian untuk tugas akhir ini dilakukan dengan variasi temperatur larutan prekursor, pH larutan prekursor, waktu pengadukan selama proses sintesis dan dengan penambahan PEG 400 sebagai template. Variasi temperatur dilakukan untuk kondisi temperatur larutan prekursor 60°C, 70°C, 80°C, dan 85°C. Variasi pH larutan dilakukan untuk kondisi pH
JURNAL TEKNIK POMITS 1-7 larutan mulai dari pH 7, pH 8, pH 9, pH 10, dan pH 11. Variasi waktu pengadukan dilakukan untuk waktu strirring yang disertai dengan heating (pemanasan) dengan menggunakan hot plate dengan waktu 2 jam, 3 jam, 4 jam, 5 jam, dan 6 jam untuk sintesis dengan penambahan PEG 400 dan tanpa PEG 400. Pada tahapan awal proses sintesis nanopartikel ZnO, proses pelarutan serbuk Zinc Acetat Dyhidrat [Zn(CH3COO)2.2H2O] yang dilakukan oleh agen pelarut berupa asam klorida (HCl) menghasilkan larutan berwarna bening seperti pada gambar 4.2 sesuai dengan reaksi kimia sebagai berikut : Zn(CH3COO)2.2H2O + 2HCl ZnCl2+2CH3COOH +2H2O............................................................................ (1) Proses selanjutnya yaitu dilakukan penambahan agen pengendap berupa basa NH4OH ke dalam larutan yang menyebabkan larutan yang semula bening dan transparan berubah menjadi berwarna putih susu (milky solution) seperti pada gambar 4.3 sesuai dengan persamaan reaksi sebagai berikut : ZnCl2 + 2CH3COOH + 2H2O + 2 NH4OH Zn(OH)2 + 2NH4Cl+2CH3COOH+H2O ...............................................(2) Larutan yang berwarna putih susu ini membentuk suatu koloid yang kemudian diproses dalam proses stirring (pengadukan) dalam variasi waktu mulai dari 2 jam sampai 6 jam dan heating (pemanasan) di atas hot plate dengan temperatur bervariasi dari 60°C sampai 85°C. Kemudian Zn(OH)2 hasil reaksi bereaksi dengan molekul air sehingga terbentuk ion Zn(OH)42- yang kemudian akan terbentuk fase ZnO seperti pada persamaan reaksi sebagai berikut :
3 sehingga tidak terbentuk agregat. Hal ini dikarenakan PEG terjebak pada permukaan partikel dan menutupi ion positif Zn, dan pada akhirnya diharapkan terbentuk partikel dengan bentuk bulatan seragam. Penyaringan dan pencucian larutan hasil sintesis nanopartikel Zinc Oxide (ZnO) dilakukan dengan menggunakan funnel kaca dengan diameter 15 cm dan labu 250 Ml untuk memisahkan endapan dari larutannya seperti pada gambar 4.4. Proses pencucian dilakukan beberapa kali dengan menggunakan aquades sebanyak kurang lebih 250 Ml untuk menghilangkan garam NH4Cl. Pada proses pencucian akan terbentuk 3 lapisan, yaitu bening, transparan, dan berwarna putih susu pada sisi bawah. Hasil penyaringan yang telah dicuci berulang kali dengan menggunakan aquades, kemudian dimasukkan ke dalam cawan petri untuk dikeringkan. Proses pengeringan ini bertujuan untuk menguapkan dan menghilangkan air. Hasil akhir yang didapatkan yaitu berupa serbuk ZnO nanopartikel yang berwarna putih dan kering. Penyimpanan serbuk ini ditempatkan pada tempat yang kering dan tertutup rapat. Karena serbuk ZnO nanopartikel ini mudah sekali bereaksi dengan air sehingga sampel tersebut agak sedikit lembab. Proses pengeringan serbuk ZnO nanopartikel hasil sintesis dengan metode kopresipitasi dilakukan di dalam oven dengan setting temperatur sebesar 90°C selama 3 jam. Dari hasil serbuk yang didapatkan, selanjutnya dilakukan pengujian karakterisasi difraksi sinar-x untuk mengetahui fasa dan ukuran kristal serta pengujian Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk mengetahui bentuk morfologi dari nanopartikel Zinc Oxide (ZnO) hasil sintesis dengan metode kopresipitasi. B. Hasil Pengukuran Difraksi Sinar-X Sintesis Nanopartikel ZnO dengan Metode Kopresipitasi
