Prosiding Skripsi Semester Genap 2010/2011 SK
SK-091304
Pemanfaatan Motor DC dari Mesin Fotokopi Bekas untuk Pembuatan Spin Coater sebagai Pelapisan Silika GF pada Slide Mikroskop sebagai Media KLTP Syafi’ Munawir Almaki*, Fredy Kurniawan1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Abstrak Telah dilakukan pembuatan spin coater dengan menggabungkan motor DC bekas bagian dari mesin fotokopi dan mikrokontroler ATMEGA 16 yang diprogram dengan bahasa Assembly. Hasil pembuatan spincoater kemudian diuji dengan okto coupler untuk mengetahui kecepatan yang dihasilkan. Hasil pembuatan menunjukan naiknya tegangan dapat meningkatkan kecepatan spin coater. Kemudian spin coater ini digunakan untuk melapiskan silika GF pada slide kaca mikroskop untuk selanjutnya digunakan sebagai plat KLTP. Pembuatan plat KLTP metode spin coater ini dilakukan pada kecepatan 137, 250, 368, 567, 753, 854, 935, 1130 rpm. Hasil pelapisan kemudian diukur ketebalannya dengan mikroskop optik, Hasil pengukuran menujukkan bahwa ketebalan film tipis silika GF semakin berkurang dengan bertambahnya kecepatan. Kecepatan terendah menghasilkan 0,02 mm dan pada kecepatan tertinggi menghasilkan 0,001 mm. Pada uji pemisahan senyawa, KLTP metode spin coater dibandingkan dengan metode pencelupan dan KLTP komersial. Pada uji ini, pemisahan menunjukkan perbedaan hasil pemisahan yang tidak signifikan. Kata Kunci : Pati, Bacillus stearothermophilus, α-Amilase Termostabil, Termofilik
Abstract Spin coater fabrication have been done from recycled DC motor from copy machine combined with Atmega16 . DC motor is controled by computer using Assembler language. The speed of the motor is monitored using octo coupler. This spin coater then used for deposition of silica onto microscope slide glass. Then the modified silica slide is used for thin layer chromatography (TLC). The speed at deposition was varied ( 137, 250, 368, 567,753,854, 935,1130 rpm).The influence of thickness of silica is obseved using microscope optic. The lowest speed 137 rpm yield 0,02 mm and the fastest speed at 1130 yield 0,001mm. The plates then are used for separation of ballpoint ink. The performance of the plate which made by spincoater is compared to the plate which is made by immersed methode and the commersial plates. The result showed that the thickness of silika decreased along with of theincreasing velocity. The result showed no significant different in separation.. Keywords : Starch; Bacillus stearothermophilus; Thermostable α-Amylase; Thermophilic 1. Pendahuluan Semakin pesatnya teknologi material menyebakan ikut berkembangnya jenis dan aplikasi metode coating. Pelapisan atau coating merupakan salah satu metode untuk mendapatkan bentuk dan sifat baru dari suatu material. Hingga saat ini ada beberapa teknologi yang cukup famliar dikembangkan dibidang industri. Beberapa diantaranya antara lain: chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), electroplating, spraying, dan spin coating ( Leyens, 1998). Setiap jenis coating ini memilki sifat hasil pelapisan yang berbeda sesuai dengan prinsip dasar pelapisannya. Hal ini yang menyebabkan penggunaan metode coating dalam aplikasi industri dan riset berbeda beda.
