Review : Sintesis Nanomaterial

ISSN 1979-0880

Jurnal Nanosains & Nanoteknologi Vol. 1 No.2, Juli 2008

Review : Sintesis Nanomaterial Mikrajuddin Abdullah(a), Yudistira Virgus, Nirmin, dan Khairurrijal Laboratorium Sintesis dan Fungsionalisasi Nanomaterial Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganeca 10 Bandung 40132, Indonesia (a) E-mail:[email protected] Diterima Editor Diputuskan Publikasi

: :

17 April 2008 17 Mei 2008

Abstrak Pada paper ini akan direview beberapa metode sintesis material nanostruktur yang meliputi nanopartikel, nanotube, dan komposit nanopartikel Kata Kunci: nanopartikel, carbon nanotube, komposit nanopartikel, sintesis.

1. Pendahuluan keunggulan nanopartikel dibandingkan dengan partikel sejenis dalam keadaan bulk. Para peneliti juga percaya bahwa kita dapat mengontrol perubahan-perubahan tersebut ke arah yang diinginkan. Contoh sederhana bagaimana sifat partikel berubah jika ukurannya direduksi ke skala nanometer dijumpai pada titanium dioxide atau titania (TiO2). Dibandingkan dengan titania ukuran bulk, titania ukuran nano tidak hanya transparant, tetapi juga sangat efektif untuk menghalangi radiasi ultraviolet. Karena itu nanopartikel titania banyak digunakan sebagai tabir surya (sunscreen). Titania bukan skala nano, walaupun juga menyerap ultraviolet, namun tidak transparan. Titania berukuran besar berwarna putih susu dan banyak digunakan sebagai bahan pemutih pada kosmetik. Sintesis nanopartikel dapat dilakukan dalam fasa padat, cair, maupun gas. Proses sintesis pun dapat berlangsung secara fisika atau kimia. Proses sintesis secara fisika tidak melibatkan reaksi kimia. Yang terjadi hanya pemecahan material besar menjadi material berukuran nanometer, atau pengabungan material berukuran sangat kecil, seperti kluster, menjadi partikel berukuran nanometer tanpa mengubah sifat bahan. Proses sintesis secara kimia melibatkan reaksi kimia dari sejumlah material awal (precursor) sehingga dihasilkan material lain yang berukuran nanometer. Contohnya adalah pembentukan nanopartikel garam dengan mereaksikan asam dan basa yang bersesuaian. Secara umum, sintesis nanopartikel akan masuk dalam dua kelompok besar. Gambar 1 menjelaskan dua pendekatan besar dalam mensintesis nanopartikel. Cara pertama adalah memecah partikel berukuran besar menjadi partikel berukuran nanometer. Pendekatan ini kadang disebut pendekatan top-down. Pendekatan kedua adalah memulai dari atom-atom atau molekul-molekul atau kluster-kluster yang diassembli membentuk partikel

Pada saat ini, pengembangan nanoteknologi terus dilakukan oleh para peneliti dari dunia akademik maupun dari dunia industri. Semua peneliti seolah berlomba untuk mewujudkan karya baru dalam dunia nanoteknologi. Salah satu bidang yang menarik minat banyak peneliti adalah pengembangan metode sintesis nanopartikel. 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. Orang umumnya ingin memahami lebih mendalam mengapa nanopartikel dapat memiliki sifat atau fungsi yang berbeda dari material sejenis dalam ukuran besar (bulk). Dua hal utama yang membuat nanopartikel berbeda dengan material sejenis dalam ukuran besar yaitu: (a) karena ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar. Ini membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas material ditentukan oleh atom-atom di permukaan, karena hanya atom-atom tersebut yang bersentuhan langsung dengan material lain; (b) ketika ukuran partikel menuju orde nanometer, maka hukum fisika yang berlaku lebih didominasi oleh hukum-hukum fisika kuantum. Sifat-sifat yang berubah pada nanopartikel biasanya berkaitan dengan fenomena-fenomena berikut ini. Pertama adalah fenomena kuntum sebagai akibat keterbatasan ruang gerak elektron dan pembawa muatan lainnya dalam partikel. Fenomena ini berimbas pada beberapa sifat material seperti perubahan warna yang dipancarkan, transparansi, kekuatan mekanik, konduktivitas listrik, dan magnetisasi. Kedua adalah perubahan rasio jumlah atom yang menempati permukaan terhadap jumlah total atom. Fenomena ini berimbas pada perubahan titik didih, titik beku, dan reaktivitas kimia. Perubahan-perubahan tersebut diharapkan dapat menjadi

33

J. Nano Saintek. Vol. 1 No. 2, Jul 2008

berkuran nanometer yang dikehendaki. Pendekatan ini disebut bottom-up.

bulk

Top-down: dipecah

nanopartikel

Bottom-up: digabung, assembli

atom/kluster

Gambar 1 Dua pendekatan utama sintesis nanopartikel: top-down dan bottom-up 2. Metode Sintesis Nanomaterial Banyak metode sintesis nanopartikel yang dibahas para peneliti seluruh dunia, mulai dari yang sangat sederhana sampai yang sangat rumit. Dalam review kali ini kita akan membahas beberapa metode sederhana sintesis nanopartikel. 2.1 Pemanasan Sederhana dalam Larutan Polimer Metode ini termasuk metode yang sangat sederhana dalam membuat partikel berukuran beberapa puluh nanometer hingga beberapa ratus nanometer. Umumnya, sintesis nanopartikel membutuhkan waktu yang sangat lama, beberapa jam hingga puluhan jam. Metode pemanasan dalam larutan polimer hanya berlangsung beberapa puluh menit dan tidak diperlukan peralatan yang terlalu mahal. Merode ini juga dengan

34

mudah dapat “discale up” untuk membuat partikel dalam jumlah besar bagi kebutuhan industri. Kita telah menggunakan metode ini untuk membuat sejumlah partikel oksida seperti yttria yang didop dengan europium (material pemancar cahaya merah untuk kebutuhan display), yttrium-gadolonium aluminium garnet yang didop cerium (pemancar cahaya biru-kuning), galium nitrida (pemancar cahaya biru), yttria yang didop gadolonium (pemancar ultraviolet), seng oksida (pemancar cahaya hijau-kuning), oksida seng-tembagaaluminium sebagai katalis pengubah metanol dan air menjadi hidrogen, dan ceria yang didop neodimium yang berpotensi bagi pengembang sel bahan bakar. Metode ini hanya membutuhkan sebuah oven yang dapat beroperasi pada suhu pemanasan di atas suhu dekomposisi polimer. Suhu operasi di atas 500 oC sudah cukup untuk mendekomposisi sejumlah polimer. Secara sederhana, prinsip kerja metode ini adalah mencampurkan larutan logam nitrat di dalam air dengan larutan polimer dengan berat molekul tinggi (high molecular weight polymer, HMWP). Kedua larutan dicampur dan diaduk secara merata disertai pemanasan sehingga kandungan air hampir habis dan diperoleh larutan kental polimer. Di dalam larutan tersebut diperkirakan ion-ion logam menempel secara merata pada rantai polimer. Larutan polimer kemudian ditempatkan dalam krusibel alumina dan dipanaskan pada suhu di atas suhu dekomposisi polimer. Suhu pemanasan dinaikkan secara perlahan-lahan. Keberadaan polimer menghindari pertemuan antar partikel yang terbentuk melalui proses nukleasi sehingga tidak terjadi agglomerasi. Ketika polimer telah terdekomposisi kita dapatkan partikelpartikel yang hampir terpisah satu dengan lainnya. Secara sederhana diagram alir pembuatan partikel dengan metode tersebut tampak pada Gbr. 2 Logam nitrat

PEG

Air

Campur T ≅ 100 oC

Pemanasan T > 600 oC

Nanopartikel oksida

Gambar 2 Diagram alir pembuatan nanopartikel dengan metode pemanasan dalam larutan polimer. Contoh aplikasi metode ini adalah pada pembuatan partikel cerium dioksida (ceria) yang didop dengan


neodimium (CeO2:Nd). Material ini merupakan elektrolit padat yang sangat potensial untuk aplikasi sel bahan bakar (fuel cell). Cerium nitrat hexahydrate, Ce(NO3)3·6H2O, dan neodymium nitrate hexahydrate, Nd(NO3)3·6H2O, dengan perbandingan molaritas yang sesuai dilarutkan dalam de-ionized water. Polyethylene glycol, H(OCH2CH2)nH dan disingkat PEG, dalam jumlah yang cukup ditambahkan ke dalam larutan disertai pengadukan hingga diperoleh larutan jernih. Larutan kemudian dipanaskan pada suhu di atas 100 oC hingga menjadi kental yang kemudian dilanjutkan dengan pemanasan di atas suhu dekomposisi PEG beberapa puluh menit di dalam oven sehingga dihasilkan partikel dengan ukuran beberapa puluh nanometer hingga ratusan nanometer. Ukuran partikel dikontrol dengan mengatur konsentrasi PEG, mengatur suhu pemanasan, dan mengatur lama waktu pemanasan dalam oven. Gambar 3(a) adalah contoh foto SEM partikel CeO2:Nd yang dihasilkan dengan pemanaskan pada suhu 800 oC. Ukuran grain yang diperoleh adalah puluhan nanometer hingga submikron. Dengan menggunakan metode Scherrer didapat ukuran kristallin sekitar 54 nm. Nanopartikel lain yang telah dibuat dengan metode tersebut oleh penulis meliputi Y2O3:Eu, Y2O3:Gd, (Gd,Y)2Al5O12:Ce, Cu/ZnO/Al2O3, dan Ga2O3. Foto SEM sebagian partikel tersebut tampak pada Gbr 3.3(a) –(d). Pada prinsipnya hampir semua oksida logam dengan ukuran di bawah mikrometer dapat dibuat dengan metode pemanasan sederhana dalam larutan polimer dengan menggunakan prekursor nitrat dari logam yang bersangkutan.

a

1 µm

b

600 nm

35

c

1 µm

d

1 µm

Gambar 3 Foto SEM sejumlah nanopartikel yang dibuat dengan metode pemanasan sederhana dalam larutan polimer: (a) CeO2:Nd, (b) Y2O3:Eu, (c) ZnO, dan (d) (Gd,Y)2Al5O12:Ce. 2.2 Kolloid Nanopartikel semikonduktor dapat dipersiapkan dengan cara sintesis kimiawi dalam larutan homogen. Sintesis material dalam bentuk kolloid sebenarnya sudah lama dilakukan orang, jauh sebelum konsep nanoteknologi dikenal orang. Sejumlah kolloid dari nanopartikel dengan ukuran diameter antara 3 – 50 nm telah berhasil dibuat. Jenis koloid tersebut mencakup material logam mulia (Au, Ag, Pt, Pd, dan Cu), semikonduktor (Si, Ge, III-V, II-VI, dan oksida logam), isolator (mika, SiO2, sejumlah keramik, polimer), dan material magnetik (Fe2O3, Ni, Co, Fe, FePt). Namun, ketertarikan pada nanoteknologi memaksa peneliti untuk memiliki kemampuan mengontrol ukuran partikel koloid yang dihasilkan. Hal ini dilatarbelakangi oleh adanya sifat material yang bergantung pada ukuran. Usaha ke arah ini ditempuh dengan melakukan deaktivasi permukaan partikel koloid yang telah dibuat begitu ukuran sudah mencapai nilai yang dinginkan. Jika tidak dideaktivasi maka ukuran partikel koloid biasanya akan terus bertambah selama masih ada sisa atom-atom prekursor di dalam larutan tersebut. Salah satu cara deaktivasi yang banyak dilakukan adalah menggunakan surfactant. Molekul surfaktan akan menempel pada permukan koloid yang dibuat dan melindungi permukaan tersebut dari pertambahan atom precursor lebih lanjut meskipun di dalam koloid masih ada atom-atom precursor yang belum bereaksi. Gambar 4 adalah ilustrasi


bagaimana membuat koloid dengan ukuran partikel tertentu menggunakan surfaktan.