Zn(OH)2 + 2H2O Zn(OH)42- + 2H+ ........................... (3) 2Zn(OH)4 ZnO+H2O+2OH- ...................................... (4) Pada penelitian tugas akhir ini, studi pertama dilakukan untuk pembentukan nanopartikel ZnO dengan metode kopresipitasi untuk variasi temperatur larutan prekursor. Tujuan utama pada penelitian ini yaitu untuk menghasilkan serbuk ZnO nanopartikel di mana proses sintesis dilakukan dengan temperatur rendah (di bawah 100°C). Berdasarkan penelitian sebelumnya, proses sintesis dilakukan dengan temperatur kalsinasi 500-700°C (M.R. Vaezi, et al), maka peneliti melakukan sintesis partikel nano ZnO dengan variasi temperatur precursor 60°C, 70°C, 80°C, dan 85°C. Berdasarkan hasil penelitian, pertumbuhan inti pada pencampuran larutan prekursor dalam sintesis nanopartikel ZnO pada temperatur 60°C lebih lambat jika dibandingkan dengan pencampuran pada temperatur larutan precursor 70°C, 80°C, dan 85°C. Hal ini disebabkan karena adanya energi bebas yang diserap selama proses reaksi berlangsung. Ukuran nanopartikel dapat dikontrol dengan penambahan polimer atau surfaktan. Salah satu polimer yang dapat dipakai untuk membentuk dan mengontrol ukuran serta struktur pori tersebut adalah Poly Etilen Glycol (PEG). Dalam penelitian ini juga digunakan variasi penambahan PEG 400 ke dalam larutan prekursor sebanyak 3.5 mL. Dalam hal ini PEG berfungsi sebagai template dan juga untuk membungkus partikel
Gambar 3 Pola Difraksi Hasil Sintesis Nanopartikel ZnO dengan Variasi Temperatur Berturut-turut 60°C, 70°C, 80°C, dan 85°C (anoda CuKα, λ = 1,54056Ẳ) Berdasarkan informasi dari grafik XRD pada gambar 4.5 dapat diketahui bahwa tingkat kristalinitas paling tinggi dan terbentuk fasa murni 100% ZnO terjadi untuk temperatur larutan prekursor sebesar 85°C. Berdasarkan grafik pada gambar 3 maka dapat diketahui juga bahwa tingkat
JURNAL TEKNIK POMITS 1-7 kristalinitas dari ZnO bertambah seiring dengan bertambahnya temperatur. Salah satu bagian dari penelitian ini adalah perlakuan panas pada proses strirring dengan magnetic stirrer disertai pemanasan dengan hotplate sehingga kontrol temperatur larutan diperhatikan sebagai variasi dalam penelitian. Puncak difraksi pada sampel dengan suhu paling tinggi, yaitu 85°C terlihat paling menajam. Hal tersebut mengindikasikan adanya peningkatan kristalinitas dan ukuran partikel ZnO.
4 dengan bertambahnya konsentrasi dari larutan amonium hidroksida akan mengalami pengendapan yang lebih cepat dan larutan bersifat jenuh (koloid). Pada kondisi larutan pada pH 10 dan 11, berdasarkan grafik pola difraksi hasil sintesis, diperoleh pola difraksi yang berbeda dari pH larutan 8 dan 9. Grafik hasil XRD pada kondisi pH 10 dan 11 ini mengindikasikan kecilnya prosentase ZnO yang terbentuk dari hasil sintesis. Hal ini dikarenakan pada kondisi pH 10 dan 11 penambahan agen pengendap larutan basa amonium hidroksida terlalu banyak sehingga larutan telah melewati titik jenuhnya sehingga kemurnian ZnO menjadi berkurang. Hasil analisa dengan software High Score Plus (HSP) menunjukkan nilai prosentase fasa ZnO yang terbentuk pada pH 10 yaitu sebesar 50,32% dan untuk pada kondisi pH 11 yaitu sebesar 61,07%.