* Corresponding author Phone : +6285649268566 e-mail:
[email protected] 1 Alamat sekarang : Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. e-mail:
[email protected]
[email protected]
Prosiding Kimia FMIPA
Pada proses CVD, wafer (substrat) diletakkan di depan pada satu atau lebih prekursor yang bereaksi pada permukaan substrat untuk menghasilkan deposit yang diinginkan, kemudian dikeluarkan oleh aliran gas melalui reaksi ruangan. Keuntungan metode ini adalah menghasilkan lapisan dengan kemurnian yang tinggi, Kelemahan metode ini membutuhkan instrumen besar sehingga harganya relatif mahal (Pierson, 1966). Electroplating memiliki cara kerja mirip dengan elektrolisa, yaitu pelapis bertindak sebagai anoda sedangkan material dasarnya sebagai katoda. Cara terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Kelemahan Electroplating antara lain material pelapisan yang terbatas pada gaya Faraday, dan hanya dapat berlaku pada senyawa tertentu, dan permukaan yang menjadi objek harus bersih dari pengotor apapun, sehingga membutuhkan proses yang biayanya cukup mahal. PVD digunakan untuk meningkatkan kekerasan dan daya tahan terhadap keausan, mengurangi efek gesekan, dan meningkatkan daya tahan terhadap oksidasi. Mekanismenya target material ditembaki dengan energi agar atom- atomny lepas kemudian ditransferkan dan didepositkan pada material yang ingin
di lapiskan. Namun, PVD juga memiliki kelemahan yaitu beberapa proses memerlukan tekanan dan temperatur yang tinggi, proses pada suhu yang tinggi memerlukan sistem pendinginan yang mahal, dan biasanya kecepatan deposisi cukup lambat (Azo, 2010). Spin coating merupakan sebuah metode yang umum dan sederhana untuk pelapisan material polimer pada wafer silikon. Setelah larutan pelapis diteteskan pada wafer, sudut dari pelapisan ditentukan dengan gaya sentrifugal yang dikendalikan dari larutan menyebar pada wafer, dan pada kecepatan tinggi ( 2000- 4000 rpm ) lapisan tipis terbentuk (Hak-jukim, 2002). Metode ini memilki keunggulan yaitu dapat mencapai ketebalan yang sangat kecil. Spin coater merupakan salah satu alat pelapis atau coater yang didasarkan pada gaya sentrifugal desposit pada substrat. Secara umum ketebalan ditentukan kecepatan putaran dan kekentalan deposit. Alat ini terdiri dari motor dan beberapa rangkain elektronik yang digunakn untuk mengendalikan kecepatan putaran. Motor DC adalah motor yang dapat digunakan untuk membuat spin coater. Pembuaatnnya dapat dilakukan dengan mengubah tegangan melalui PC. Pengubahan tegangan ini dilakukan dengan bantuan mikrokontroler. Pada penelitian ini dibuat spincoter yang komponennya terdiri dari motor DC bekas mesin fotokopi dan mikrokontroler. Spin coater ini kemudian diaplikasikan untuk pembuatan plat kromatografi lapis tipis preparatif (KLTP). Spin coater yang akan dibuat sendiri ini berukuran kecil atau biasa disebut sebagai instrumen kit dan dapat dapat menghasilkan ketebalan lapisan tipis yang relatif konsisten. Kedua hal yang tersebut dapat dijadikan solusi untuk mengatasi ketidakmampuan metode pencelupan (immersed methode) dalam pengendalian ketebalan plat KLTP. 2 Prosedur Kerja 2.2.1 Pembuatan Spin coater Mikrokontroler dirangkai dengan motor DC dan driver motor dan okto coupler yang memiliki potensial 24 Volt. Rangkaian alat tersebut dihubungkan dengan komputer yang telah terinstalasi program bahasa Assembly. 2.2.2 Pembuatan Bubur Silika Bubuk silika GF sebanyak 22 gram dilarutkan dalam pelarut campuran metanol dan air yang telah diaktivasi. Perbandingan pelarut metanol dan air adalah 3:1. Metanol dan air masing-masing didinginkan pada suhu 10oC selama 12 jam, sedangkan bubuk silika GF dipanaskan dalam oven pada suhu 110 oC selama 1 jam (Panji, 2008). 2.2.3 Pembuatan Plat KLTP dengan spin coater Bubur silika dituangkan pada slide kaca yang telah ditempatkan di atas spin coater. Slide kaca diputar dengan kecepatan yang bervariasi antara 137, 250, 368, 567, 753, 854, 935, 1130, dan 1350 rpm. 3.2.4. Pembuatan KLTP dengan Metode Pencelupan (Immersed Methode) Slide kaca dimasukkan dalam bubur silika dengan posisi miring selama 1 menit . Kelebihan silika dibiarkan menetes. Slide kaca kemudian ditiriskan sampai kering Prosiding Kimia FMIPA
2.2.5 Analisa Plat KLTP menggunakan Mikroskop Optik Plat KLT hasil pelapisan menggunakan spin coater dan metode celup diamati dengan mikroskop optik OLYMPUS BX-60 dengan perbesaran 50 kali. 2.2.6 Pengujian secara Kimia Hasil Pelapisan Spin Coater dengan Metode Pencelupan Plat KLTP hasil pelapisan dengan alat spin coater dan metode pencelupan di uji kemampuan pemisahannya. Sebelum diuji , diaktivasi terlebih dahulu dengan dipanaskan pada suhu 110 o selama 1 jam. Kemudian dengan ditotolkan senyawa tinta lalu dielusi menggunakan eluen aseton dan metanol dengan perbandingan 2:2.
