1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Perkembangan sains dan teknologi pada bidang material dewasa ini sedang mengarah pada revolusi nanopartikel dimana dalam periode ini tejadi percepatan luar biasa dalam penerapan nanosains dan nanoteknologi di dunia industri. Hal ini ditunjukkan dengan semakin meningkatnya pengembangan dan penggunaan nanoteknologi yang dapat ditemukan di berbagai produk yang digunakan di seluruh dunia. Nanoteknologi sendiri berasal dari kata Nanos (bahasa Yunani) merupakan kajian ilmu dan rekayasa material dalam skala nanometer nano atau satu per miliar meter (10-9). Material yang dibuat hingga berukuran 1 – 100 nm memiliki sejumlah sifat kimia dan fisika yang lebih unggul dari material berukuran besar (bulk). Sejumlah sifat tersebut dapat diubah-ubah melalui pengontrolan ukuran material, modifikasi permukaan, pengaturan komposisi kimiawi, dan pengontrolan interaksi antar partikel (Astuti, 2007). Beberapa terobosan penting telah muncul di bidang nanoteknologi dan penemuan baru dalam bidang ini muncul hampir dalam tiap minggu dan aplikasiaplikasi baru mulai tampak dalam berbagai bidang, seperti bidang elektronik (pengembangan piranti (device) ukuran nanometer), energi (pembuatan sel surya yang lebih efisien), kimia (pengembangan katalis yang lebih efisien, baterai yang kualitasnya lebih baik), kedokteran (pengembangan peralatan baru pendeksi selsel kanker berdasarkan pada interaksi antarsel kanker dengan partikel berukuran
2
nanometer), kesehatan (pengembangan obat-obat dengan ukuran bulir (grain) beberapa nanometer sehingga dapat melarut dalam cepat dalam tubuh dan bereaksi lebih cepat, serta pengembangan obat pintar (smart) yang bisa mencari sel-sel tumor dalam tubuh dan langsung mematikan sel tersebut tanpa mengganggu sel-sel normal), lingkungan (penggunaan partikel skala nanometer untuk menghancurkan polutan organik di air dan udara), dan sebagainya. Perkembangan teknologi nano tidak terlepas dari riset mengenai material nano. Pengembangan metoda sintesis nanopartikel merupakan salah satu bidang yang menarik minat peneliti dari dunia akademik maupun dari dunia industri. Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun melalui proses sintesis oleh manusia. Sintesis nanopartikel bermakna pembuatan partikel dengan ukuran yang kurang dari 100 nm dan sekaligus mengubah sifat atau fungsinya. Peneliti umumnya ingin memahami lebih mendalam mengapa nanopartikel dapat memiliki sifat atau fungsi yang berbeda dari material sejenis dalam ukuran besar (bulk). (Abdullah, 2008). Selain itu, yang menjadi perhatian dalam ruang lingkup sintesis nanopartikel adalah bagaimana mensintesis nanopartikel seragam dengan mengatur ukurannya (Aiguo et al, 2008). Sintesis nanopartikel dapat dilakukan dalam fase padat, cair, maupun gas. Dan proses sintesis dapat berlangsung secara fisika atau kimia. Secara fisika tidak melibatkan reaksi kimia, yang terjadi hanya pemecahan material besar menjadi material berukuran nanometer, atau penggabungan material berukuran sangat kecil seperti kluster, menjadi partikel berukuran nanometer tanpa mengubah sifat bahan (Abdullah, M. 2008). Sedangkan proses sintesis secara kimia melibatkan
3
reaksi kimia dari sejumlah material awal (precursor) sehingga dihasilkan material lain yang berukuran nanometer. Beberapa metode proses sintesis kimia, adalah kopresipitasi, reverse micelle method, sintesis microwave plasma, metode sol-gel, freeze drying, ultrasound irradiation, metode hidrotermal, teknik pirolisis laser (Aigo et al., 2008;
H. Yan et al., 2009). Dalam teknik sintesis kimia,
pertumbuhan nanopartikel dikendalikan dengan mengoptimalkan parameter reaksi (misalnya, suhu, memvariasikan cuhemistry reaksi, konsentrasi reagen, dll). (Xie SY et al., 2004). Cuprous Oxide (Cu2O) merupakan salah satu material yang dapat disintesa dalam ukuran nano. Semikonduktor tipe-p ini telah menjadi subyek dalam beberapa penelitian saat ini karena material ini patut dipertimbangkan sebagai material yang menjanjikan untuk pembuatan aplikasi sel surya dengan karakteristik band gap 2,137 eV. (He Ping et al., 2004 ; Sekhar, H. et al., 2012 ; Timuda, G.E., 2006). Selain itu, Cu2O dapat juga digunakan sebagai fotokatalis, sintetis organik, sensor gas, material elektroda dan oksidasi CO (Lin X.F., et al., 2010 ; Kuo, CH et a.l , 2007).