36

partikel lebih lanjut, juga menghindari penggumapan partikel membentuk aglomerasi yang lebih besar sehingga koloid emas tetap stabil dalam jangka waktu yang lama.

Prekursor dicampur

Partikel Au 2 nm

Partikel Au 4 nm

Gambar 5 Alkanthiol teradsorpsi di permukaan partikel emas karena atom sulfida “suka” pada atom emas. Surfaktan

Partikel terbentuk, surfaktan dimasukkan

Surfaktan melindungi permukaan partikel

Berikut ini akan dijelaskan sejumlah metode sederhana untuk mensintesis koloid dari nanopartikel. Cadmium Sulfida (CdS) Reaksi kimia biasanya berjalan efektif pada kondisi keasaman (pH) tertentu. Pada pH yang sesuai, reaksi kimia berlangsung cepat sedangkan pada pH yang tidak sesuai reaksi kimia hampir tidak berlangsung atau berlangsung sangat lambat. Dengan sifat ini kita pun dapat mengontrol ukuran partikel koloid melalui pengontrolan pH larutan. Mula-mula pH diatur sehingga reaksi berlangsung dan nanopartikel mulai terbentuk. Begitu ukuran yang dikehendaki tercapai, pH diubah seketika sehingga reaksi hampir tidak berlangsung dan ukuran partikel menjadi hampir konstan. Nanopartikel dari logam sulfida dapat disentesis melalui reaksi garam logam yang larut dalam air dengan H2S atau Na2S. Setelah nanopartikel terbentuk, senyawa penetral natrium metafosfat ditambahkan untuk menghentikan reaksi pertumbuhan ukuran partikel lebih lanjut. Sebagai contoh, nanopartikel cadmium sulfida, CdS, dapat disintesis dengan cara mencampurkan Cd(ClO4) dengan larutan Na2S. Reaksi tersebut berlangsung menurut persaman Cd(ClO4)2 + Na2S = CdS + 2NaClO4

Gambar 4 Contoh membuat nanopartikel koloid dengan menggunakan surfaktan. Untuk koloid emas, surfaktan yang biasa digunakan adalah alkanthiol, yaitu alkena dengan gugus fungsional thiol (-SH). Rumus umum alkantiol adalah CnH2n+1-SH. Atom sulfida pada alkantiol “suka” menempel pada permukaan emas sehingga teradsorpsi di permukaan emas membentuk lapisan tipis tidak aktif, seperti diilustrasikan pada Gbr 5. Kehadiran lapisan tersebut disamping menghentikan pertumbuhan ukuran

(1)

Pertumbuhan nanopartikel CdS pada reaksi di atas dihentikan dengan cara menaikan pH larutan secara mendadak. Dengan cara tersebut, tidak terjadi pertumbuhan ukuran partikel secara berkelanjutan sehingga hasil akhir yang diperoleh adalah partikel berukuran nanometer. Jika reaksi tidak dihentikan maka hasil akhirnya adalah CdS dalam ukuran besar (bukan nanometer).


37

Partikel Titanium Dioksida (TiO2) dan Nanorod Partikel koloid dari oksida logam dapat dihasilkan dengan cara hidrolisis dari garam tertentu. Sebagai contoh, nanopartikel TiO2 dapat dihasilkan pada hidrolisis titanium tetraklorida menurut persamaan reaksi TiCl4 + 2H2O = TiO2 + 4HCl

(2)

Pembentukan nanopartikel TiO2 melalui reaksi di atas diilustrasikan pada Gbr 6.

OH-

pemanasan berlangsung sebagai berikut. Sampel dijaga pada suhu 100 oC selama 8-10 jam dengan tujuan untuk menguapkan seluruh air yang ada pada sampel. Untuk pembuatan TiO2 fase anatase, sampel dipanaskan hingga suhu 400 atau 500 oC dengan laju 2,5 oC/menit dan dijaga pada suhu ini selama 2 jam. Sedangkan untuk pembuatan TiO2 fase rutile, sampel dipanaskan secara cepat hingga mencapai suhu 700 oC untuk menghindari pembentukan anatase yang biasanaya ada pada fasa suhu yang rendah. Lalu sampel ini dijaga pada suhu tersebut selama 2 jam yang kemudian dibiarkan mendingin hingga kembali ke suhu kamar.

TiCl4

Koloid TiO2

Gambar 7 Hasil SEM dari template AAM dari atas. Iset adalah penampang samping.

Cara lain membuat koloid TiO2 sebagai berikut. Titanium tetraisopropoxide (TTIP), acetylacetone (ACAC), air deionized dan etil alkohol (EtOH) dicampur dengan berbagai rasio molaritas, misalnya 1:1:3:20, 1:3:40:70, atau 1:1:275:86. TTIP dilarutkan pada etanol dengan air dan ACAC. Larutan tersebut kemudian secara perlahan ditambahkan kepada larutan TTIP/EtOH untuk membentuk sol-TiO2. Larutan campuran tersebut lalu diaduk selama 2 jam pada suhu kamar. Pembentukan nanorod TiO2 dilakukan dengan cara sol filling (pemasukkan sol ke lubang berpori) dan heating-sol-gel-templates (pemanasan template untuk material sol-gel). Template yang digunakan dapat berupa anodic alumunim berpori dengan ketebalan beberapa puluh mikrometer dan diamter poros beberapa ratus nanometer. Pertama, membran anodic alumunium (AAMs) dipanaskan di dalam etanol pada suhu 75-77 oC selama 10 menit. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan hydrophilicity (daya ikat) dari pori-pori alumunium dengan sol-TiO2. Gambar 7 adalah contoh foto SEM nanorod template untuk membuat nanorod TiO2. Kemudian template ini dicelupkan ke dalam larutan sol-TiO2 (pada suhu ruang atau suhu 80 oC) dengan waktu pencelupan beberapa puluh menit. Setelah itu, hasilnya dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam. Hasil ini lalu diletakkan pada ruang pemanas. Proses

Intensitas (sembarang)

Gambar 6 Skematik pembentukan nanopartikel TiO2 dengan menggunakan metode hidrolisis garam.

20

30

40 50 60 2θ (derajat)

70

80

Gambar 8 XRD dari nanorod TiO2 yang di-anneal pada suhu (a) 400 oC, (b) 500 oC, (c) 700 oC. Kemudian template ini dicelupkan ke dalam larutan sol-TiO2 (pada suhu ruang atau suhu 80 oC) dengan waktu pencelupan beberapa puluh menit. Setelah itu, hasilnya dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam. Hasil ini lalu diletakkan pada ruang pemanas. Proses pemanasan berlangsung sebagai berikut. Sampel dijaga pada suhu 100 oC selama 8-10 jam dengan tujuan untuk menguapkan seluruh air yang ada pada sampel. Untuk pembuatan TiO2 fase anatase, sampel dipanaskan hingga suhu 400 atau 500 oC dengan laju 2,5 oC/menit dan dijaga


pada suhu ini selama 2 jam. Sedangkan untuk pembuatan TiO2 fase rutile, sampel dipanaskan secara cepat hingga mencapai suhu 700 oC untuk menghindari pembentukan anatase yang biasanaya ada pada fasa suhu yang rendah. Lalu sampel ini dijaga pada suhu tersebut selama 2 jam yang kemudian dibiarkan mendingin hingga kembali ke suhu kamar. Gambar 8 memperlihatkan pola difraksi sinar-X yang memperlihatkan fasa anatase dan rutile untuk sampel yang dipanaskan pada suhu berbeda. Zinc oxide (ZnO) ZnO memperlihatkan sifat-sifat optic, akustik, dan kelistrikan yang menarik dan memiliki sejumlah potensi aplikasi dalam bidang elektronik, optoelektronik, dan sensor. Sebagai semikonduktor dengan lebar celah pita energi besar, ZnO sangat potensial diaplikasi sebagai elektroda transparan dalam teknologi fotovoltaik, piranti elektroluminisens, dan material untuk piranti pemancar ultraviolet. Dari sejumlah metode sintesis ZnO nanopartikel, metode sol-gel merupakan salah satu metode yang dikenal luas. Metode ini relatif sederhana dan menghasilkan koloid ZnO dengan ukuran partikel sekitar 3 nm dalam waktu beberapa jam. Zinc acetate dihidrat, ZnAc2·2H2O, dimasukkan ke dalam etanol hingga konsentrasi 0,1 M. Zinc acetate yang berbentuk bubuk sulit melarut dalam etanol. Dispersan tersebut dimasukkan dalam perangkat distilasi kemudian dipanaskan pada suhu sekitar 78 - 80 o C (titik didih etanol) disertai pengadukan dengan magnetic stirrer. Lama-lama bubuk ZnAc2·2H2O melarut dalam etanol. Distilasi dilakukan hingga volum yang tersisa dalam flask sekitar 60% volum mula-mula. Kondensat yang dihasilkan dengan volum sekitar 40% tidak digunakan. Litium hidroksida hidrat, LiOH·H2O, dimasukkan ke dalam etanol yang volumnya sama dengan volum kondensat hasil distlasi yang tidak terpakai (sama dengan 40% volum awal etanol sebelum distilasi) hinga tercapai konsentrasi 0,35 M lalu diaduk dengan magnetic stirrer hingga melarut sempurna. Kedua larutan kemudian dicampur sambil diaduk di dalam wadah yang diletakkan dalam lingkungan es sehingga suhunya tidk terlalu tinggi. Suhu yang rendah tersebut dimaksudkan untuk menghindari pertumbuhan ukuran patikel yang cepat. Hasil dari pencampuran adalah koloid ZnO yang transparan. Jika ditempatkan di bawah lampu UV dengan panjang gelombang 254 nm atau 365 nm maka koloid memancarkan cahaya lumininisens hijau kebiruan. Lampu UV yang digunakan adalah lampu untuk mengecek keaslian uang kertas yang digunakan para kasir bank. Lampu tersebut dapat dibeli di toko-toko listrik besar. Jika ditunggu beberapa lama maka warna koloid berubah menjadi hijau kekuningan. Gambar skematik proses lengkap tampak pada Gbr 9. Gambar 10(a) adalah warna koloid ZnO sebelum disinari UV, 10(b) adalah koloid ZnO ketika disinari dengan UV. Jika tidak disinari UV tampak koloid berupa larutan transparan. Jika disinari UV tampak koloid memancarkan warna hijau kekuningan. Gambar 10(c)

38

adalah foto TEM nanapartikel koloid yang dibuat. Ukuran partikel koloid sekitar 4 nm.