2.3. Hasil dan Pembahasan Penelitian ini bertujuan untuk membuat alat spin coater. Spin coater diaplikasikan untuk membuat lapisan silika pada slide kaca. Selanjutnya slide kaca yang telah terlapisis silika digunakan sebagai plat KLTP. Karakterisasi hasil pelapisan dengan alat spin coater diamati menggunakan mikroskop optik. Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap. Tahap pertama adalah pembuatan alat spin coater yang meliputi pembuatan rangkaian mikrokontroler dan pembuatan software untuk pengendali kecepatan putaran. Tahap kedua yaitu pembuatan bubur silika, yang diawali dengan mengaktivasi silika metanol dan air. Tahap ketiga yaitu karakterisasi hasil pelapisan bubur silika secara mikroskopik. 2.3.1Pembuatan Alat spin coater Spin coater dibuat dengan cara menyusun beberapa rangkaian komponen IC menjadi lima bagian pembangun mikrokontroler yaitu power suply, mikrokontroler, dan motor driver dan motor DC, dan software.berikut diagram blok spin coater.
2.3.1 Pembuatan Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan pengendali utama dalam spin coater. Fungsi yaitu untuk mengendalikan kecepatan motor DC. Pengendalian utama yang digunakan adalah rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATMEGA 16. Pada rangkaian minimum sistem mikrokontoller tersebut berfungsi untuk membatasi tegangan yang diterima oleh motor DC untuk memutar rotor. 2.3.2. Rangkaian Power Suply Desain alat ini secara keseluruhan membutuhkan satu power suply. Hal ini ditujukan untk memudahkan dalam hal pemindahan hardware ke dalam suatu tempat tertentu atau yang sering disebut dengan istilah “hand held”. Adapun rangkaian untuk power supply tersusun atas trafo 1 A, jembatan, rectifier, regulator 7808, transistor power PN3055 sebagai penguat arus, dan resistor power 12 ohm 5watt. Besarnya resistor tersebut dapat dicari dengan mengukur besarnya arsu beban yang dibutuhkan yaitu sekitar 1A, sesuai dengan
persamaan tegangan pada transistor Vce=Vcc.R1, besarnyaVce maksimum yang besarnya resistansi dapat diperoleh R1 = (Vcc-Vce)/Ic = (12-1,5)/1=10,5 ohm. Untuk menjamin ketahanan dari transistor maka besarnya R harus dipilih lebih besar dari 10,5 ohm atau sekitar 12ohm. Rangkaian power supply adalah sebagi berikut :
Gambar 4.5. Contoh Program Assembly
Gambar 4.3 Skematik Power Suply untuk Spin Coater 2.3.3 Pembuatan driver motor Pada rangkain driver motor ini digunakan untuk mengatur arah putaran motor DC agar teratur. Dalam aplikasi ini putaran motor diatur oleh perintah dari rangkaian mikrokontroler, sehingga rangkaian driver digunakan untuk menjalankan perintah tersebut yang kemudian keluarannya dapat memutar motor sesuai perintah. Perintah dari mikrokontroler diterima oleh driver sebagai inputan 5 volt, sedangkan motor membutuhkan 24 volt untuk berputar. Oleh sebab itu rangkaian driver dibuat untuk meneruskan tegangan 24 volt dari Vcc+ ke keluaran jika mendapat input 5 volt.
Gambar 4.4 Hasil Desain Alat spin coater
2.3.4 Pembuatan Perangkat lunak Spin coater yang telah dirangkai difungsikan dengan perangkat lunak menggunakan bahasa Assembly. Perangkat lunak ini digunakan untuk mengendalikan putaran motor DC. Mekanismenya,bahasa Assembly akan memberikan bahasa mnemonic yang akan memberikan bahasa mesin pada mikrokontroler. Mikrokontroler akan menterjmahkan bahasa ini ke dalam bentuk kode yang pada akhirnya akan memberikan sebuah perintah untuk melakukan perubahan tegangan sesuai yang input dari PC. berikut adalah Hasil pembuatan perangkat lunak ditampilkan ditampilkan pada Gambar 4.5.
