208 Harmiah / Karakterisasi Struktur Mikro Komposit Geopolimer-Nano Perak

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015

ISSN : 0853-0823

Karakterisasi Struktur Mikro Komposit Geopolimer-Nano Perak

Harmiah*, Eli Melia, Subaer Jurusan Fisika-FMIPA Universitas Negeri Makassar

Jl. Daeng Tata Raya, Makassar 90223

*email: harmiahp94@yahoo.com

Abstrak – Telah dilakukan penelitian dengan tujuan menyelidiki struktur mikro dan komposisi kimia komposit

geopolimer nano perak. Penelitian ini menggunakan nano perak sebagai agregat dan metalempung sebagai bahan

matriks geopolimer. Penelitian ini melalui empat tahap yaitu ekstraksi nano perak, sintesis geopolimer, uji mekanik dan

karakterisasi sampel dengan variasi massa nano perak yang berbeda yakni 0.2 g, 0.5 g, 0.6 g, dan 0.7 g. Tingkat

kekristalan dan kuantitas fasa komposit geopolimer diuji dengan Rigaku MiniFlexII X-Ray Diffraction (XRD) dan

Struktur mikro diuji dengan Tescan Vega3SB Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil pengukuran dengan XRD

memperlihatkan geopolimer tidak mengalami perubahan fase akibat penambahan Ag. Penambahan nano perak

berpengaruh terhadap kualitas morfologi permukaan komposit-geopolimer. Hasil pengukuran kuat lentur

memperlihatkan semakin besar konsentrasi nano perak didalam matriks, semakin kecil kuat lentur komposit yang

dihasilkan.

Kata kunci: nano perak, komposit geopolimer, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD).

Abstract – It has been studied in this research Ag nanoparticle microstructure and chemical composition of geopolimer

composite. Ag nanoparticle has been used as an aggregate and metakaolin as a new material in geopolimer matrix. The

research was conducted following four steps: Ag extraction, geopolymer synthesis, mechanical test and microstructure

examination by varying Ag nanoparticles 0.2 g, 0.5g, 0.6 g, and 0.7 g. The crystallinity and composite phase were

characterized using X-Ray diffraction (XRD), while the composite microstructure was characterized by Tescan Vega3SB

scanning electron microscopy (SEM). The XRD results show that the addition of Ag nanoparticles did not impact the

composite phase, but it impact the quality of the composite microstructure morphology. On the other side, the bigger Ag

nanoparticles concentration in the composite will decrease the composite’s flexural strength.

Keywords: Ag nanoparticles, geopolymer composites, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD).

I. PENDAHULUAN

Komposit merupakan kombinasi dari dua material

atau lebih. Dalam komposit terdapat bahan yang disebut

sebagai matriks dan bahan penguat. Bahan matriks

umumnya dapat berupa logam, polimer, keramik, dan

karbon. Matriks dalam komposit berfungsi untuk

mendistribusikan beban kedalam seluruh material

penguat komposit [1]. Selain pemilihan matriks, hal

yang penting juga yaitu penguat dari matriks. Salah

satu bahan penguat yaitu perak yang merupakan logam

mulia yang banyak diaplikasikan dalam pembuatan

koin, perhiasan, peralatan meja, fotografi, dan sebagai

disinfectant dalam dunia medis [2]. Nanopartikel perak

memiliki sifat fisik, kimia dan sifat biologis yang khas,

dan berperan sebagai antibakteri [3].

Penelitian ini akan memanfaatkan nanopartikel perak

sebagai agregat pada geopolimer, Penambahan nano

perak dilakukan untuk melihat pengaruhnya tehadap

komposit geopolimer. Pembentukan nanopartikel perak

dengan metode presipitasi menggunakan daun ketapang.

Daun ketapang dapat menyerap bahan kimia dan pada

penelitian ini digunakan untuk mengikat nitrat dari

bahan dasar AgNO3. Pada penelitian sebelumnya

penggunaan perak sendiri merupakan salah satu inovasi

baru dalam penyediaan air bersih [2].

Berdasarkan latar belakang tersebut maka peneliti

melakukan sebuah penelitian dengan tema

“Karakterisasi Struktur Mikro Komposit

Geopolimer-Nano Perak” untuk pengembangan

teknologi komposit sebagai penangkap bakteri yang

efektif dan hemat biaya.

