Ujian Tengah Semester nano.docx

download Ujian Tengah Semester nano.docx

of 47

Transcript of Ujian Tengah Semester nano.docx

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    1/47

    Ujian Tengah Semester (UTS)

    Fisika Material dan Divais Nano

    ZERO-D MENS ON!"

    N!NOSTRU#TURES$ N!NO%!RT #"ES

    E& 'U" OR!*+ ,

    %RO&R!M STUD F S !

    F! U"T!S M!TEM!T ! D!N "MU %EN&ET!.U!N !"!M

    NST TUT TE NO"O& /!NDUN&

    /!NDUN&0 *,

    1

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    2/47

    %REF!#E

    Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT oleh karena izin-Nya penulis

    dapat menyelesaikan makalah ini yang berjudul 1ZERO-D MENS ON!"

    N!NOSTRU#TURES$ N!NO%!RT #"ES2 yang mana dapat terselesaikan dengan

    baik.

    Dengan terselenggaranya makalah ini penulis juga mengucapkan terimakasih

    kepada !apak Pro". #hairurrijal selaku Dosen pengampu yang senantiasa memberikan

    ide bagi penulis sehingga mambantu atas ter$ujudnya makalah ini.

    Penulis telah berusaha semaksimal mungkin menyusun makalah dengan baik

    namun penulis juga menyadari sepenuhnya dalam penulisan makalah ini jauh dari

    kesempurnaan. %leh karena itu penulis menyambut baik kritik dan saran yang

    membangun dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini semoga makalah ini

    berman"aat menambah ilmu serta $a$asan bagi semua pembaca.

    !andung %ktober &'()

    Penulis

    2

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    3/47

    #ONTENTS

    %REF!#E333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

    #ONTENTS3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

    #.!%TER *3 NTRODU#T ON3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

    #.!%TER 3 ZERO-D MENS ON!" N!NOSTRU#TURES$

    N!NO%!RT #"ES333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

    **.( *ntroduction........................................................................................................ .()

    **.& Nanoparticles through homogeneous nukleation................................................&'

    **.&.( +undamentals o" homogeneous nucleation.............................................&'

    **.&.& Subse,uent gro$th o" nuclei...................................................................&(

    **.&.&.( ro$th controlled by di"ussion............................................... ...&

    **.&.&.& ro$th controlled by sur"ace process........................................&)

    **.&. Synthesis o" metallic nanoparticles.........................................................&/

    **.&. .( *n"luences o" reduction reagents.................................................&/

    **.&. .& *n"luences by other "actors.........................................................&0

    **.&. . *n"luences o" polymer stabilizer.................................................&1

    **.&.2 Synthesis o" semiconductor nanoparticles..............................................&1

    **.&.) Synthesis o" o3ide nanoparticles.............................................................&4

    **.&.).( *ntroduction to sol-gel procesing................................................ '

    **.&.).& +orced hydrolysis....................................................................... (

    **.&.). 5ontrolled release o" ions......................................................... .. &

    **.&./ 6apor phase reactions.............................................................................. &

    **.&.0 Solid state phase segregation.................................................................. &**. Nanoparticles through heterogeneous nucleation................................................ )

    **. .( +undamentals o" heterogeneous nucleation............................................ /

    **. .& Synthesis o" nanoparticles....................................................................... /

    **.2 #inetically con"ined synthesis o" nanoparticles.................................................. 0

    **.2.( Synthesis inside micelles or using microemulsion................................. /

    **.2.& Aerosol Syntesis...................................................................................... 0

    **.2. ro$th termination................................................................................. 1

    3

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    4/47

    **.2.2 Spray pyrolysis........................................................................................ 1

    **.2.) Template-based synthesis........................................................................ 4

    **.) 7pita3ial core-shell nanoparticles........................................................................2'

    REFEREN#ES33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

    4

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    5/47

    #.!%TER

    NTRODU#T ON

    8aterial nano merupakan material yang mempunyai ukuran dalam skala

    nanometer yaitu berkisar antara (-('' nm. !anyak pihak tertarik dengan nanomaterial

    karena dengan ukuran nano si"at material lebih menguntungkan dari pada ukuran

    besar. 9ekayasa material nanopartikel pada dasarnya adalah rekayasa pengendalian

    ukuran bentuk dan mor"ologi serta penataan material pada ukuran nanometer yang

    akan menentukan karakteristik nanopartikel hasil sintesis.

    arakteristik dari nanomaterial $

    a3 E5ek 6erm7kaan

    #arakteristik kunci dari nanomaterial yang pertama adalah jumlah atom

    permukaan yang signi"ikan. Semakin kecil ukuran benda maka permukaan atom

    penyusun benda tersebut yang terekspos dipermukaan benda akan memiliki "raksi yang

    semakin besar. 8isalkan benda berbentuk kubus dengan panjang sisi : terdiri dari

    kubus ; kubus kecil dengan panjang sisi d sebesar (< nm. Semakin kecil kubus maka

    semakin besar "raksi atom penyusun yang terekspos seperti dalam hasil hitungan tabel

    (.( diba$ah ini.

    Tabel (.( Perbandingan ukuran nanomaterial =>?