Prosiding Kimia FMIPA
Pemrograman yang digunakan dalam pengisian chip ATMEGA 16 merupakan progam Code Vision. Proses pengompilernya selesai dengan menghasilkan file yang berakhiran .HEX dan .LIST. Jika tidak ada kesalahan pada listing progam maka selanjutnya lakukan pengisian (download progam) ke IC mikrokontroller ATMEGA16. Pada proses pengisian progam menggunakan ATMEL dan DB9 untuk menghubungkan ke progam Assembly dengan bentuk database yang dapat mengecek data keypad dan beberapa nilai digital dari penggunaan kode. 2.3.5 Motor DC Motor DC yang digunakan adalah motor DC bekas, yaitu diambil dari mesin fotokopi yang telah rusak atau tidak terpakai. Alasan pemilihan jenis motor berjenis motor DC dibandingkan motor servo ataupun motor stepper adalah banyaknya limbah atau barang elektronik rusak yang substansinya mengandung motor DC lalu adanya kemampuan motor DC dikendalikan dengan hanya mengatur input secara insitu. Hal ini membuat Pengendalian motor DC ini dapat dilakukan dengan mengatur voltase yang diberikan pada motor DC. Pengaturan voltase dilakukan oleh mikrokontoler dengan memberikan kode operasi yang diterjemahan sebagai bahasa mesin oleh driver motor. Bahasa mesin yang di masukan dalam driver kemudian diubah oleh driver menjadi impuls tegangan. Hasil pengendalian putaran motor DC kemudian di ukur dengan okto coupler untuk memeriksa apakah kode assembly yang diinputkan ke mikrokontroler sudah menghasilkan kecepatan yang sesuai. Hasil pengkalibrasian kecepatan dimunculkan oleh Gambar 4.6.kering putih tulang. Kambourova et al., (1995) melaporkan bahwa B. stearothermophilus menghasilkan sel kering sebanyak 0,9 g dalam 1 L media (media cair + pati), sehingga hasil yang didapat setara dengan yang pernah dilakukan oleh Kambourova et al., (1995). 2.3.6 Analisa Plat KLTP menggunakan Mikroskop Optik Analisa ketebalan dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik untuk mengukur ketebalan lapisan silika pada plat kaca. Kemudian dilakukan variasi kecepatan pada kekentalan yang sama. Kecepatan yang digunakan adalah 137, 250, 368, 567, 753, 854, 935, 1130, 1350 rpm. Hasil pelapisan ditunjukkan pada tabel 4.5
No
Kecepat Homogen Keronto an Ketebalan itas kan permukaa n
1
137
0,02
-
v
2
250
0,017
-
v
3
368
0,015
-
v
4
567
0,013
V
v
5
753
0,01
V
-
6
854
0,005
V
-
7
935
0,003
V
-
8
1130
0,001
V
-
Tabel 4.1 Hasil Ketebalan Plat KLT
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 4.16 Hasil Pengujian Plat KLTP dengan Ketebalan masing - masing (a)20µm(b) 17µm(c) 15 µm (d)13 µm . Eluen yang digunakan Aseton danMetanol dengan Perbandingan 2:2 Pada gambar 4.16 tampak bahwa senyawa terpisah setelah dielusi menggunakan campuaran metanol dsn aseton dengan perbandingan 2 : 2. Pemilihan perbandingan ini didasarkan pada ketebalan plat KLTP. Plat KLTP pada kecepatan 1 dan 2 berkisar anatara 0,02 dan 0,017 mm, jadi dikhawatirkan eluen tidak bisa memsisahkan secara sempurna akibat tidak cukup jumlahnya untuk naik ke permukaan atau ujung sisi atas KLTP.Sehinggs perbandingan ini dianggap paling sesuai untuk digunakn sebagai eluen. Pada gamabar 4.16(a) plat KLTP pada ketebalan 0,02 menunjukkan pemisahan yangh kurang bagus, hal ini dapat dilihat dari hasil pemisahan senyawa, pada plat dengan ketebalan ini jarak antara senyawa merah dan kuning cukup dekat sehingga misalkan pada penelitian membutuhkan pengambilan fraksi yang berwarna kuning, maka akan menemui kesulitan dalam pengambilan fraksi tersbut karena takut masih tercampur dengan fraksi dibawahnya. Pada gambar 4.16(b) Tampak bahwa hasil pemisahan tinta sudah cukup bagus. Hal ini ditandai dengan jarak pemisahan warna ungu dan kuning sangat jauh, sedangkan pada 4.16(c) pemisahan senyawa tinta menunjukkan hasil yang bagus. Hal ini ditandai dengan adanya warna merah pada bagian tengah senyawa, sehingga pada ketebalan ini dapat digolongakn ketebalan yang efektif karena dapat memunculkan fraksi lain dalam pemisahan.
