Seminar Proposal Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

Rabu, 11 Juli 2012

Wahyu Dharmawan2708 100 043

Pembimbing :Diah Susanti, ST, MT, Ph.D

Company Logo

Pendahuluan1

Metodologi

Harga sensor WO3 dipasaransangat mahal

Carbon MonoksidaBerbahaya Bagi Kesehatan Manusia

Gas Carbon Monoksida polutan besar di lingkungan

Company Logo

Company Logo

Permasalahan

Bagaimana pengaruh suhu operasi dan konsentrasi gas CO terhadap sensitivitas sensor gas CO dari material WO3 yang disintesa dengan metode sol gel dan kalsinasi

Company Logo

Batasan

Precursor= WCl6

Metode = Sol Gel

Gas uji = Gas CO

Temperatur, tekanan,

waktukalsinasi dankelembaban= Konstan

Company Logo

Mendesainsensor gas beracun CO

dari material WO3 hasil proses sol-gel

Menganalisa sensitivitas sensorterhadap temperatur kerja sensordan konsentrasi gas CO

Tujuan Penelitian

Pengembangan produk inovasi material WO3 sebagai sensor gas beracun CO2 yang murah dan mudah dalam proses pembuatannya

Memberikan konstribusi nyata terhadap kesehatan dan keselamatan kerja dalam lingkungan kerja

Company Logo

BAB II

Nanopartikel Tungsten Trioksida adalah senyawa kimia yang mengandung oksigen dan logam transisi tungsten, tungsten trioksida memiliki sifat fisik seperti berbentuk serbuk, pada pemanasan berwarna oranye gelap, kembali menjadi kuning pada pendinginan, memiliki kerapatan 7,2 g/cm­3, temperatur melting pada 1427 oC, tidak larut dalam air, sedikit larut dalam asam (Lassner, 1999.).

Karena kelebihan elektronik propertiesnya, tungsten trioksida dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti elektrocrhomic, photochromic, photocatalyst, dan sensor gas.

Kemampuan sensor WO3 sangat tergantung pada metoda persiapan dan kondisi pada pertumbuhan filmnya.

Company Logo

Teknik sol-gel adalah salah satu cara yang sederhana dan mudah dalam pembuatan nanopartikel. Kegunaan metode ini memungkinkan kita untuk merancang materi yang diinginkan pada temperatur rendah, sebagai alternatif untuk metode konvensional untuk manufaktur kaca dan produk lainnya (Sakka, 1980.).

Keuntungan menggunakan metoda Sol Gel 1. Homogenitasnya lebih baik, Temperatur rendah,

Kemurnian lebih baik, Hemat energi2. Pencemaran rendah, Menghindari reaksi dengan

lingkungan dan kemurnian tinggi. 3. biaya produksi yang rendah, temperatur

prekursor yang relatif rendah, dan bisa dilakukan untuk produksi massal.

Kerugian menggunakan metoda Sol Gel 1. Waktu proses cukup lama

Company Logo

Proses kalsinasi adalah proses perlakuan panas yang diterapkan pada sebuah bahan yang bertujuan untuk dekomposisi termal, transisi fasa, dan penghapusan fraksi volatile, serta berfungsi untuk mengeliminasi senyawa yang berikatan secara kimia (Husni, 2010).

Proses kalsinasi terjadi pada temperatur di bawah titik lebur bahan untuk menghilangkan kandungan bahan yang dapat menguap

Company Logo

T oC

t (sekon)

t (holding) = 1 jam

Stefauns Haryo ( 2011 )Sol –Gel diikuti Klasinasi, mensintesa WO3 dari prekursor WCl6 dan juga mendapatkan bahwa struktur kristal WO3pada temperatur. 300-400oC adalah hexagonal, pada temperatur 500-600oC struktur kristalnya monoclinic

Lucky ( 2011 )Luas permukaan aktif dari sampel WO3 semakin kecildengan kenaikan temperatur kalsinasi.