Gambar 4.7 Pola Difraksi Hasil Sintesis Nanopartikel ZnO dengan Metode Kopresipitasi untuk Variasi pH larutan prekursor Berturut-turut dari Bawah pH 8, 9, 10, dan 11 (anoda CuKα, λ = 1,54056Ẳ) Pola difraksi hasil sintesis nanopartikel ZnO dengan variasi pH larutan precursor untuk variasi pH 8 dan pH 9 dapat dikonfirmasikan dari hasil analisis dengan software serach match sesuai dengan indeks puncak Zincite-ZnO. Pola difraksi terukur hasil penelitian untuk tugas akhir ini dikonfirmasikan oleh data Powder Diffraction File data PDF 00-079-0208 dari fasa Zinc Oxide (ZnO) puncak-puncak muncul di sekitar sudut 2 seperti pada gambar pola difrksi sinar-x dan data disajikan dalam tabel 4.1. Pada kondisi larutan pH 8 dan pH 9, berdasarkan grafik pola difraksi hasil sintesis, dapat diketahui bahwa telah terbentuk kristal ZnO yang sempurna. Dari hasil analisa dengan software match dapat dikonfirmasikan bahwa fasa inorganik yang terbentuk adalah Zinc Oxide (ZnO) berbentuk heksagonal dengan struktur kristal zincite. Dengan bertambahnya pH larutan precursor dalam proses sintesis, artinya semakin besar konsentrasi atau molaritas dari larutan basa, yaitu amonium hidroksida yang ditambahkan ke dalam larutan precursor, maka tentu saja semakin besar pula reaksi yang terjadi. Pada saat penambahan agen pengendap natrium hidroksida ke dalam larutan precursor, maka akan terbentuk endapan di beberapa bagian larutan. Pada saat penetesan agen pengendap ini secara terus menerus, maka larutan akan mengalami terjadinya larutan jenuh dan koloidal yang berwarna putih susu. Semakin bertambahnya pH larutan, maka terbentuk larutan jenuh yang lebih cepat dan warna larutannya lebih pekat dibandingkan dengan pH yang lebih kecil. Hal ini sesuai dengan teori dasar dari kelarutan, bahwasnnya semakin bertambahnya konsentrasi dari larutan basa (amonium hidroksida) akan dapat memperkecil kelarutan, sehingga
Gambar 4.8 Pola Difraksi Hasil Sintesis Nanopartikel ZnO dengan Variasi waktu pengadukan (Tanpa PEG 400) berturutturut dari bawah 2 jam, 3 jam, 4 jam, 5 jam, dan 6 jam (anoda CuKα, λ = 1,54056Ẳ)
Gambar 4.9 Pola Difraksi Hasil Sintesis Nanopartikel ZnO dengan Varisasi Penambahan PEG 400 untuk waktu pengadukan berturut-turut dari bawah 2 jam, 3 jam, 4 jam, 5 jam, dan 6 jam (anoda CuKα, λ = 1,54056Ẳ) Grafik pola difraksi hasil sintesis untuk variasi waktu pengadukan dari 2 jam sampai 6 tanpa penambahan PEG menunjukkan puncak yang lebih tajam dengan semakin bertambahnya waktu pengadukan selama proses sintesis. Penelitian dengan variasi waktu pengadukan ini bertujuan untuk mengetahui lebih lanjut proses pembentukan partikel nano Zinc Oxide (ZnO). Hal utama yang menjadi kontrol
JURNAL TEKNIK POMITS 1-7 dalam variasi ini yaitu efek lamanya waktu pengadukan terhadap pertumbuhan partikel nano ZnO dan tingkat kemurnian kristal ZnO yang terbentuk. Persoalan dalam pembuatan partikel nano Zinc Oxide (ZnO) adalah terletak pada ukuran, kehomogenan (distribusi partikel yang terbentuk) serta morfologinya. Pada penelitian untuk tugas akhir ini diharapkan dapat menjawab persoalan di atas terkait dengan efek variasi waktu pengadukan. Pengadukan dilakukan pada kondisi ruang dan berhubungan langsung dengan udara bebas. Pada penelitian ini pengadukan dilakukan dengan menggunakan magnetic strirrer dengan kecepatan 350 rpm. Pada saat pengadukan terjadi