(e)
(f)
(g)
(h)
Gambar 4.17 Hasil Pengujian Plat KLTP dengan Ketebalan masing - masing (e)10µm(f) 5µm(c) g µm (h)1 µm . Eluen yang digunakan Aseton dan Metanol dengan Perbandingan 2:2
Prosiding Kimia FMIPA
Pada gambar 4.16( d) juga menunjukkan hasil yang bagus, hampir sama dengan gambar sebelumya yaitu adanya warna merah pada bagian KLTP, namun lebih tampak pudar. Hal ini disebabkan ketebalan pada plat lebih tipis dibandingkan gambar sebelumnya.Untuk gambar 4.17 (e) hasil pemisahan tinta cukup bagus, Hal ini dapat dilihat dari jarak pemisahn yang cukup jauh, begitu juga dengan gambar 4.17 (f) jarak antara warna ungu dan kuning cukup jauh, namun pada gamnbar 4.17(g) plat KLTP pada ketebalan ini menunjukkan hasil yang bagus, hal ini ditandai terdapatnya tipe yang tidak sama dengan dua hasil sebelumya, yaitu muncul sedikit warna merah pada bagian antara ungu dan kuning, sebagai mana gambar 4.16(c) dan 4.16(d) Pada gambar 4.17 (h) menunjukkan pemisahan yang cukup bagus. Hal ini terlihat dari naiknya warna kuning yang begitu naik sehingga membuat hampir tidak tampak. Hal ini berarti fase diam dari kromatografi dalam hal ini adalah silika GF mampu mendistribusikan senyawa lebih baik dibandaing hasil sebelumnya. Sedangkan perbandingan dengan KLTP komersial ditunjukkan oleh gambar 4.18
Gambar 4.4.3 Hasil Pemisahan Senyawa Tinta menggunakan KLTP Komersial dengan Ketebalan 0,8 µm Pada Gambar 4.4..3 tampak bahwa KLTP komersial ini dapat memisahkan senyawa tinta menjadi dua bagian. Hal ini tidak jauh berbeda dengan KLTP yang pembuatannya melalui metode spin coating. Hal ini disebabkan ketebalan plat KLTp komersial ini tidak jauh berbeda dengan yang dibuat sendiri tersebut yaitu sekitar 0,001 mm. Hal ini menunjukkan bahwa hasil pembuatan plat KLTP dengan spincoater yang dibuat dapat membuat KLTP standar sebagaimana platKLTP komersial. 4. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah mikrokontroler Atmega 16 dirangkaikan dengan motor DC bekas mesin fotokopi dihubungkan dengan motor driver dan dijalankan dengan program Assembly dapat digunakan untuk membuat alat spin coater. Spin coater tersebut dapat digunakan untuk melapiskan silika GF pada slide kaca mikroskop untuk selanjutnya dapat digunakan sebagai KLTP. Ketebalan Plat KLTP dapat ditentukan,dengan mengatur kecepatan putar spin coater. Pada kecepatan 137 rpm menghasilkan 0,02 mm, kecepatan 250 rpm menghasilkan ketebalan 0,17 mm, pada kecepatan 368 menghasilkan ketebalan plat KLTP 0,015 mm, pada Prosiding Kimia FMIPA
kecepatan 567 rpm menghasilkan ketebalan 0,01 mm, sedangkan pada kecepatan 854 rpm menghasilkan 0,005 mm, pada kecepatan 935 rpm menghasilkan 0,003 mm, serta pada kecepatan 1130 rpm menghasilkan 0,001 mm.
Ucapan Terimakasih 1. Dr. rer. nat, Fredy Kurniawan, M.Si atas dukungan, bimbingan, dan motivasi yang diberikan 2. Orang Tua dan keluarga ats semua dorongan, dan dukungan moral spritul yang diberikan. 3. Rekan –rekan kimia ITS 4. Serta pihak lain yang tidak dapat disebutkan.
Daftar Pustaka Hak-Jukim et.al.(2002). Preparation of tungsten metal film by spin coating method.Korea University.Korea. Pierson,H.O.(2001). Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD) Principles, Technology and Applications (2nd Edition). William Andrew Publishing.NY. Donald M. (1998).Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing: Film Formation, Adhesion, Surface Preparation and Contamination Control.. Westwood, N.J.: Noyes Publications. Knovel Mattox, D.M.(2001).Electronics & Semiconductors Metals & Metallurgy Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing Publisher: William Andrew Publishing