A. A Gede Pradnyana Diputra ( 2012 )Sensitivitas WO3 bergantung pada luas permukaan aktif, struktur permukaan, ukuran butir dan kemampuan adsorbs material. Pada temperatur kalsinasi 500oC sampelmemiliki daya serap yang baik

Company Logo

Gas karbon monoksida (CO) dapat mengganggukesehatan manusia. Dampak dari CO bervariasitergantung dari status kesehatan seseorang, antara lain dapat memperparah kelompok penderita gangguanjantung dan paru – paru, kelahiran prematur dan beratbadan bayi dibawah normal, hingga menyebabkankematian

Efek paparan gas CO terhadap kesehatan manusia

Company Logo

Company Logo

Company Logo

Reaksi Umum :Oksidasi:

1/2 O2g + e- Oad-

Reduksi:CO + Oad- CO2

g + e-

Company Logo

Sensitivitas terhadap gas dapat dirumuskan sebagai berikut :S = ( Rg – Ro ) / Ro Dimana S adalah besarnya sensitivitas, Sedangkan Rg dan Ro adalah tahanan listrik sesudah dan sebelum terpapar oleh gas ( Guangzhong, 2006 )

BAB III

Company Logo

Flow Chart sintesa WO3

Company Logo

A

Spin coating pada substrat alumina (2000rpm x 2min)

Kalsinasi 500°C x 1 jam

SEMMorfologi

XRDIdentifikasi Fasa

BETLuas Permukaan

Tes kesensitivitisan

Analisa data &

Pembahasan

Kesimpulan

End

Company Logo

Flow chart Pengujian Sensitivitas Sensor

Start

Temperatur sensor diatur pada 300C

Resistensi udara diukur (Ro)

Gas CO dialirkan ke dalam chamber dengan konsentrasi 16.67 ppm, 28.09 ppm, 56.18 ppm, 112.36 ppm, dan 280.9 ppm

Resistensi udara setelah dialiri gas CO (Rg) dihitung tiap konsentrasi gas CO

Percobaan diulang pada temperatur 500C dengan konsentrasi gas CO 16.67 ppm, 28.09 ppm, 56.18 ppm, 112.36 ppm, dan 280.9 ppm

Analisa data & pembahasan

Kesimpulan

End

Percobaan diulang pada temperatur 1000C dengan konsentrasi gas CO 16.67 ppm, 28.09 ppm, 56.18 ppm, 112.36 ppm, dan 280.9 ppm

Company Logo

ALAT

•Neraca Analitik•Beaker glass•Tabung ukur•Pipet•Plastic spatula•Hot Plate and Magnetic stirrer•Centrifuge•Centrifuge tube•Micro Pippet•Crucible•Furnace•Potensiostat•Spin Coater•Chamber•MFC ( Mass Flow Controler )•Alat pemanas

BAH

AN

•NH4OH•Al2O3

•Surfactant (Triton X-100)

•Aquades•AgNO3

•Ethanol murni dalambentuk cair ( C2H5OH )

•Tungsten hexachloride(WCl6)

Company Logo

Pengujian

SEM

Sensitivity

test

BET

XRD

Company Logo

Substrat Al2O3

WO3 thin film hasil spin coating

penjepitbuayaCu Wire

Company Logo

ANALISA DATA & PEMBAHASAN

Company Logo

UJI SEM

Perbesaran 5000X Perbesaran 30000x

Company Logo

20 30 40 50 60 70 80 900

500

1000

1500

2000

2500

3000

inte

nsity

2θ degree

500°C

Pola XRD pada thin film tungsten trioksida padatemperature 5000C sebelum terpapar gas CO

Temperatur λ(Ǻ) B(rad) Ө(o) Cos ө D (Ǻ)

500 1.54056 0.00106 20.945 0.9339 1389.7

Tabel Ukuran Kristal Serbuk Tungsten Trioksida

Company Logo

Feature (WO3) 500 0C

BETsurface area m2/g 7,657

Gambar BET Analysis

Luasan permukaan aktifpada sampel uji

No Temperaturoperasisensor

Konsentrasi (PPM)