II. LANDASAN TEORI (JIKA DIPERLUKAN)

A. Geopolimer

Geopolimer pertama kali diperkenalkan oleh

Davidovits J. diawal tahun 1980-an, geopolimer dapat

didefinisikan sebagai material yang dihasilkan dari

geosintesis aluminasilikat polimerik dan alkali-silikat

yang menghasilkan kerangka polimer SiO4 dan AlO4

yang terikat secara tetrahedral [4]. Dari segi komposisi

kimia dan proses pembentukan, geopolimer dapat

dipandang ekivalen dengan zeolit sintetik sekalipun

geopolimer bersifat amorf. Pada tahun 1988 Davidovits

mengusulkan bahwa geopolimer diperoleh dari disolusi

dan polikondensasi polimerik mineral aluminasilikat

dan larutan alkali tinggi [5].

B. Nano Perak

Ekstraksi nanopartikel dari berbagai bahan dapat

dibuat dengan beberapa metode yaitu dengan

menggunakan prekursor dari cairan, padat atau gas [6].

Nano perak merupakan salah satu produk berbasis

nanoteknologi yang berfungsi sebagai antibakteri dan

telah digunakan dalam berbagai bidang salah satunya

digunakan dalam pengobatan [7,8, 9]. Nanopartikel

biasanya berada dalam rentang 1-100 nanometer [10].

Harmiah / Karakterisasi Struktur Mikro Komposit Geopolimer-Nano Perak 209

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015

ISSN : 0853-0823

Ukuran nanokristal dituntukan dengan menggunakan

data XRD. Pelebaran puncak-puncak XRD mereflesikan

ukuran kristalin. Ukuran kristalin nano perak ditentukan

dengan menggunakan persamaan scherrer [11]:

(1)

dimana :

D = ukuran kristal (Å)

K = faktor bentuk dari kristal (0,9)

λ = panjang gelombang dari sinar-X (1,54056 Å)

β = nilai dari (FWHM) (rad)

θ = sudut difraksi (derajat)

C. Kuat Lentur

Kuat lentur adalah hasil bagi momen lentur terbesar

dan momen perlawanan yang terjadi pada beban

maksimum (beban patahnya benda uji). Kuat lentur

dapat dihitung dengan persamaan:

(2)

dimana:

Fl = kekuatan lentur (Mpa)

p = gaya maksimum (N)

l = panjang span (cm)

b = lebar sampel (cm)

d = tebal sampel (cm)

Pengujian kuat lentur dilakukan untuk mengetahui

sifat mekanik dari sampel komposit geopolimer [4].

III. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN

Sampel disintesis melalui beberapa tahap yakni tahap

ekstraksi nano perak, dan tahap sintesis komposit

geopolimer nano perak.

A. Ekstraksi nano perak

Ekstraksi Nanoperak dilakukan dengan metode

presipitasi menggunakan larutan daun ketapang. Daun

ketapang dihaluskan, kemudian dicampurkan 150 ml

aquades dan dibiarkan sampai terjadi perubahan warna

pada larutan. Larutan dicampurkan dengan serbuk

AgNO3, diaduk selama 15 menit, kemudian disaring

dan dipanaskan pada suhu 200oC hingga kering. Setelah

itu dilakukan karakterisasi dengan menggunakan X-Ray

Diffraction (XRD) untuk mengetahui tingkat kemurnian

perak yang diperoleh.

B. Sintesis Komposit geopolimer

Untuk proses sintesis komposit geopolimer dilakukan

dengan metode aktivasi alkali dengan campuran NaOH,

sodium silika (Na2O3SiO2) dan H2O. Larutan alkali

kemudian ditambahkan ke campuran metalempung 60

g dengan variasi nano perak 0.2 g, 0.5 g, 0.6 g, dan 0.7

g sedikit demi sedikit hingga homogen, kemudian

dicetak dan di curring selama 1 jam pada temperatur

70oC. Setelah itu sampel diuji lentur dan dikarakterisasi

struktur mikronya.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan

diperoleh hasil uji lentur dan analisis struktur mikro

dengan menggunakan teknik X-Ray Difraction (XRD),

Scanning Electron Microscopy (SEM).