gaya sentrifugal. Gaya inilah yang menyebabkan atom-atom terdistribusi secara homogen.atom-atom Zn adalah jenis atom yang reaktif terhadap oksigen, sehingga pada sa pengadukan atom-atom Zn mengikat oksigen menjadi molekul oksida. Terbentuknya oksida ini adalah awal mula terjadinya proses nukleasi (pengintian) di seluruh titik secara merata, sehingga terbentuk ukuran partikel yang hampir seragam. Lamanya waktu pengadukan menyebabkan partikel-partikel logam oksida yang terbentuk berikatan kembali dengan oksigen ataupun kehilangan oksigen. Apabila logam oksida berikatan dengan oksigen maka oksida tersebut akan bermuatan negatif dan sebaliknya oksigen akan bermuatan positif. Antara muatan positif dan negatif selanjutnya akan tari-menarik dan pada akhirnya bergabung menjadi partikel oksida yang lebih besar. Keadaan ini tidak sepenuhnya homogen, tergantung dari lamanya waktu pengadukan (Prasetia, 2006). Grafik pola difraksi hasil penelitian sintesis nanopartikel Zinc Oxide (ZnO) untuk variasi waktu pengadukan 2 jam, masih terlihat adanya fasa impuritas. Hal ini menandakan pertumbuhan kristal ZnO belum terjadi secara sempurna dan homogen. Adanya impuritas pada sintesis dengan waktu 2 jam ini dapat dilihat pada grafik pola difraksi untuk sudut difraksi antar 20°-30° terdapat 2 puncak kecil. Fasa yang diprediksi terdapat pada hasil sintesis ini yaitu precursor berupa Zn(Ac)2. Berdasarkan analisa dengan software high score plus (HSP) diperoleh prosentase fasa ZnO yaitu sebesar 72,48%. Untuk variasi waktu 3 jam fase impuritas mulai berkurang ditandai dengan terbentuknya grafik pola difraksi yang hampir mirip dengan grafik ZnO referensi. Prosentase ZnO yang terbentuk pada variasi waktu pengadukan 3 jam, 4 jam, 5 jam, dan 6 jam sesuai dengan analisis software high score plus (HSP) yaitu sebesar 100% murni ZnO. Pada variasi waktu pengadukan 3 jam, 4 jam, 5 jam, dan 6 jam telah terbentuk fasa ZnO murni 100%. Hal ini sesuai dengan analisis dengan menggunakan software search match untuk mengidentifikasi fasa dan software high score plus (HSP) untuk menentukan prosentase kemurnian fasa ZnO yang terbentuk. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat diketahui bahwa proses pertumbuhan partikel ZnO terjadi secara sempurna dan dalam kondisi homogen untuk waktu pengadukan 3 jam ke atas. Untuk efek waktu pengadukan terhadap ukuran kristal ZnO, berdasarkan hasil percobaan dapat diketahui semakin bertambahnya waktu pengadukan, maka ukuran partikel yang terbentuk semakin kecil. Metode perhitungan tehadap ukuran partikel ini dilakukan dengan menggunakan metode scherrer dan analisis dengan software
5 MAUD (Material Analysis Using Diffraction) yang dijelaskan pada subbab berikutnya. Grafik pola difraksi hasil sintesis nanopartikel Zinc Oxide (ZnO) dengan metode kopresipitasi untuk variasi penambahan Poli Etilen Glicol (PEG) 400 untuk variasi waktu pengadukan 2 jam, 3 jam, 4 jam, 5 jam, dan 6 jam seperti pada gambar 4.8 didapatkan fasa inorganik yang terbentuk adalah Zinc Oxide berbentuk heksagonal dengan struktur kristal Zincite sesuai dengan data PDF 00-079-0208 dari fasa Zinc Oxide (ZnO). Penambahan Poli Etilen Glicol (PEG) 400 pada penelitian ini bertujuan untuk membentuk dan sekaligus mengontrol ukuran dan struktur pori dari partikel. Dalam peran ini PEG dapat berfungsi sebagai template sehingga