≈ 80 oC ≈ 3 jam

(CH3COO)2•Zn.2H2O

LiOH•H2O

Koloid ZnO

Gambar 9 Skema pembuatan ZnO koloid


b

menghasilkan pembentukan nanopartikel yang stabil walaupun hingga berbulan-bulan. Hasil dari XRD dapat dilihat pada Gbr 11. di bawah. Nanopartikel hasil sintesis ini memiliki bentuk kristal yang baik berupa kubus. Ukuran rata-rata kristalin yang diprediksi berdasarkan lembar puncak difraksi sekitar 3,95 nm.

111


a

39

220 311

20

30

40

50

60

70

2θ (derajat)

c

Gambar 11 Pola difraksi sinar-X nanopartikel CdSe. Bentuk dari nanopartikel ini dapat dilihat hasilnya dengan menggunakan TEM. Contoh gambar yang dihasilkan oleh TEM ini dapat dilihat pada Gbr 12. Bentuk sferis dan ukuran rata-rata sebesar 5 nm cocok dengan data yang didapat dengan analisis XRD.

Gambar 10 (a) koloid ZnO jika tidak disinari UV, dan (b) koloid ZnO ketika disinari UV, dan (c) foto TEM kolid ZnO. Cadmium selenide (CdSe) CdSe adalah material semikonduktor yang memancarkan luminisens. Dalam ukuran nanometer, spektrum luminisens yang dipancarkan partikel bergantung pada ukuran partikel. Dengan demikian, pengontrolan ukuran partikel menjadi sangat penting agar diperoleh spektrum luminisens yang diharapkan. Salah satu contoh sintesis CdSe nanopartikel dijelaskan secara ringkas sebagai berikut. CdSO4.2.5H2O dilarutkan di dalam 1 L air deionisasi sampai pada konsentrasi 2 mM. Larutan ini lalu diletakkan pada 2 L tabung reaksi dan diputar dengan kecepatan 200 rpm. Ketika sedang diputar, 18 mmol 1thioglycerol ditambahkan ke larutan dan diputar lagi selama 5 menit. Lalu amonium sulfida (30 mmol) ditambahkan secara cepat pada keadaan lingkungan yang tetap agar tercipta nanopartikel CdSe. Metoda ini

20 nm Gambar 12 Contoh foto TEM nanopartikel nanopartikel CdSe. Partikel Magnetik Monolithic ultra-porous (suatu batu dengan porosporos yang kecil) dan campuran material magnetik yang sangat ringan dapat diperoleh dengan cara menyebarkan poros-poros dari silica yang dibentuk dengan proses solgel, yang diawali dengan garam logam anhydrous lalu diikuti oleh pengeringan pada tekanan yang sangat tinggi.


40

[1,58 mmol (0,54 g)] dilarutkan di dalam 3 ml 1,2dichlorobenzene (DCB) yang mengandung 0,6 mmol(0,2 ml) asam oleic dan 1,1 mmol (0,34 ml) dioctylamine serta diaduk selama 15 menit. Struktur kristal dari bahan ini lalu dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X dan TEM. Sifat magnetik dari bahan ini lalu dipelajari dengan SQUID (Superconducting Quantum Interface Device). Pada karakterisasi ini, yang diukur dari bahan tersebut adalah ZFC (Zero Field Cooled) magnetisasi bahan. Gambar 13 adalah pola difraksi sinar-X dan ZFC dari nanopartikel cobalt. Nanopartikel Co-Au Core-Shell (teras-kulit) Intensitas

(a) Intensitas

Setelah itu, dilakukan analisis sinar-X dan didapat logam Ni, besi oksida dan Ni-besi dalam bentuk kristal. Silika basah disiapkan melalui proses hidrolisis dan kondensasi tetraethoxysilane (TEOS) dengan 2 jenis asam-basa sebagai katalisator proses sol-gel (katalisnya adalah hidroklorik dan ammonia). Pada tahap pertama, pra-polimerisasi dari TEOS didapat melalui reaksi dari TEOS dengan air dan asam katalis (HCl 1 M) pada larutan etanol. Setelah dibiarkan pada suhu 25 oC selama 1 bulan, didapat cairan yang viskositasnya tinggi. Pada tahap kedua, 0,05 M larutan NH3 ditambahkan kepada sol asam. Setelah 48 jam, gel dari sampel matriks diperoleh. Lalu, cairan yang mengandung pori-pori dari gel silica diganti dengan etanol. Dua sampel didapat dengan cara menyebarkan gel silica melalui larutan alcohol yang supersaturasi (anhydrous Ni(II) acetylacetonate atau anhydrous Fe(II) acetylacetonate). Pengeringan dilakukan pada proses penyebaran ini. Proses pengeringan ini terjadi pada suhu 260 oC dan tekanan 131 bar. Setelah 3 jam, tekanan dikurangi secara perlahan. Aerogel yang didapat dibiarkan mendingin secara perlahan sampai suhunya sama dengan suhu kamar.

40

fcc-Au


221

ε-Co

311

45 2θ

50

55

Momen (sembarang)

40

2

0,2

50

60 2θ

M (emu/g)

310

Magnetization (emu/g)

40

35

50

(b) FC

70

80

T=5K -10000

0

10000

Medan (Oe)

ZFC

H = 20 G 0,02 0

1

10

Suhu (K)

100

1000

Gambar 13 (a) Hasil dari difraksi sinar-X dan (b) ZFC magnetisasi dari nanopartikel cobalt. Nanopartikel cobalt Nanopartikel cobalt disintesis dengan cara dekomposisi yang cepat dari material prekursor (organometallic) pada larutan yang mengandung surfaktan pada lingkungan berisi argon. Cobalt carbonyl

50

100

150 200 250 Suhu (K)

300 350

Gambar 14 (a) Hasil dari difraksi sinar-X dan (b) ZFC magnetisasi dari nanopartikel Co-Au. Inset merupakan 5 K histerisis yang menunjukkan sifat feromagnetik dari bahan tersebut pada suhu rendah. Nanopartikel yang belum jadi dapat dijadikan sebagai inti dari nanopartikel yang akan dibuat. Cobalt dijadikan sebagai inti sedangkan Au sebagai kulit dari nanopartikel tersebut. Larutan prekursor teras cobalt [0,5 ml (3 mmol/ml)] dicampur dengan 5 ml toluene dan diberi semburan gas argon selama 30 menit. Kemudian larutan 0,01 g HAuCl4, 0,25 ml oleylamine dan 3 ml toluene dimasukkan ke larutan tersebut pada suhu 85 oC. Setelah terjadi reaksi, larutan dijaga pada suhu tersebut selama 1 jam. Nanopartikel core-shell terbentuk dengan


ukuran inti 6 nm dan ukuran kulit 1,5 nm. Karakterisasi dari nanopartikel ini dilakukan dengan cara yang sama dengan nanopartikel sebelumnya. Gambar 14 adalah pola difraksi sinar-X dan ZFC dari nanopartikel Co-Au Reverse Micelle Cara lain membuat partikel koloid dengan ukuran nanometer adalah metode reverse micelles. Micelle adalah partikel koloid berongga yang umumnya berupa material organik yang terbentuk secara spontan (self asembli) seperti diilustrasikan pada Gbr 15. Dengan cara sonifikasi (getaran dengan gelombang bunyi), kation (ion positif) dipaksa masuk ke dalam rongga micelle (lihat Gbr 16).

Gambar 15 Contoh micelle.

Gambar 16 Sonifikasi memaksa masuk kation ke dalam rongga micelle. Kemudian anion (ion negatif) dibuat dalam larutan yang mengandung micelle. Anion dibiarkan berdifusi ke dalam rongga micelle yang telah mengandung ion positif

41

melaui selaput micelle (lihat ilustrasi pada Gbr 3.20). Rongga micelle jauh lebih permeabel bagi anion dibandingkan dengan kation, sehingga secara efektif yang teramati hanya aliran anion dari luar masuk ke dalam rongga micelle tanpa disertai aliran kation dari rongga micelle ke luar. Hal ini dapat dilakukan dengan memiliki material micelle yang tepat. Contonhnya material yang menghasilkan permeabilitas anion sekitar 100 kali lebih tinggi daripada kation. Anion yang mengalir masuk bereaksi dengan kation yang ada dalam rongga micelle membentuk partikel padatan yang ukurannya dibatasi oleh ukuran micelle. Membran micelle juga menjadi pembatas pertumbuhan ukuran partikel lebih lanjut dan menjadi pelindung partikel dari aglomerasi.

Gambar 17 Difusi anion masuk ke dalam micelle. Penyusunan Kristal Besar Nanopartikel semikonduktor yang berukuran lebih besar dapat disintesis dengan cara menambahkan molekul lain kepada nanopartikel awal yang berukuran lebih kecil dan distabilkan dengan ligand organik pada larutan koloid. Sebagai contoh, telah ditemukan bahwa ukuran dari kumpulan nanopartikel CdS yang dilapisi dengan ion-ion thiophenolate dapat membesar jika logam sulfide ditambahkan ke larutan tersebut. Pembuatan polimer dari bahan inorganik diketahui dapat diaplikasikan kepada sintesis kumpulan nanopartikel semikonduktor yang cukup besar. Sebagai contoh dari kumpulan nanopartikel pyramid [Cd20S13(SC6H5)22]8- mengandung 55 atom cadmium dan sulfur, kumpulan nanopartikel pyramid [Cd10S4(SC6H5)16]4- mengandung 33 atom cadmium dan sulfur. Jika ditambahkan ion sulfida lima kepada kedua kumpulan nanopartikel tadi, maka kedua kumpulan nanopartikel akan bergabung dan membentuk kumpulan nanopartikel yang lebih besar. Hal ini dapat diilustarikan pada Gbr. 18.