Penelitian terakhir yang menarik perhatian
mengacu pada variasi ukuran Cu2O dan nano struktur seperti bentuk nanocubes (Yanyan Xu , et al. , 2008 ; Kuo CH, et al., 2007), octahedra (Wang Z, et al., 2009), nanocages (Bai, Yakui., et al., 2012), hollow spheres (Yanyan Xu , et al. , 2008), nanowires (M. Kaur, et al., 2006). Metode yang sederhana dan efisien dalam sintesis Nanopartikel Cu2O adalah metode kopresipitasi. Metode kopresipitasi merupakan proses kimia yang membawa suatu zat terlarut kebawah sehingga terbentuk endapan yang dikehendaki. Kelebihan metode ini adalah
4
prosesnya menggunakan suhu rendah dan mudah untuk mengontrol ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif singkat (Teja et al, 200; Pokropivny,V. et al. 2007). Beberapa zat yang paling umum digunakan sebagai agen precipitator dalam metode kopresipitasi adalah hidroksida, karbonat, sulfat dan oksalat. (Abdullah, M. 2008). H.Sekhar, et al., (2012) melakukan penelitian dengan mensintesis CuSO4.5H2O
dengan
metode
kopresipitasi.
Analisis
FTIR
menunjukan
konsentrasi NaOH yang berbeda pada daerah tertinggi dengan gugus O-H diserap pada permukaan Cu2O. Analisis XRD menunjukkan bahwa ukuran rata-rata nanopartikel 20 nm. Hamburan Raman (XRF) menunjukan puncak pada fase Cu2O, sedangkan pada puncak merupakan fase CuO. Analisis EPR menunjukan bahwa serbuk nanopartikel yang disintesis terdiri dari multiphase seperti CuO dan Cu2O. Analisis UV-Vis menunjukan nilai pita energi yaitu 2,6, 2,3, dan 2,1 eV. Analisis TEM menunjukan tidak adanya jejak unsur lain dari tembaga dan oksigen serta rasio unsur pembentuk nanopartikel Cu2O. Analisis optik nonlinier menunjukan intensitas SA dan RSA nanopartikel ukuran 532 nm. Pada penelitian lainya, Chun-Hong Kuo, et al., (2007) mensintesis CuSO4.5H2O dan sodium dodesil sulfat (SDS). Analsis XRD menunjukkan bahwa Ukuran rata2 nanopartikel Cu2O masing-masing 40, 65, 100,230 dan 420 nm. Karakterisasi optik menunjukan nanocube yang lebih kecil 100 nm dan menyerap pada ukuran sekitar 490 nm, sementara nanocube lebih besar dari 200 nm menampilkan pita absorpsi pada 515-525 nm. Hasil pita yang diperoleh dari variasi ukuran nanopartikel Cu2O yaitu antara 2,36-2,5 eV.
5
Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melanjutkan penelitian mengenai sintesis dan karakterisasi sifat optik nanopartikel Cu2O dengan judul penelitian “ Pengaruh Variasi Konsentrasi Pengendap Terhadap Sifat Optik Nanopartikel
Cu2O Yang Disintesis Dengan Metode
Kopresipitasi ”
1.2. Rumusan Masalah Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah 1. Bagaimana
cara
pembuatan
nanopartikel
Cu2O
dengan
metode
kopresipitasi. 2. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi pengendap terhadap sifat optik (absorbansi, transmitansi, dan band gap) nanopartikel Cu2O. 3. Bagaimanakah hasil karakterisasi nanopartikel Cu2O menggunakan FTIR, XRD (X-Ray Diffractometer), SEM (Scanning Electron Microscopy), Konduktivitas Listrik , dan UV-Vis Spektrofotometer,
1.3. Batasan Masalah Dalam penelitian ini batasan masalah yang dibahas meliputi : 1. Bahan yang digunakan dalam sintesis nanopartikel Cu2O
adalah
Cu2SO4.5H2O 2. Pelarut yang digunakan isopropanol dan PVA (Polyvinil Alkohol) 3. Metode pembuatan sampel yang digunakan adalah metode kopresipitasi.
6
4. Bahan pengendap yang digunakan adalah NH4OH (Amonium Hidroksida) dengan variasi konsentrasi pengendap 0,2 M, 0,6 M dan 1 M 5. Sampel dikarakterisasi dengan FTIR, XRD, SEM, Konduktivitas Listrik dan UV-Vis.
1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah : 1. Mengetahui proses pembuatan nanopartikel Cu2O dengan metode kopresipitasi berdasarkan variasi konsentrasi pengendap. 2. Mengetahi pengaruh variasi konsentrasi pengendap terhadap sifat optik (absorbansi, transmitansi, dan band gap) nanopartikel Cu2O. 3. Mengetahui karakterisasi nanopartikel Cu2O dengan menggunakan FTIR, XRD, SEM, Konduktivitas Listrik dan UV-Vis.
1.5. Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: 1. Mengaplikasikan teknik pembuatan nanopartikel Cu2O yang lebih murah dan efisien. Metoda kopresipitasi digunakan karena waktu yang dibutuhkan lebih sedikit dan proses yang cepat. 2. Memberikan peluang dalam aplikasi teknologi seperti fotokatalis, thin film, aplikasi semikonduktor dan sel surya (photovoltaic).