material berukuran nano satu dimensi. Poly Etilen Glycol (PEG) ini membungkus partikel sehingga tidak terbentuk agregat lebih lanjut dikarenakan PEG menempel pada permukaan partikel dan menutupi ion positif yang bersangkutan untuk bergabung dan membesar, sehingga diharapkan diperoleh partikel dengan bentuk bulatan yang seragam. Akan tetapi, agar dapat bekerja sesuai dengan fungsinya, diperlukan PEG dengan panjang molekul dan jumlah yang tepat. PEG 400 yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai berat molekul rata-rata 400 gram/mol dan mempunyai derajad polimerisasi sebesar 9. Berdasarkan analisa dengan software match, untuk variasi waktu 2 jam dengan penambahan PEG 400 sebagai template, diperoleh fasa Zinc Oxide yang masih amorf. Hal ini dapat dilihat pada grafik pola difraksi yang puncaknya kecil dan kasar. Seiring dengan bertambahnya waktu pengadukan, nilai kristalinitasnya bertambah sesuai dengan gambar puncak difraksi yang semakin menajam. Hal yang sama seperti pada variasi sintesis tanpa penambahan PEG, untuk variasi Penambahan PEG 400 terbentuknya fasa ZnO murni pada penelitian ini terjadi pada waktu pengaduka 3 jam ke atas. Analisa prosentase kemurnian ZnO dilakukan dengan software High Score Plus (HSP) diperoleh prosentase ZnO untuk variasi waktu 2 jam dengan penambahan PEG 400 sebagai tempalte yaitu sebesar 65,35%, untuk waktu 3 jam sebesar 77,58 %, untuk waktu 4 jam sebesar 84,1% dan untuk waktu 5 jam dan 6 jam telah terbentuk ZnO murni sebesar 100%. Analisa efek variasi waktu pengadukan dan penembahan PEG 400 sebagai template dilakukan dengan metode Scherrer dan dengan menggunakan software MAUD (Material Analysis Using Diffraction) diperoleh ukuran partikel nano ZnO seperti pada tabel pada subbab selanjutnya. C. Ukuran Partikel dan Prosentase Kristalinitas ZnO Hasil Sintesis Tabel 1 Nilai Prosentase Kemurnian ZnO untuk Variasi Temperatur Larutan
No
Variasi Temperatur Larutan
Ukuran Partikel (nm)
Prosentase Kristalinitas ZnO (%)
1
60
22
72,04
2
70
24
74,94
3
80
64
97,5
4
85
79
100
JURNAL TEKNIK POMITS 1-7
6
Tabel 2 Nilai Prosentase Kemurnian ZnO untuk Variasi PH Larutan
No
Variasi PH Larutan
Ukuran Partikel (nm)
Prosentase Kristalinitas ZnO (%)
1
8
64
80,2
2
9
64
100
3
10
32
50,32
4
11
38
61,07
Tabel 3 Nilai Prosentase Kemurnian ZnO untuk Variasi Waktu Pengadukan Tanpa PEG 400
No
Variasi Waktu Pengadukan Tanpa PEG 400
Ukuran Partikel (nm)
Prosentase Kristalinitas ZnO (%)
1
2
47
72,48
2
3
79
100
3
4
85
100
4
5
64
100
5
6
64
100
Tabel 4 Nilai Prosentase Kemurnian ZnO untuk Variasi Waktu Pengadukan dengan Penambahan PEG 400
No
Variasi Waktu Pengadukan dengan PEG 400
Ukuran Partikel (nm)
Prosentase Kristalinitas ZnO (%)
1
2
19
65,35
2
3
22
77,58
3
4
68
84,1
4
5
72
100
5
6
80
100
IV. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan: 1. Telah berhasil terbentuk nanopartikel Zinc Oxide (ZnO) dengan metode kopresipitasi dengan variasi temperatur, PH, waktu strirring, dan penambahan template PEG 400. 2. Pembentukan nanopartikel ZnO untuk variasi temperatur larutan precursor diperoleh ukuran partikel terkecil yaitu 22 nm pada temperatur 60°C. 3. Pembentukan nanopartikel ZnO untuk variasi PH diperoleh ukuran partikel terkecil yaitu 32 nm pada PH 10. 