42

0,7 nm

+

mengghindari penggunaan material beracun seperti phosphine atau arsine. Nanocrystal InAs dan InP dapat disintesis melaui reaksi InX3 (X = Cl, Br, I) dengan As(SiMe3)3 atau P(SiMe3)3. Koloid semikonduktor InP dapat disintesis melalui reaksi berikut ini pada suhu antara 150 oC hingga 280 oC menurut persamaan InCl3 + [(CH3)3Si]3P = InP + 3(CH3)3SiCl

1 nm

Gambar 18 Penggabungan 2 kumpulan nanopartikel menjadi suatu kumpulan naopartikel yang lebih besar. Struktur pyramid dari [Cd20S13(SC6H5)22]8- telah dikonfirmasi kebenarannya melalui analisis X-ray. Penambahan terus ion sulfida dapat menghasilkan kumpulan partikel tetrahedral Cd32S14(SC6H5)36 yang mengandung 82 atom cadmium dan sulfur. Kolloid Lain Nanokristal Zn3P2 dan Cd3P2 dapat disintesis dengan menginjeksikan phosphine (PH3) ke dalam larutan yang mengandung garam logam. Pengontrolan ukuran partikel dilakukan dengan menvariasi konsentrasi phosphine dan suhu reaksi. Efek ukuran kuantum diamati dengan jelas pada sample Zn3P2 dan Cd3P2 seperti ditunjukan oleh warna material yang dihasilkan. Cd3P2 bulk berwarna hitam sedangkan larutan yang mengandung nanokristal Cd3P2 (diamater sekitar 1,5 nm) tidak berwarna. Nanopartikel CdSe dapat disintesis dari larutan yang mengandung dimethylcadmium (CH3)2Cd (di dalam tri-n-occtylphosphine TOP) dan trin-octylphosphine selenide (TOPSe) di dalam tri-n-octylphosphine oxide (TOPO) panas pada rentang suhu antara 120–300 oC. Reaksi ini menghasilkan nanokrsital CdSe yang dicanteli TOPO. Ukuran partikel dipengaruhi secara dominan oleh suhu reaksi, di mana partikel yang lebih besar dihasilkan pada suhu yang lebih tinggi. Nanopartikel semikonduktor golongan III-V dapat dibuat melaui reaksi padatan natrium pnictides dengan halida golongan III pada suhu tinggi dan dalam wadah tertutup. Nanopartikel GaP dan GaAs dapat dibuat dengan menggunakan gallium (golongan III) halida dan (Na/K)3E dengan E = P atau As. Metode ini lebih aman karena

(3)

Amine atau tri-n-octylphosphine (TOP), atau tri-noctylphosphine oxide (TOPO) digunakan sebagai sebagai stabilizer untuk menghindari penggumpalan InP. Ukuran partikel berkisar antara 2,2 sampai 6 nm, bergantung pada stabilizer yang digunakan. Lebar celah pita energi InP ukuran bulk adalah 1.35 eV sedangkan nanokristal InP menghasilkan nilai band gap antara 1.7 eV to 2.4 eV. Nanokristal InAs juga dibuat dengan metode yang sama dengan mereaksikan As[(CH3)3Si]3 dan InCl3. Nanopartikel cobalt dapat dibuat dengan pirolisis cepat dari prekursor organik Co(CO)8 di dalam atmosfer argon dan dengan kehadiran surfaktan organik seperti asam oleic dan asam trioctylphosphonic. Bentuk partikel yang dihasilkan dapat berupa bola, kubus, atau bentuk pentagon dengan ukuran antara 3 – 17 nm, bergantung pada jenis stabuilizer yang digunakan. Nanopartikel CdTe dapat dibuat dengan mereaksi Na2Te dengan CdI2 dalam metanol pada suhu –78 oC. Diamater partikel yang dibuat berkisar antara 2,2 – 2,5 nm. Nanostructur CoxCu1-x dapat disintesis dengan mereduksi larutan cobalt dan cupric chloride dalam air dengan natrium borohydride. Natrium borohydride dapat digunakan untuk mereduksi tembaga klorida di dalam tetrahydrofuran (THF) untuk membuat nanopartikel Cu. 2.3 Metode Polyol Proses polyol adalah cara lain menghasilkan partikel logam seperti Cu, Ni, dan Co dalam ukuran nanometer dalam medium bukan air. Dalam metode ini precursor seperti logam oksida, logam nitrat, dan logam asestat dilarutkan atau dicampur secara homogen dengan ethylene glycol atau diethylene glycol kemudian direflux pada suhu antara 180 - 194 oC. Selama reaksi tersebut, precursor direduksi membentuk partikel logam yang kemudian mengendap di dalam larutan. Partikel CoxCu100x (4 ≤ x ≤ 49 at%) dapat disintesis dengan mereaksi cobalt acetate tetrahydrate dan copper acetate hydrate di dalam ethylene glycol. Campuran kemudian direflux pada suhu 180–190 oC selama 2 jam. Partikel yang dihasilkan mengendap di dalam larutan yang kemudian dikumpulkan dan dikeringkan. Bubuk nanocrystalline Ni25Cu75 dapat dibuat dengan mereduksi nikel dan tembaga asetat di dalam ethylene glycol. Berikut ini adalah contoh sintesis nanopartiel FePt dengan metode polyol. Material yang digunakan adaalah ethylene glycol, ferric acetyl acetonate atau Fe(acac)3, bisacetyl acetonate platinum atau Pt(acac)2, N,N-dimetyl aminoethoxy ethanol atau (CH3)2N(CH2CH2O)3H dan sodium hydroxyde atau NaOH. Sintesis diawali dengan membuat prekursor Fe dengan cara melarutkan 369 mg


Fe(acac)3, 33 ml sodium hydroxide 0,5 N, dan 1,0 g dimethylaminoethyleneoxide di dalam 200 mL ethylene glycol. Larutan tersebut dipanaskan pada suhu 160 oC dalam lingkungan argon tekanan atmosfer. Larutan lain berupa prekursor platina dibuat dengan melarutkan 238 mg Pt(acac)2, 17 mL NaOH, dan 0,5 g amine di dalam 100 mL ethylene glycol dan dipanaskan pada suhu 120 oC juga di dalam lingkunan argon tekanan atmosfer. Kedua larutan kemudian dicampur disertai dengan pengadukan yang cepat sehingga tercampur secara merata. Warna tampak berubah dari abu-abu menjadi hitam ketika suhu dinaikkan hingga 180 oC. Campuran dipertahankan dalam kondisi pengadukan pada suhu 198 oC selama sekitar 2 jam. Untuk menghindari penggumpalan partikel FePt, sedikit NaOH apat ditambahkan sebagai stabilisator. NaOH akan mereduksi logam acetylacetonate sehingga ketersediatan prekursor Fe dan Pt dalam campuran berkurang. Lebih lanjut, permukaan nanopartikel dapat dideaktivasi dengan mengadsaorpsi material pelindung sehingga membentuk lapisan tipis. Untuk maksud ini material yang dapat digunakan aadalah N,N-dimethyl aminoethoxy ethanol. Gambar 19 adalah skema pembuatan nanopartikel FePt dengan metode polyol. Gambar 20 adalah contoh foto TEM partikel yang dibuat. Ukuran partikel yang dibuat sekitar 2 – 3 nm dan hampir seragaam (monodisperse). Fe(acac)33- , Pt(acac)22NaOH, aliran gas Ar

Pelarut: ethylene glycol Suhu 180 oC

Fe/Pt

N,N’-Dimethyl aminoethoxyethanol

Gambar 19 Skema pembuatan nanopartikel FePt dengan metode polyol.

43

10 nm

Gambar 20 Foto TEM partikel FePt yang dibuat. FePt memiliki potensi besar pada pengembangan madia penyimpanan data berkapasitas ultra. Untuk merealisasikan media penyimpanan data dengan kapasitas yang lebih tinggi dari yang ada sekarang, ukuran kristallin material magnetik yang digunakan harus direduksi ke orde nanometer. Namun, partikel magnetik dengan ukuran yang sangat kecil tersebut sangat mudah menghasilkan fluktuasi termal pada momen magnetik di permukaannya. Karena stabilitas termal adalah parameter yang sangat penting, partikel magnetik yang memiliki isotropi magnetik yang besar seperti Co, FePt, CoPt, dan ferriteBa merupakan contoh yang terbaik untuk tujuan tersebut. Dalam pembuatan media perekam data, sejumlah partikel digabung membentuk satu grup yang berfungsi sebagai penyimpan satu bit data. Kualitas perekaman data yang bermutu dapat dicapai jika interarksi aantar grup dapat direduksi. Film tipis magnetik yang mengandung grup partikel yang berukuran sangat kecil, koesivitas tinggi, magnetisasi rendah, dan kopling magnetic exchange yang kecil antar gorup terdekat sangat diperlukan bagi pengembangan media perekam magnetik dengan kerapatan ultra. Diprediksi bahwa dengan mengunakan nanopartikel magnetik yang berukuran sekitar 3 nm (yang hanya mengandung ratusan atom) maka dapat dibuat media perekam dengan kerapatan 1 Tb/in2, dengan menyusun partikel-partikel tersebut secara teratur. Nanopartikel FePt merupakan kandidat yang baik bagi pengembangan media perekanan dengan kerapatan ultra. Secara kimiawi material ini sangat stabil dan memiliki anisotropi magnetokristallin yang tinggi (~ 6.6 J/cm3) yang memungkinkan tercapainya stabilitas termal hingga ukuran partikel sekecil 3 nm. Telah dilaporkan bahwa koersivitas pada suhu kamar dapat mencapai 9 kOe dan menjadi dua kali lebih besar pada suhu yang sangat rendah. Koersivitas dapat dikontrol dengan mudah hanya dengan mengontrol fraksi atom Fe dan Pt yang menyusun