R0 Rg S=(Rg-Ro)/ Ro

1 300C

16.67

1.02

1.07 0.0528.09 1.15 0,1256.18 1.29 0,27112.36 1.42 0.39280.9 1.60 0.58

2 500C

16.67

1.06

1.16 0.0928.09 1.24 0.1756.18 1.35 0.27112.36 1.39 0.31280.9 1.44 0.35

3 1000C

16.67

1.86

1.61 0.1328.09 1.56 0.1656.18 1.45 0.22112.36 1.29 0.30280.9 1.25 0.33

Tabel Hasil Penelitian

Company Logo

a

b

c

d

e

Grafik pengaruh temperatur kerja sensor terhadapsensitivitas dengan konsentrasi gas (a) 16.67 ppm, (b) 28.09 ppm, (c) 56.18 ppm, (d) 112.36 ppm, (e) 280.9 ppm

Company Logo

ab

c

Grafik pengaruh konsentrasi gas CO terhadap sensitivitas padatemperatur (a) 300C, (b) 500C, (c) 1000C

Company Logo

UJI SEM

Perbesaran 5000X Perbesaran 10000X Perbesaran 20000X

Company Logo

10 20 30 40 50 60 70 80 900

1000

2000

3000

4000

5000 10 20 30 40 50 60 70 80 900

1000

2000

3000

4000

5000

Setelah dipapar gas CO

Sebelum dipapar gas CO

UJI XRD

Temperatur λ(Ǻ) B(rad) Ө(o) Cos ө D (Ǻ)

500 1.54056 0.00106 20.9451 0.9347 1389

Ukuran Kristal Tungsten TrioksidaSetelah Terpapar gas CO

Company Logo

Company Logo

10 20 300

500

1000

1500

2000

inten

sity

2θ degree

sebelum terpapar gas CO setelah terpapar gas CO

Dari hasil uji XRD menunjukkan bahwa padatemperatur kalsinasi 500oC strukturkristalnya adalah orthorhombic

Perlakuan kalsinasi pada temperatur 5000C menghasilkan ukuran kristal yang cukupbesar yaitu sebesar 1389.7 Ǻ. Proseskalsinasi pada temperatur 5000C menghasilkan surface area yang relatif cukupkecil yaitu 7,657 m2/g. Didapatkansensitivitas maksimum pada temperaturoperasi 5000C dan konsentrasi gas CO 280,9 ppm yakni sebesar 0,57.

Company Logo

Saran Menambahkan doping pada proses sol – gel

sehingga nilai dari sensitivitas akanmeningkat

Menambahkan binder ( pengikat ) pada cairanyang digunakan sehingga thin film tidak akanmudah terkelupas.

Pencucian laurtan saat sintesa dapatmenggunakan proses centrifuge mesin untukmenghemat waktu.

Pengujian XRD dan SEM dilakukan setelahpengujian sensitivitas pada tiap konsentrasigas CO

Company Logo

TERIMA KASIH

(a) reaksi pembentukan pekursor (b) hydrolysa, (c) kondensasi pada proses pembentukan sol WO3 & (d) reaksi polimerisasi saat gelasi WO3

Cara terbentuknya gambar pada SEM dibuat berdasarkan deteksi elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.

Company Logo

Prinsip kerja XRD secara umum adalah sebagaiberikut : XRD terdiri dari tiga bagian utama, yaitutabung sinar-X, tempat objek yang diteliti, dandetektor sinar X. Sinar X dihasilkan di tabung sinar X yang berisi katoda memanaskan filamen, sehinggamenghasilkan elektron. Perbedaan teganganmenyebabkan percepatan elektron akan menembakiobjek. Ketika elektron mempunyai tingkat energiyang tinggi dan menabrak elektron dalam objeksehingga dihasilkan pancaran sinar X. Objek dandetektor berputar untuk menangkap dan merekamintensitas refleksi sinar X. Detektor merekam danmemproses sinyal sinar X dan mengolahnya dalambentuk grafik.

Company Logo