4. Pembentukan naonopartikel ZnO untuk variasi waktu stirring tanpa penambahan template PEG 400 diperoleh ukuran partikel terkecil yaitu 47 nm pada waktu 2 jam. 5. Pembentukan naonopartikel ZnO untuk variasi waktu stirring dengan penambahan template PEG 400 diperoleh ukuran partikel terkecil yaitu 19 nm pada waktu 2 jam. 6. Berdasarkan data hasil penelitian diketahui bahwa prosentase kristalinitas ZnO hasil sintesis meningkat sebanding dengan bertambahnya temperatur larutan. Didapatkan fasa ZnO murni 100% pada kondisi temperatur 85°C. 7. Prosentase kristalinitas ZnO hasil sintesis meningkat sebanding dengan bertambahnya waktu pengadukan (strirring). Didapatkan fasa ZnO murni 100% pada kondisi waktu pengadukan di atas 3 jam untuk variasi tanpa PEG 400 dan waktu pengaduka di atas 5 jam untuk variasi dengan penambahan PEG 400. 8. Terbentuknya fasa ZnO dengan kemurnian tinggi (100% ZnO) terjadi pada kondisi PH 9 dan temperatur 85°C. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Darminto, M.Sc dan Ibu Sri Yani Purwaningsih, M.Si selaku dosen pembimbing dan semua pihak yang terlibat dalam penelitian tugas akhir ini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
[3] [4]
[5]
Gambar 4. 10 Hasil uji SEM dengan perbesaran 10.000 kali
Abbdullah, M. 2009. Pengantar Nanosains. Bandung: Penerbit ITB. Akermi, Mehdi, Nawfel Sakly, Rafik Ben Chaabane, and Hafedh Ben Ouada. “Effect of PEG-400 on the Morphology and Electrical Properties of ZnO Nanoparticles Application for Gas Sensor.” Materials Science in Semiconductor Processing 16, no. 3 (June 2013): 807–817. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.mssp.2013.01.005. Duan, Jinxia, Xintang Huang, and Enke Wang. “PEG-assisted Synthesis of ZnO Nanotubes.” Materials Letters 60, no. 15 (July 2006): 1918– 1921. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2005.12.052. Hou, Xianming, Feng Zhou, Bo Yu, and Weimin Liu. “PEG-mediated Synthesis of ZnO Nanostructures at Room Temperature.” Materials Letters 61, no. 11–12 (May 2007): 2551–2555. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2006.09.059. Liu, Zhifeng, Zhengguo Jin, Wei Li, and Jijun Qiu. “Preparation of ZnO Porous Thin Films by Sol–gel Method Using PEG Template.” Materials Letters 59, no. 28 (December 2005): 3620–3625. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2005.06.064.
JURNAL TEKNIK POMITS 1-7 [6]
[7]
[8]
[9]
Thongtem, Titipun, Siriprapha Jattukul, Anukorn Phuruangrat, and Somchai Thongtem. “The Effect of H2O and PEG on the Morphologies of ZnO Nanostructures Synthesized Under Microwave Radiation.” Journal of Alloys and Compounds 491, no. 1–2 (February 18, 2010): 654–657. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.11.033. Tian, Zhengrong R., James A. Voigt, Jun Liu, Bonnie Mckenzie, Matthew J. Mcdermott, Mark A. Rodriguez, Hiromi Konishi, and Huifang Xu. “Complex and Oriented ZnO Nanostructures.” Nature Materials 2, no. 12 (December 2003): 821–826. doi:10.1038/nmat1014. Tshabalala, M.A., B.F. Dejene, and H.C. Swart. “Synthesis and Characterization of ZnO Nanoparticles Using Polyethylene Glycol (PEG).” Physica B: Condensed Matter 407, no. 10 (May 15, 2012): 1668–1671. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2011.09.113. Vidyasagar, C.C., and Y. Arthoba Naik. “Surfactant (PEG 400) Effects on Crystallinity of ZnO Nanoparticles.” Arabian Journal of Chemistry no. 0. Accessed September 27, 2013. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.08.002.
7