material, dan ini dicapaai hanya dengan mengubah konsentrasi prekursor pada saat sintesis. Untuk FePt yang disintesis pada fase cair, koersivitas maupun kristalinitas dapat diubah dengan melakukan anealing pada suhu berbeda pada partikel yang baru disintesis. Sun dkk meramalkan bahwa magnetiksasi nanopartikel FePt hingga lebih dari sepuluh tahun. 2.4 Metode Spray Spray adalah pembangkitan droplet-droplet kecil dari medium fase cair. Contoh spray yang paling kita kenal adalah parfum, hair spray, cat pilox, obat ati nyamuk cair, paint brush, dan sebagainya. Ukuran droplet yang dihasilkan bergantung pada berbagai faktor seperti viskositas cairan, tegangan peemukaan cairan, ukuran lubang tempat droplet keluar, dan sebagainya. Cara menghasilkan droplet spray juga bermacammacam. Salah satu yang cukup sederhana adalah mengalirkan udara berkecapatan tinggi di ujung sebuah pipa berlubang kecil di mana ujung lain pipa tersebut tercelup di dalam zat cair. Tekanan yang kecil pada ujung yang dikenai udara yang mengalir meyebabkan zat cair dalam wadah terdorong naik menuju ujung pipa yang dikenai aliran udara. Ketika sampai di ujung pita, aliran udara yang kencang mengebabkan zat cair terurai menjadi butir-butir kecil dan terbawa bersama aliran udara. Cara lain menghasilkan droplet adalah mengetarkan zar cair menggunakan gelombang ultrasonik. Cara menghasilkan spray semacam ini banyak dipakai dalam dunia kedokteran untuk memasukkan obat ke dalam tubuh pasien lewat sistem pernapasan. Larutan obat digetarkan dengan gelombang ultrasonik sehingga membentuk droplet-droplet yang beterbangan di sekitar permukaan zat cair. Pasien menghirup udara di permukaan obat melalui selang yang salah satu ujungnya terhubung ke hidung sehingga droplet yang mengandung obat tersebut masuk ke dalam sistem pernapasan. Spray Pirolisis. Akhir-akhir ini metode spray banyak digunakan untuk membuat material dalam bentuk partikel berukuran mikrometer dan submikrometer. Proses yang berlangsung adalah melakukan reaksi pirolisis pada droplet yang dihasilkan spray. Pirolisis adalah reaksi kimia pada suhu tinggi. Jika yang dispray adalah larutan prekursor yang dapat bereaksi pada suhu tinggi maka dengan metode spray kita dapat mebuat partikel dengan cepat. Proses pembentukan partikel hanya berlangsung dalam beberapa detik. Metode semacam ini sering disebut spray pirolisis. Spray pirolisis dilakukan pada sebuah reaktor yang terdiri dari pembangkit droplet yang dikenal pula dengan nama nebulizer atau atomizer, reaktor berbentuk tabung, dan penampung partikel. Skema reaktor spray pirolisis tampak pada Gbr 3.24. Tabung yang digunakan dalam reaktor harus dari bahan yang bisa tahan hingga suhu mendekati 1000 oC. Contoh bahan tersebut adalah alumina, quartz, dan bisa juga stainless steel. Droplet yang dihasilkan dialirkan masuk ke dalam tabung yang telah diset pada suhu tinggi menggunakan carrier gas (gas pembawa). Jika tidak dikehendaki adanya

44

reaksi antara prekursor dengan gas pembawa maka pilih gas pembawa yang inert seperti nitrogen atau argon. Karena ukuran droplet yang kecil maka dengan segera pelarut menguap habis ketika baru masuk di sekitar ujung depan tabung reaktor. Yang tersisa adalah material prekursor dalam bentuk padatan yang tetap mengalir bersama carrier gas. Karena berada dalam ruang bersuhu tinggi maka terjadi reaksi pirolisis pada partikel dan sebelum meninggalkan tabung reaktor telah terbentuk partikel hasil reaksi yang diharapkan. Partikel yang dihasilkan dikumpulkan pada kolektor partikel. Aliran keluar

Trap Furnace Patikel padatan

Pengontrol suhu Larutan menguap

Droplet Memasuki reaktor

Droplet Gas Pembawa (gas inert) Ultrasonic nebulizer

Larutan Prekursor

Gambar 21 Skema reaktor spray pirolisis Ada sejumlah keuntungan membuat partikel dengan metode spray pirolisis, seperti: (a) Ukuran partikel yang dihasilkan dapat dikontrol dengan mudah melalui pengontrolan konsentrasi larutan. Ukuran droplet yang dihasilkan atomizer hampir tidak dipengaruhi oleh konsentrasi larutan yang digunakan selama konsentrasi


45

tersebut belum mengubah secara signifikan tegangan permukaan maupun viskositas larutan. Makin kecil konsentrasi larutan maka makin sedikit jumlah zat terlarut dalam droplet yang menyebabkan makin kecil ukuran partikel yang dihasilkan; (b) Partikel yang dihasilkan sangat bulat. Bentuk droplet yang dihasilkan spray selalu bulat, karena bentuk ini memiliki energi paling kecil. Dengan asumsi bahwa atom-atom pelarut menguap secara homogen di semua bagian permukaan droplet maka selama proses mengecilnya ukuran droplet akibat penguapan pelarut, bentuk droplet tetap bulat. Pada akhirnya, bentuk akhir partikel yang dihasilkan pun bulat; (c) Jika konsentrasi droplet tidak terlalu tinggi maka setelah terbentuknya partikel, konsentrasi partikel di dalam aliran gas juga tidak tinggi. Peluang terjadinya tumbukan yang membuat partikel menyatu sangat kecil. Akibatnya tidak terjadi aglomerasi pada partikel yang dihasilkan. Kristalitas partikel yang dihasilkan dapat dikontro dengan dua cara: (a) Mengontrol suhu reaktor. Makin tinggi suhu reaktor maka makin tinggi kristalinitas partikel yang dihasilkan; (b) Mengontrol laju aliran carrier gas. Laju aliran cariier gas menentukan berapa lama partikel berada di dalam reaktor. Makin kecil laju aliran gas maka makin lama partikel berada di dalam reaktor. Secara kasar berlaku. [Waktu dalam reaktor] ∝1/[laju aliran gas]

(5)

Makin lama partikel berada dalam reaktor maka makin lama proses pemanasan yang dialami partikel. Akibatnya makin baik kristalinitas partikel. Gambar 22 adalah contoh partikel Y2O3-ZrO2 yang dibuat dengan metode spray pirolisis. Ukuran rata-rata partikel sekitar ratusan mm.

(TTIP) digunakan sebagai pemulai reaksi dan helium sebagai carrier gas pembawa. Laju aliran gas oksigen diatur, namun tekanan dan suhu pada tabung reaksi dijaga tetap 10 mbar dan 1000 oC. Bubuk titania yang berbentuk kristal diukur besarnya dengan menggunakan metoda Scherrer dengan menggunakan difraktometer sinar-X dari partikel yang dikumpulkan pada batang quartz yang tipis yang diletakkan pada pusat tabung reaksi secara horizontal. Pada percobaan ini sendiri, ukuran partikelnya belum diketahui berapa besarnya. Filter expansion spray pyrolisis. Ukuran partikel yang dihasilkan dengan metode spray pirolisis sangat bergantung pada ukuran droplet. Ukuran droplet yang dihasilkan dengan berbagai macam spray biasanya beberapa mikrometer hingga puluhan mikrometer. Dengan ukuran tersebut biasanya ukuran partikel yang dihasilkan minimal berorde submikrometer. Sangat sulir mensintesis partikel dengan ukuran kurang dari 100 nm dengan metode spray pirolisis. Agar kita dapat menghasilkan partikel yang lebih kecil maka ukuran partikel harus dapat direduksi lebih lanjut. Salah satu metode membuat droplet dengan ukuran lebih kecil adalah menggunakan gelas berpori yang dihubungkan dengan tekanan rendah. Metode ini disebut filter expansion spray pyrolisis. Droplet yang dihasilkan dari spray diarahkan ke filter gelas yang mengandung pori-pori yang berukuran kecil. Di permukaan atas filter gelas terbentuk lapisan tipis zat cair. Tekanan rendah di bawah menyebabakan lapisan zat cair turun melalui pori-pori gelas dan keluar di sisi bawah gelas dengan ukuran yang sangat kecil. Partikel yang baru saja keluar ditarik ke arah filter meluai sebuah tabung reaktor bersuhu tinggi yang dihubungan dengan filter penyaring partikel. Suhu reaktor diatur sehingga begitu sampai filter kolektor, droplet sudah berubah menjadi partikel akhir.

(a) 700 oC

5nm

Gambar 22 Contoh partikel Y2O3-ZrO2 yang dibuat dengan metode spray pirolisis. Contoh lain adalah sintesis nanopartikel TiO2. Pada sintesis ini digunakan titanium-tetra-isopropoxide

20nm

D = 8.9 nm


(b) 900 C o

5nm

(b) 1100 oC

46

D = 10.3 nm

20nm

dihasilkan untuk mendapatkan partikel yang lebih kecil. Cara yang ditempuh adalah menambahkan garam dengan konsentrasi sangat tinggi ke dalam prekursor yang akan dispray. Garam yang ditambahkan adalah garam yang tidak berekasi dengan prekursor. Di dalam droplet yang dihasilkan terkandung prekursor dan garam. Saat reaksi pirolisis berlangsung garam berperan sebagai medium pemisah partikel-partikel kecil yang terbentuk sehingga tidak bersentuha membentuk partikel besar (ukuran mikrometer). Secara singkat dapat dikatakan bahwa yang keluar dari reaktor adalah partikel-partikel kecil yang terdistribusi dalam matriks garam. Setelah partikel dikumpulkan para kolektor, partikel kemudian dicuci berkali-kali dengan pembersih ultrasonik disertai sentrifugasi. Tujuannya adalah agar garam terlarut dan partikel-partikel kecil terlepas dari matriks garam. Proses pembentukan tersebut dapat diilustrasi pada Gbr 24. Gambar 25 adalah contoh partikel yang dibuat dengan metode ini. Berdasarkan foto TEM, ukuran rata-rata partikel yang dihasilkan sekitar 10 nm.

D = 14.0 nm

Droplet prekursor

nanocrystal garam

20nm

`

5nm

pencucian

Gambar 23 Contoh partikel ITO yang disintesis dengan metode filter expansion spray pyrolisis pada berbagai suhu reaktor: (a) 700 oC, (b) 900 oC, dan (c) 1100 oC. Gambar 23 adalah contoh partikel indium tin oxide (ITO) yang dibuat dengan metode filter expansion spray pyrolisis pada berbagai suhu reaktor. Nanopartikel ITO disintesis dari larutan indium chloride tetrahdrate, InCl3·4H2O dan tin chloride pentahydrate, SnCl4·5H2O, dengan total konsentrasi sekitar 0,5 mol/L. Reaktor diset pada suhu 700 - 1100 oC dan tekanan 40 Torr. Nanopartikel ITO dihasilkan dengan diameter rata-rata sekitar 9 sampai 14 nm, dan diemeter tersebut bergantung pada suhu reaktor. Semakin tinggi suhu pada proses sintesis maka ukuran nanopartikel akan semakin besar. Salt assited spray pyrolsis Metode ini adalah metode spray pirolisis biasa dengan memberikan perlakuan akhir pada partikel yang

pengeringan

partikel submikron

nanopartikel

Gambar 24 Skema pembentukan nanopartikel dengan metode salt assited spray pyrolsis. Bagian atas adalah metode spray pirolisis konvensional dan bagian bawah adalah metode salt asssted spray pyrolisis.