A. Ekstraksi nano perak

Proses ekstraksi dilakukan dengan penambahan

larutan daun ketapang (Terminalia Catappa) yang dapat

menurunkan pH air, dan menyerap bahan kimia untuk

memperoleh nano perak dengan tingkat kemurnian yang

cukup tinggi dari bahan dasar AgNO3.

Gambar 1 memperlihatkan hasil analisis XRD setelah

ekstraksi. Difragtogram pada Gambar 1 menunjukkan

fase perak dengan tingkat kemurnian yang cukup tinggi

dan dengan ukuran kristal sebesar 51,33 nm. Nilai ini

diperoleh dengan menggunakan persamaan scherrer.

Gambar 1. Difragtogram XRD Ag hasil presipikasi.

B. Uji lentur komposit

Tabel 1 menunjukkan hasil perhitungan massa jenis

sampel dan hasil uji lentur sampel komposit.

Penambahan nano perak mempengaruhi kuat lentur

komposit geopolimer, semakin besar konsentrasi nano

perak dalam matriks maka semakin kecil gaya lentur

yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena penambahan

nano perak yang berlebihan, sehingga matriks tidak

mampu mengikat agregat nano perak dengan baik.

Tabel 1. Data massa jenis sampel dan kuat lentur komposit

geopolimer.

No Nama Sampel Massa jenis

(g/cm3) Fl (MPa)

1 Ag-1 2,29 2,24

2 Ag-2 2,01 2,08 3 Ag-3 2,24 0,16

4 Ag-4 2,21 0,14

C. Karakterisasi struktur mikro komposit

Karakterisasi struktur mikro komposit geopolimer

dilakukan dengan menggunakan dua teknik analisis,

yaitu analisis X-Ray Diffraktion (XRD) dan Scanning

Elektron Microscopy (SEM).

1. Hasil karakterisasi XRD

Teknik analisi dengan XRD bertujuan untuk melihat

tingkat kekristalan dan kuantitas fase komposit

geopolimer nano perak.

210 Harmiah / Karakterisasi Struktur Mikro Komposit Geopolimer-Nano Perak

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015

ISSN : 0853-0823

Gambar 2 memperlihatkan difraktogram sampel

komposit yang telah disintesis tidak mengalami

perubahan fase yang terbentuk pada penambahan nano

perak yang bervariasi. Namun, dari keempat sampel

tersebut memperlihatkan intensitas yang berbeda.

Seperti yang terlihat pada rentang sudut antara 26-27

derajat. Hal ini disebabkan penambahan nano perak

yang bervariasi.

Difraktogram menunjukkan fase quartz yang paling

tinggi daripada fase yang lain. Hal ini dikarenakan

bahan yang digunakan yaitu bahan yang mengandung

fase quartz yang tinggi. pada penambahan nano perak

sampai 0,7 gram sudah memperlihatkan dominasi dari

nano perak dibandingkan sampel yang lain.

Gambar 2. Difragtogram XRD komposit geopolimer dengan

variasi massa Nano Ag

2. Hasil karakterisasi SEM

Struktur mikro komposit geopolimer dikarakterisasi

menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM).

Hasil karakterisasi menunjukkan perbedaan morfologi

dari keempat sampel. Citra SEM pada Gambar 3

memperlihatkan marfologi sampel dan distribusi nano

perak pada matriks geopolimer. Unsur nano perak

dengan pola yang tidak beraturan tersebar secara acak

dipermukaan sampel.

Citra SEM permukaan sampel terlihat kasar dan

tampak adanya retakan. Hal ini disebabkan karena

matriks tidak dapat mengikat nano perak dengan baik.

Dari citra SEM juga dapat dilihat ukuran butir dari

sampel yaitu kurang dari 2 µm. Dengan menggunakan

fasilitas EDS maka diperoleh komposisi oksida (wt%)

yang ditunjukkan pada Tabel 2. Dari Tabel 2

memperlihatkan oksida silikon yang paling tinggi. Hal

ini disebabkan karena matriks yang digunakan yaitu

lempung yang memiliki kandungan silika yang tinggi.

Gambar 3. Citra SEM Komposit Geopolimer keempat sampel

(a) Ag-1, (b) Ag-2, (c) Ag-3, dan (d) Ag-4.

b

a

c

d

Harmiah / Karakterisasi Struktur Mikro Komposit Geopolimer-Nano Perak 211

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015

ISSN : 0853-0823

Tabel 2. Komposisi oksida (wt%) keempat sampel.