47

Partikel yang keluar dari reaktor

Gambar 27 adalah contoh partikel berporos yang dihasilkan dengan metode ini. Porositas partikel yang dihasilkan (fraksi volum poros) dikontrol dengan mengatur perbandingan konsentrasi partikel polimer terhadap konsentrasi prekursor. Makin tinggi konsentrasi polimer maka makin tinggi porositas partikel yang dihasilkan. Ukuran poros dikontrol dengang menggunakan partikel polimer yang berukuran berbeda-beda. Heater Exhaust

Reaksi pada suhu tinggi

Furnace

Dicuci/sentrifuge beberapa kali

Pengeringan pada suhu rendah

Nanopartikel

Gambar 25 Gambar kiri adalah foto SEM partikel yang dihasilkan dari reaktor spray. Ukuran partikel lebih dari 1 mm. Gambar kanan adalah foto TEM partikel setelah partikel pada gambar kiri dicuci dan disentrifuge beberapa kali. Pembuatan Partikel Berporos dengan Spray Pyrolisis. Di samping digunakan untuk membuat partikel padatan, metode spray pirolisis juga dapat digunakan untuk membuat partikel berporos. Caranya adalah menambahkan koloid polimer ke dalam prekursor yang akan dispray. Akibatnya, droplet yang dihasilkan disamping mengandung prekursor juga mengandung partikel-partikel polimer. Tabung reaktor minimal harus dibagi atas dua daerah pemanasan. Daerah pemanasan pertama diset pada suhu yang tidak terlalu tinggi, sekedar untuk menguapkan pelarut sehingga didapatikan prekuros dalam bentuk padat yang di dalamnya terdapat partikelpartikel polimer. Daerah pemanasan kedua dimaksudkan untuk melakukan reaksi pirolisis dan mendekomposisi polimer. Setelah polimer terdekomposisi, lokasi yang semula ditempati polimer menjadi poros. Gambar 26 adalah ilustrasi proses pembentukan partikel berporos.

spray Gas pembawa Nebulizer utrasonic

Prekursor dan koloid

Gambar 26 Ilustrasi proses pembentukan partikel berporos Carbon Nanotube Di sini kita akan membahas salah satu metode sederhana membuat carbon nanotube, yaitu dengan metode spray pirolisis. Dengan metode spray pirolisis, carbon nanotubes dapat dibuat pada suhu relative rendah, sekitar 800 oC. Proses sintesis mencakup spray ferrocene [Fe(C5H5)2] dan benzene (C6H6) dalam reactor spray melalui sebuah tabung gelas quartz menggunakan argon sebagai gas pembawa. Ferrocene berperan sebagai katalist yang memungkinkan penyusunan molekul-molekul


48

benzene menjadi CNT. Fraksi ferrocene kurang dari 5% berat. Skema reaksi pembentukan CNT diperlihatkan pada Gbr. 27. Reaktor yang digunakan sama dengan reactor spray pirolisis pada Gbr. 21. Panjang reactor (tabung gelas) sekitar 1 meter dengan diameter dalam sekitar 1 mm. Aliran gas pembawa sekitar 2 liter/menit.

keperluan analisis, sample yang terbentuk didispersi dalam etnaol dan ditempatkan dalam beberapa menit di dalam ultrasonic bath (pencuci ultrasonic).

10 µm

ferrocene

Gambar 27 Contoh partikel berporos (zirconia) yang dihasilkan dengan metode spray.

Fe

+

benzene

2 µm

Gambar 29 Contoh foto SEM CNT dalam perbesaran berbeda. Gambar 29 adalah contoh foto SEM CNT yang dibuat pada suhu reaktor 800 oC. Ukuran dameter CNT yang dibuat sekitar 20 – 100 nm dengan panjang beberapa puluh nanometer. Suhu reactor sangat mempengaruhi pembentukan CNT. Pada suhu di bawah 750 oC hamper tidan ada CNT yang terbentuk. Pada suhu 800 oC, terbentuk CNT yang cukup panjang, selanjutnya peningkatan suhu di atas 800 oC meningkatkan diameter CNT. Carbon nanotube

Gambar 28 Skema reaksi pembentukan carbon nanotube. CNT terbentuk pada dinding quartz gelas. Sintesis dilakukan selama beberapa puluh menit. CNT dikeluarkan dengan mendrong menggunakan batang kecil. Untuk

Flame Spray Pyrolsis Proses pembakaran merupakan salah satu proses sintesis nanopartikel yang sering digunakan. Pada reaktor pembakaran ini, energi dari pembakaran digunakan untuk memicu reaksi kimia untuk memulai penciptaan grupgrup partikel yang berikutnya berkembang menjadi nanopartikel melalui proses penumbuhan dari permukaan dan juga penggumpalan serta penggabungan pada suhu


yang tinggi. Pada umumnya, ada dua cara yang biasa digunakan untuk menghasilkan nanopartikel yaitu flame spray pyrolysis dan flame spray hydrolysis. Flame spray pyrolysis adalah suatu proses pembakaran dengan diawali pada fasa gas. Pada sintesis nanopartikel Al2O3, bubuk alumunium klorida yang bersifat anhydrous diuapkan dan dimasukkan melalui gas inert ke dalam pembakaran oxy-ethylene. Proses pembakaran ini terjadi pada suhu 2000 oC dimana garam alumunium klorida berdekomposisi menjadi hidrogen klorida (HCl) dan alumunium oksida (Al2O3). Cara ini dapat menghasilkan ukuran partikel Al2O3 sebesar 10-30 nm dan menjadi 40-70 nm ketika dilakukan kalsinasi. Pada Gbr 30 ditunjukkan hasil TEM partikel Al2O3 yang dihasilkan dengan metode flame spray pyrolsis: (a) nanopartikel yng basru saja terbentuk, dan (b) nanopartikel Al2O3 yang dikalsinasi a

b

49

Metode flame spray hydrolysis menggunakan cairan sebagai zat untuk memulai prosesnya. Zat cairan ini dilalui pada suntikan yang dipompa lalu ukurannya diperkecil menjadi seperti atom dengan menggunakan oksigen dan menghasilkan spray yang halus. Hasil penguapan dan pembakaran dimulai oleh cincin api yang kecil yang muncul dari pusat nosel. Proses pembakaran akan menguapkan cairannya dan reaksi pada fasa gas akan terjadi setelahnya. Kondensasi dari uap air akan menghasilkan partikel berukuran nano yang akan tercipta di ruangan (chamber). Nanopartikel cerium oksida (CeO2) akan dihasilkan pada proses ini. Gambar 31 menunjukkan hasil TEM partikel CeO2 yang dibuat dengan metode flame spray hydrolysis.

a

b

Gambar 31 Partikel CeO2 yang dibuat dengan metode flame spray hydrolisis: (a) partikel yang baru dibuat dan (b) partikel yang dikalsinasi. Gambar 30. (a) Nanopartikel Al2O3. yang baru saja dibuat, dan (b) nanopartikel Al2O3 yang dikalsinasi.


50

Spray Drying Komposit ZnO-silica Spray drying adalah metode spray yang tidak melibatkan reaksi kimia pada prekursor. Yang terjadi adalah penguapan pelarut sehingga didapatkan partikel padatan. Jenis material yang dihasilkan sama dengan jenis material dalam prekursor tanpa terjadi perubahan kimiawi. Contoh spray drying adalah pembentukan partikel berukuran besar dengan dimulai dari kolloid. Koloid mula-mula dispray sehingga terbentuk droplet yang mengandung partikel-partikel koloid. Saat melewati reaktor, zar cair menguap dan droplet-droplet menggumpal menjadi partikel besar berukuran beberapa mikrometer atau submikrometer. Suhu pembuatan tidak terlalu tinggi karena sekedar untuk menguapkan pelarut. Gambar 32 adalah ilustrasi pembentukan partikel komposit dari koloid. Heater

Exhaust

Furnace

Pengeringan

baru yang memperlihatkan puncak spektrum luminisens pana panjang gelombang di bawah 500 nm memperlihatkan gejala pergeseran merah (red shift) sebagai akibat pertumbuhan ukuran partikel secara terus menerus di dalam koloid. Setelah disimpan sekitar 5 hari, puncak luminisens bergeser ke panjang gelombang sekitar 560 nm. Dalam aplikasi, transformasi ini haris dihindari. Salah satu cara menghindri pertumbuha ukuran nanopartikel ZnO yang telah disintesis dengan metode sol-gel adalah melokasilisasi nanopartikel dalam matriks host padatan. Salah satu yang munkin adalah nanopartikel SiO2. Kolloid ZnO yang dibuat dengan metode sol-gel dengan segera dicampur dengan koloid silica dengan perbandingan yang sesuai sambil dilakukan pendadukan selama sekitar 10 menit. Konsentrasi total campuran diatur dengan menambahkan etanol di dalamnya. Konsentrasi total campuran akan menentukan ukuran akhir partikel komposit yang dihasilkan. Sebanyak sekitar 100 mL campuran koloid dimasukkan ke dalam nebulizer pada peralatan spray drying. Reaktor spray diset pada suhu sekitar 450 oC. Gas nitrogen digunakan sebagai gas pembawa karena bersifat inert dengan laju aliran sekitar 2 L/menit. Partikel komposit yang dihasilkan ditangkap pada wadah penampung yang dipanaskan pada suhu 200 o C untuk menghindari kondensasi air pada sampel. Gambar 33 adalah contoh foto SEM sampel yang dibuat. Tampak partikel komposit yang berukuran submikromter sampak micrometer. Partikel tersebut mengandung nanopoatikel ZnO yang terselip antara partikel-partikel silica. Karena terkurung dalam matriks padatan maka tidak ada lagi peluang ZnO untuk saling bertemu dan membentuk agglomerasi partkel yang lebih besar. Ukuran ZnO menjadi tetap dan ada akhirnya mempertahankan sifat luminisens.

Spray

Gas pembawa Nebulizer utrasonic

Partikel koloid A Partikel koloid B

Gambar 32 ilustrasi pembentukan partikel-komposit. Masalah yang muncul dengan kolid ZnO yang dibuat dengan metode sol-gel adalah pergeseran warna luminisens karena pertumbuhan ukuran partikel. Koloid

1,5 µm Gambar 33 Komposit partikel yang nanopartikel silica dan nanopartikel ZnO.

mengandung

Spray Drying Partikel Silika yang Mengandung Nanoporos Metode spray drying dapat digunakan juga untuk membuat partikel berukuran beberapa micrometer yang menganung poros yang berkurang nanometer. Inti dari metode ini sangat sederhana. Kolloid silica dan colloid


51

polimer yang masing-masing berukuran nanometer dan terdispersi dalam mediam cair yang sama dicampur secara homogen. Campuran tersebut kemudian ditempatkan dalam atomizer seperti eultasonik nebulizer sehingga terbentuk droplet cairang yang mengandung dua jenis nanopartikel tersebut. Droplet yang terbentuk dibawa dengan gas pembawa ke bagian reactor yang bersuhu sekitar 200 oC untuk menguapkan cairan sehingga diperoleh partikel besar yang tersusun oleh dua macam patikel nanometer. Ukuran partikel besar dapat dikontrol dengan mudah dengan mengontrol konsentrasi nanopartikel di dalam campuran. Partikel besar yang terbentuk kemudian melewati reactor yang bersuhu cukup tinggi, yaitu di atas suhu dekomposisi polimer sehingga partikel polimer tedekomposisi. Lokasi partikel polimer menjadi kosong sehingga diperoleh partikel besar yang mengandung poros berukuran nanometer. Ukuran poros dengan mudah dapat dikontrol melalui penggunaan partikel polimer dengan diameter yang berbeda-beda. Gambar 34 adalah ilustrasi pembentukan partikel dengan poros ukuran nanometer. Heater

a

b

Exhaust c

Furnace

Pengeringan pada suhu tinggi

Pengeringan pada suhu rendah

d

Spray

Gambar 35 Partikel dengan poros ukuran nanometer yang diperoleh dengan menggunakan perbandingan konsentrasi silica dan polistiren: (a) terlalu besar, (b) terlalu kecil, (c) perbandingan yang tepat. (d) gambar permukaan partikel yang dimabil dengan perbesar yang lebih besar.

Gas pembawa Nebulizer utrasonic

Silika Polistiren

Gambar 34 Ilustrasi pembentukan partikel dengan poros ukuran nanometer.

Gambar 35 adalah contoh partikel berporos yang dihasilkan dengan menggunakan nanopartikel silica (SiO2) dan polistriren latex. Suhu reactor untuk mendekomposisi polistiren sekitar 450 oC. Gas pembawa yang digunakan adalah nitrogen dengan laju aliran 1 L/menit. Gambar 35(a) diperoleh dengan menggunakan konsentrasi polistriren yang terlampau sedikit. Gambar


52

35(b) diperoleh dengan mengunakan polistriren dengan konsenrasi yang terlalu banyak. Gambar 35(c) adalah partikel yang diperoleh dengan menggunakan perbandingan konsentrasi polistiren dan silica yang tepat. Gambar 33(d) adalah gambar permukan partikel yang diambil dengan perbesaran yang tinggi. Tampak pada gmbar bahwa poros tersusun secara teratur dalam konfigurasi heksagonal. Ini menunjukan bahwa selama proses pengeringan menjadi partikel bersar terjadi selforganizasi partikel polistiren membentuk susunan heksagonal. Pirolisis Galiun Nitrida Ga(NO3)•nH2O

sumber cahaya putih dalam struktur LUCOLED (luminescence conversion LED). Salah satu cara membuah logam hidrida adalah mentransfoemasi oksida logam ke bentuk nitride di bawah airan ammonia. Reaksi kimia tranformasi tersebut adalah Ga2O3 + 2NH3 → 2GaN + 3H2O

Agar reaksi transformasi berlangsung cepat maka penggunaan material awal dalam bentuk nanopartikel gallium oksida sangat diperlukan. Dan hasil akhir pun akan berbentuk nanopartikel GaN. Luas permukan yang besar serta kedalaman penetrasi yang kecil memungkinkan proses nitridasi dalam waktu yang singkat.

Air ultramurni Pencampuran pada suhu kamar

(6)

MFC Ar/N2

Udara Pencampuran pada suhu kamar

NH3(aq)

NH3 valve Prekursor 500 – 1000 oC, 1- 10 min di udara

Temperature controller

Sampel

Nanopartikel galium oksida exhaust

500 – 1000 oC, 1- 10 min di udara+NH3 Nanopartikel galium nitrida

Furnace listrik Reaktor dari tabung quartz

bubbler

Gambar 36 Diagram alir pembentikan nanopartikel GaN. Galium nitride (GaN) dan sejumlah matrial semikonduktor dengan lebar celah energi besar sangat potensial untuk diaplikasikan sebagai piranti pemancar cahaya biru, ungu, dan ultraungu dan pada piranti elektronik berdaya tinggi. LED yang berbasis GaN memperlihatkan umur pakai (life time) yang sangat lama dan daya pancaran yang lebih tingi daripada LED yang telah dikenal sebelumnya. Kombinasi LED biru dari GaN serta YAG:Ce mempunyai peluang untuk pengembangan

Gambar 37 Bentuk reaktor yang digunakan untuk membuat GaN. Salah satu cara mebuat gallium oksida dengan ukuran nanometer dalam waktu cepat adalah memanaskan gallium nitrat. Namun, hasil yang diperoleh adalah gallium oksida ukuran mikrometer. Untuk mendapatkan gallium oksida ukuran nanometer, ammonia ditambahkan ke dalam prekusror. Ammonia akan membantu


memecahkan mikropartikel gallium oksida menjadi partikel berukuran nanometer. Gallium nitrate (Ga(NO3)3·nH2O dilarutkan dalam air ultra murni dengan konsentrasi total Ga sekitar 0,5 mol/L. Ammonia dengan konsentrasi sekitar 5 mol/L ditambahkan ke dalam larutan gallium nitrat sehingga dihasilkan larutan yang transparan. Prekursor tersebut kemudian ditempatkan dalam tabung reactor quartz dan dipanaskan alam aliran udara pada suhu antara 800 – 1100 oC. Untuk mengkonversi gallium oksida menjadi gallium nitride, campuran ammonia dan argon dialirkan di atas sample pada suh sekitar 800 oC. Lama waktu pengaliran antra 1 hingga 8 jam. Diagral alir lengkap sintesis tampak pada Gbr 36. Dan bentuk reaktor yang digunakan digmbarkan secara skematik pada Gbr 37.

53

konsentrasi NH3(aq)/Ga(NO)3 = 1 tampak pda Gbr 38(a). Foto TEM nanopatikel GaN yang dinitridasi pada suhu 800 oC tampak pada Gbr 38(b). Partikel GaN yang dihasilkan memperlihatkan puncak luminesens pada panjang gelombang sekitar 360 nm. 2.5 Kolloid Templating Material dengan struktur periodik tiga dimensi menarik minat peneliti baik teoretis maupun ekperimentasis dalam decade terakhir. Material ini potensial digunakan untuk membuah kristal fotonik, katalis berkemapuan tinggi, pelapisan canggih dan sejumlah aplikasi lainnya. Motor

Heater

(a)

Precursor

Kristal koloid struktur 3D

(b)

Substrat (glass atau wafer Si)

Poros struktur 3D

Proses annealing

Gambar 39 Skema peralatan koloidal templating

Gambar 38 (a) Foto SEM dan (b) TEM naopartikel GaN

dibuat

Contoh foto SEM partikel gallium oksida yang pada suhu 800 oC dengan perbandingan

Penggunaan bola-bola silika dan polistiren latex sebagai material awal pembuatan material berporos dengan struktur tiga dimensi sangatlah menarik. Salah satu contoh dilaporkan di sini. Metode yang digunakan adalah “dip coating” koloid sambil dilakukan pemanasan. Prekursor dibuat dengan mencampurkan koloid polistiren latex dengan koloid silika dengan perbandingan yang sesuai. Agar dapat berperan sebagai kristal fotonik, periode struktur harus mendekati panjang gelombang cahaya, yaitu beberapa ratus nanometer. Oleh karena itu, koloid polistiren dengan ukuran atikel beberapa ratus nanometer harus digunakan. Ukuran partikel koloid silica yang digunakan lebih baik di bawah 20 nm. Makin kecil


54

ukuran partikel silica maka makin baik hasil yang diperoleh. Potongan silikon wafer atau kaca dicuci bersih dengan etanol dan air distilasi di dalam pencuci ultrasonic. Substrat kemudian dicelupkan ke dalam prekuros kemudian ditarik perlahan-lahan dengan laju sekitar 1 sampai 10 mm/jam. Heater dipertahan pada suhu sekitar 60 oC. Pemansan pada suhu yang tidak terlalu tinggi dimaksudkan untuk menyediakan waktu yang cukup bagi patikel polistiren untuk melakukan self-oragnisasi sehingga terbentk penysunan yang teratur. Setelah proses dip coating selesai, sample dipanaskan pada suhu 400 oC sekitar 5 menit untuk mendekomposisi partikel polistrirten. Skema peralatan yang digunakan tampak pada Gbr 39. Gambar 40 adalah foto SEM sample yang dibuat menggunakan koloid polistriren dengan ukuran patikel 178 nm dan koliod silica dengan ukuran partikel 5 nm. Gambar 40(a) dan 40(b) dilihat dari atas dengan perbesaran yang berbeda dan gambar 40(c) dan 40(d) dilihat dengan sudut kemiringan tertentu. Gambar 40(e) menunjukan bahwa film yang dibuat memiliki keteraturan pada daerah yang sangat luas. Gambar 40(f) adalah patahan film yang menunjukkan bahwa keteraturan tidak hanya terjadi di permukaan film tetapi juga di alam film.

c

300 nm

d

a 500 nm

e

300 nm

b 2 µm

2 µm


55

f

2 µm Gambar 40 Foto SEM film yang mengandung poros yang tersusun secara terorganisasi yang dibuat menggunakan koloid polistriren dengan ukuran patikel 178 nm dan koliod silica dengan ukuran partikel 5 nm, (a) – (b) dilihat dari atas dengan perbesaran berbeda, (d) – (e) dilihat dari samping dengan perbesaran berbeda, (e) tampak atas dengan perbesaran kecil, dan (f) tempat patahan film.

waktu yang ckup bagi partikel koloid melakukan selforganisasi sehingga membetuk penyusunan yang teratur. Setelah itu ampel ditempatkan dalam ion sputter dan dideposisi selama beberapa menit untuk memberuk lpisan logam yang cukup para permukaan partikel. Jenis target pada sputter menentukan jenis material yang akan dibuat. Kemudian sample dipanaskan pada suhu di atas suhu dekomposisi polistriren. Mekanisme sintesis tampak pada Gbr 41. Pemasanan pada suhu di atas suhu dekoposisi polistriren tetapi di bawah titik leleh logam pelapis menghasilkan cakang yang tersusun secara teratur. Pemanasan di atas titik leleh logam menghasilkan nanopartkel yang tersusun secara teratur. Contoh foto SEM sampel yang dibuat tampak pada Gbr 42.