Elemen Oksida

Jenis Sampel

Ag-1

(wt %)

Ag-2

(wt %)

Ag-3

(wt %)

Ag-4

(wt %)

Oksida Oksida Oksida Oksida

SiO2 49,24 47,95 48,78 44,30

AL2O3 26,44 26,04 26,38 24,90

Na2O 13,18 14,90 13,12 20,31

MgO 0,96 1,11 0,90 1,02

TiO2 1,18 1,14 1,15 0,96

K2O - 0,59 0,55 0,58

Silver 0,53 0,53 0,55 0,89

FeO 8,48 7,73 8,58 7,04

V. KESIMPULAN

Berdasarkan data yang diperoleh dari penelitian ini

dapat disimpulkan bahwa komposit geopolimer dengan

bahan adisi nano perak berhasil disintesis dan kuat

lentur komposit yang dihasilkan sangat bergantung pada

massa nanoperak yang digunakan.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kami ucapkan kepada semua pihak

yang telah memberikan motivasi dan dukungan

sehingga kami dapat melakukan penelitian dan

menyelesaikan artikel ini terutama kepada kepala

laboratorium Universitas Negeri Makassar yang telah

memfasilitasi dalam pembuatan sampel sampai proses

pengujian.

PUSTAKA [1] Sudarsono, Kajian Sifat Mekanik Material Komposit

Propeler Kincir Angin Standard Naca 4415 Modifikasi,

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi

(SNAST) Periode III, Yogyakarta, 3 November 2012,

pp. 379-387.

[2] A. Nugroho, A. H. Sutomo, S. Iravati, Sarto, dan Y. R.

Wijaya, Studi Metode Penambahan Perak Nitrat Pada

Saringan Keramik Terhadap Escherichia Coli Pada Air

Minum, Jurnal Kesehatan Masyarakat, vol. 10, no. 2,

2015, 232-238.

[3] A. Haryono dan S. B. Harmami, Aplikasi Nanopartikel

Perak Pada Serat Katun Sebagai Produk Jadi Tekstil

Anti Mikroba, Jurnal Kimia Indonesia, vol. 5, no. 1,

2010, pp. 1-6.

[4] N. Anriani, Studi Tentang Mekanik Geopolimer Sebagai

Bahan Plastis Tripleks, Skripsi S1, Universitas Negeri

Makassar, Makassar 2012.

[5] Subaer, Pengantar Fisika Geopolimer, Makassar:

program penulisan buku teks perguruan tinggi,

Direktorak Jenderal Pendidikan Tinggi, 2012.

[6] K. Vahabi, G. A. Mansoori, and S. Karimi, Biosynthesis

of Silver Nanoparticles by Fungus Insciences Journal,

vol. 1, no. 1, 2011, pp. 65-79.

[7] S. Prabhu and E. K. Poulose, Silver nanoparticles:

mechanism of antimicrobial action, synthesis, medical

applications, and toxicity effects, International Nano

Letters, vol. 2, no. 1, 2012 pp. 1-10.

[8] G. Lei, Synthesis of Nano-Silver Colloids and Their

Anti-Microbial Effects, master of Science, dissertation

Blacksburg, Virginia,2007.

[9] C. Panzaru, M. Danciu1, C. Ciobanu and M. S.

Mihailovici, Antibacterial activities of PHU - AgNO3

nanocomposite, International Conference on Safe

production and use of nanomaterials, vol.170, no. 1,

2009, pp. 1-4.

[10] P. Shivakrishna, M. R. P. GKrishna and M. A. S.

Charya, Synthesis of Silver Nano Particles from Marine

Bacteria Pseudomonas aerogenosa, International peer-

reviewed journal Octa. J. Biosci, vol. 1, no. 2, 2013, pp.

108-114.

[11] I. Sriyanti1 dan M. Abdullah, Sintesis Nanopartikel Nd-

CeO2 Menggunakan Metode Simple Heating untuk

Aplikasi Solid Oxide Fuel (SOFCs), Jurnal Natur

Indonesia, vol. 12, no. 1, 2009, pp.82-86.