Droplet koloid

Wafer Si

2.6 Nanosphere Lithography Nanosphere lithography (NSL) yang diawali dengan deposisi material pada masker kristal koloid yang terorganisasi (self-organized) telah menarik banyak perhatian peneliti untuk array nanopartikel pada permukaan datar. NSL adalah cara fabrikasi yang ideal untuk menghailkan penyusunan yang teratur dan mendekati homogen nanopartikel di mana ukuran, bentuk, maupun periodisitas dapat dikonrrol dengan mudah. Ukuran dot dapat ditempuh dengan mengontrol lawa aktu deposisi, jarak antar dot diatur dengan menggunakan partikel koloid yang berbeda ukuran, dan jenis material yang dibuat dikontrol dengan mengantur jenis material sumber. Metode ini juga sangat bersih karena berlangsung dalam lingkungan vakum atau mndekati vakum. Salah satu metode NSL yang sekaligus dapat menghasikan tiga macam struktur yaitu caking yang tersusun secara teratur, partikel yang tersusun secara teratur, atau poros yang tersesun secara teratur akan dibhas di sini. Bentuk akhir dari struktur yang dibuat bergantung pada post treatment yang dilakukan. Metode ini memanfatkan templating koloid dan sputtering lama (over sputtering). Beberapa microliter koloid polistiren encer diteretkan di atas permukaan waver silicon. Mula-mula waver dicuci dengn etanol dan air distilasi di dalam pencuci ultrasonic beberapa puluh menit untuk menghilangkan ktotra yang melengket di permukaan. Tetesan koloid dikeringkan pasa suhu sekitar 40 oC hingga seluruh cairan mnguap yang diikuti pengeringan pada suhu sekitar 100 oC selama kurang lebih 10 menit untuk mengikat partikel-patle secara kuat. Pengeringan pertama pada suhu rendah dilakukan untuk mmberikan

Pengeringan Bola polistiren

Sputtering

(a) Pemanasan suhu menengah

Cangkang yang terorganisasi


56

(b) Pemansan suhu tinggi

Cangkang mrlrlah dan jatuh

Partikel yang terorganisasi Gambar 41 Proses pembuatan cangkang dan partikel logam yang teroganisasi.

a

300 nm

b

2 µm Gambar 42 (a) cangkang dan (b) partikel logam yang teroganisasi yang dibuat dengan metode koloidal templating dan over sputtering. Referensi [1] W. Budiawan, A. S. Vioktalamo, M. Abdullah, dan

Khairurrijal, J. Sains Materi Indonesia (Edisi Khusus), 180 (2006). [2] W. Budiawan, A. S. Vioktalamo, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Pertemuan Ilmiah Iptek Bahan 2006 (Serpong, 18-19 Juli 2006). [3] W. Budiawan, M. Abdullah, and Khairurrijal, Proc. Int. Conf. Mathematics and Natural Sciences (Bandung 29-30 November 2006) pp. 1069-1072. [4] L. Gradon, S. Janeczko, M. Abdullah, F. Iskandar, and K. Okuyama, AIChE J. 50, 2583 (2004). [5] F. Iskandar, M. Abdullah, H. Yoden, and K. Okuyama, J. Appl. Phys. 93, 9237 (2003). [6] F. Iskandar, M. Abdullah, H. Yoden, and K. Okuyama, Virt. J. Nanoscale Sci. & Technol. 7, no. 22, June 2 (2003). [7] F. Iskandar, M. Abdullah, H. Yoden, and K. Okuyama, J.Sol-Gel Sci. Technol. 29, 41 (2004). [8] F. Iskandar, M. Abdullah, and K. Okuyama, in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (HS.Nalwa, Ed.); American Scientific Publishers, vol.8, 259 (2004). [9] F. Iskandar, Mikrajuddin, and K. Okuyama, Nano Lett. 1, 231 (2001). [10] F. Iskandar, Mikrajuddin, and K. Okuyama, Nano Lett. 2, 389 (2002). [11] Y. Itoh, M. Abdullah, and K. Okuyama, J. Mater. Res. 19, 1077 (2004). [12] Y. Itoh, T. Ogi, M. Abdullah, F. Iskandar, K. Okuyama, and Y. Azuma, J. Cryst. Growth 281, 234 (2005). [13] T. Iwaki, Y. Kakihara, T. Toda, M. Abdullah, and K. Okuyama, J. Appl. Phys. 94, 6807 (2003). [14] M. Abdullah and Khairurrijal, Proc. 3rd Kentingan Physics Forum (Solo, 24 September 2005), pp. 69-70. [15] M. Abdullah and K. Okuyama, Proc. ITB Eng. Sci. 35B, 81 (2003). [16] M. Abdullah and K. Okuyama, Proc. ITB Eng. Sci. 36B,140 (2004). [17] M. Abdullah dan F. Iskandar, Pros. Seminar MIPA IV-ITB 2004, Bandung, Indonesia, 6-7 Oktober 2004, pp. 243-247. [18] M. Abdullah, C. Panatarani, T.-O. Kim and K. Okuyama, J. Alloys Comp. 377, 298 (2004). [19] M. Abdullah, F. Iskandar, S. Shibamoto, T. Ogi and K. Okuyama, Acta Materialia 52, 5151 (2004). [20] M. Abdullah, F. Iskandar, and K. Okuyama, Proc. ITB Eng. Sci. 36B, 125 (2004). [21] M. Abdullah, I. W. Lenggoro, B. Xia, and K. Okuyama, J. Ceram. Soc. Jpn. 113, 97 (2005). [22] M. Abdullah, I. W. Lenggoro, F. G. Shi, and K. Okuyama, Proceeding 47th Meeting of Japan Academic of Science, Kyoto University, Japan, 29 30 October 2003, pp. 199-200). [23] M. Abdullah, I. W. Lenggoro, K. Okuyama, and F. G. Shi, J. Phys. Chem. B 107, 1957 (2003). [24] M. Abdullah, I. W. Lenggoro, K. Okuyama, and S. Taya, J. Non-Crystalline Sol. 351, 697 (2005). [25] M. Abdullah, I. W. Lenggoro, and K. Okuyama, in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (HS.Nalwa, Ed.); American Scientific Publishers,


vol.8, 731 (2004). [26] M. Abdullah, ITSF Seminar on Science and Technology Jakarta, February 7, 2007 [27] M. Abdullah, Khairurrijal, A. Waris, W. Sutrisno, I. Nurhasanah, and A. S. Vioktalamo, Powder Technol. 183, 297 (2008). [28] M. Abdullah, Khairurrijal, F. Iskandar and K. Okuyama, in Nanocrystalline Materials: Their Synthesis-Structure-Property Relationships and Applications (S.C. Tjong Ed.), Elsevier, 275 (2006). [29] M. Abdullah, Media Fisika 2, 39 (2003). [30] M. Abdullah, Prosiding Simposium Mahasiswa Fisika Nasional ITS-Surabaya (2005). [31] M. Abdullah, REAKTOR 7, 47 (2003). [32] M. Abdullah, S. Shibamoto, and K. Okuyama, Opt. Mater. 26, 95 (2004). [33] M. Abdullah, T. Morimoto, and K. Okuyama, Adv. Func. Mater. 13, 800 (2003). [34] Mikrajuddin, F. Iskandar, K. Okuyama, and F.G. Shi, J. Appl. Phys. 89, 6431 (2001). [35] Mikrajuddin, F. Iskandar, and K. Okuyama, Adv. Mater. 14, 930 (2002). [36] Mikrajuddin, F. Iskandar, and K. Okuyama, Int. Symp. Nanoparticles: Aerosols and Materials, Pusan, Korea, July 5-6 (2001). [37] Mikrajuddin, F.G. Shi, and K. Okuyama, J. Electrochem. Soc. 147, 3157 (2000). [38] Mikrajuddin, Ferry Iskandar, and Khairuddin, INTEGRAL 8, 19 (2003). [39] Mikrajuddin, Ferry Iskandar, and Kikou Okuyama, 2nd Kentingan Physics Forum, UNS, Surakarta, July 28 (2003). [40] Mikrajuddin, I. W. Lenggoro, K. Okuyama, and F.G. Shi, J. Electrochem. Soc. 149, H107 (2002). [41] Mikrajuddin, J. Matematika & Sains 8, 1 (2003). [42] Mikrajuddin, Proc. ITB Sains & Teknologi 35A, 71 (2003). [43] L. Marlina, M. Abdullah, Khairurrijal, W. Budiawan, and I. Sriyanti, 2007 Conference on Solid State Ionics (Serpong, 1-3 August 2007). [44] L. Marlina, M. Abdullah, dan Khairurrijal, The 3rd National Seminar on Chemistry and Chemical Education, Bandung April 11, 2007 [45] I. Nurhasanah, Khairurrijal, M. Abdullah, M. Budiman, and Sukirno, Int. Conf. Mathematics and Natural Sciences (Bandung 29-30 November 2006) pp. 988-990 [46] I. Nurhasanah, Khairurrijal, M. Abdullah, M. Budiman, and Sukirno, 2007 Conference on Solid State Ionics (Serpong, 1-3 August 2007). [47] I. Nurhasanah, M. Abdullah, and Khairurrijal, Int. Conf. Neutron and X-Ray Scattering (Bandung, 2931 July 2007). [48] K. Okuyama, I. W. Lenggoro, and M. Abdullah, 2004 International Conference for Particle Technology (Partech2004), Nuremberg, Germany, March 17 (2004). [49] K. Okuyama, I. W. Lenggoro, and M. Abdullah, 2nd Asian Particle Technology Symposium, Penang, Malaysia, December 17-19 (2003).

57

[50] Okuyama, K., M. Abdullah, F. Iskandar, and I. W. Lenggoro, Adv. Powder Technol. 17, 587 (2006) [51] I. Sriyanti, M. Abdullah, Khairurrijal, and L. Marlina, 2007 Conference on Solid State Ionics (Serpong, 1-3 August 2007). [52] I. Sriyanti, M. Abdullah, dan Khairurrijal, 3rd National Seminar on Chemistry and Chemical Education, Bandung April 11, 2007 [53] A.S. Vioktalamo, M. Abdullah, W. Budiawan, and Khairurrijal, 1st Int.l Conf. Advanced Materials and Practical Nanotechnology Serpong-Banten (2006). [54] A.S. Vioktalamo, M. Abdullah, dan S.Z. Bisri, Pros. Seminar Nasional Kimia Fisik dan Anorganik (2006). [55] M. Abdullah, Khairurrijal, A. R. Marully, Liherlinah, dan M. Sanny, J. Nano Saintek. 1, 1 (2008). [56] M. Abdullah dan Khairurrijal, J. Nano Saintek. 1, 12 (2008). [57] Liherlinah, M. Sanny, A. R. Marully, M. Abdullah dan Khairurrijal, J. Nano Saintek. 1, 23 (2008). [58] M. Abdullah, Khairurrijal, I. Nurhasanah, I. Sriyanti, dan A. R. Marully, J. Nano Saintek. In press

Review : Sintesis Nanomaterial

Recommend Documents