    8isalkan kita akan memotong sebuah kubus menjadi dua. #ita asumsikan Nb adalah

    jumlah ikatan kimia yang terlepas dan e adalah kekuatan ikatan kimia sedangkan p

    adalah jumlah atom per luas permukaan baru maka energi permukaan dapat dinyatakan

    sebagai berikut@

    5

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    6/47

    ika benda tersusun dari kristal dengan struktur +55 maka bisa kita hitung energi

    permukaan pada masaing ; masing bidang permukaannya. ambar diba$ah dapat

    digunakan sebagai ilustrasi hitungan tersebut.

    ambar (.( Struktur +55 =>?

    6

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    7/47

    Dari ambar (.( diatas maka dapat disimpulkan jika bidang B(((C dari +55

    merupakan permukaan yang paling stabil karena mengandung energi permukaan yang

    paling kecil. al ini menyebabkan permukaan dari bahan kristalin nanopartikel

    cenderung tersusun dari bidang B(((C seperti pada ambar (.& berupa gambar T78

    dari nanopartikel emas yang membentuk "aset dengan bidang E(((F.

    ambar (.& asil T78 nanopartikel emas =>?

    Secara umum dapat disimpulkan si"at dari nanomaterial yang berkaitan dengan atom

    permukaan adalah sebagai berikut@

    (. Nanomaterial memiliki luas permukaan yang besar serta jumlah atom dipermukaan

    yang besar.

    &. 8emiliki energi permukaan dan tegangan permukaan yang tinggi.

    . Permukaan dari partikel kristalin dengan ukuran nano cenderung membentuk "aset

    2. !idang "aset cenderung tersusun dari bidang yang paling rapat.). Permukaan bersi"at sangat reakti" dan mudah teroksidasi.

    /. Perhatian perlu diberikan ketika menyimpan logam partikel nano karena bisa terjadi

    ledakan.

    83 E5ek Uk7ran

    Dalam skala nanometer si"at baru dan "enomena unik dari bahan akan muncul.

    al ini diakibatkan karena ukuran dari nanomaterial menjadi komparabel dengan

    7

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    8/47

    banyak parameter "isis seperti ukuran gelombang kuantum mean free path ukuran

    koherensi dan domain dimensi yang kesemuanya menentukan si"at ; si"at dari material.

    Dalam ilustrasi diba$ah ini digambarkan perubahan suhu leleh dari logam emas yang

    merupakan "ungsi dari ukuran partikelnya.

    ambar (. perubahan suhu leleh dari logam emas terhadap ukuran partikelnya.

    =>?

    93 E5ek 7ant7m

    7"ek kuantum dapat dijelaskan dengan Teori #ubo yang dideskripsikan dengan

    persamaan berikut.

    #etika perbedaan energi =delta 7? lebih besar dari nilai k.T =maksimal internal energi

    dari sistem? maka akan banyak si"at yang ada pada bulk material yang hilang dan

    digantikan dengan si"at yang unik.

    8

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    9/47

    ambar (.2 :eGer energi elektron =>?

    Pita energi yang kontinyu tergantikan oleh energi leGel yang terpisah jika ukuran

    partikel mendekati radius !ohr dari elektron dalam padatan hal ini dikenal dengan e"ek kuantum. Hntuk nanomaterial energi bandgap sangat sensiti" terhadap mor"ologinya

    =ukuran bentuk de"ek? dan dari distribusi komposisinya. Diba$ah ini diilustrasikan

    perubahan si"at optikal dari emas disebabkan perubahan ukuran.

    ambar (.) Perubahan si"at optik emas dari perubahan ukuran =>?

    !lasan 6entingn:a nanomaterial $

    8emiliki kemampuan untuk memanipulasi mengontrol dan mensintesa material

    pada leGel atom dan molekul.

    8ampu menyediakan a"initas kapasitas dan selekti"itas tingkat tinggi dari suatu

    material dikarenakan si"at kimia "isika dan biologi yang unik.

    9

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    10/47

    8emiliki sur"ace area yang besar sehingga dapat meningkatkan reakti"itas kimia

    dan meningkatkan kekuatan si"at elektronik.

    Sintesis nanomaterial ; %roses 6em8ent7kan nanomaterial $

    Top do$n merupakan pembuatan struktur yang kecil dari material yang

    berukuran besar.

    !ottom up merupakan penggabungan atom-atom atau molekul-molekul menjadi

    partikel yang berukuran lebih besar.

    lasi5ikasi nanomaterial $

    Nol dimensi

    contoh @ nanopartikel =oksida logam semikonduktor "ullerenes?

    Satu dimensi

    contoh @ nanotubes nanorods nano$ires

    Dua dimensi

    contoh @ thin "ilms =multilayer monolayer sel"-assembled mesoporous?

    Tiga dimensi

    contoh @ nanokomposit nanograined mikroporous mesoporous interkalasi organi-

    anorganik hybrids.

    Si5at nanomaterial $

    (. Si"at elektrik

    Nanomaterial mempunyai energi lebih besar dari pada material ukuran biasa

    karena memiliki sur"ace area yang besar. Energy band secara bertahap berubah terhadap

    orbital molekul. :ogam ukuran besar mengikuti hukum %hm. Pada logam ukuran nano

    10

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    11/47

    harus memiliki masukan elektrostatik =menggambarkan jumlah energi elektron? 7el I

    e&

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    12/47

    ). Si"at kimia

    8erupakan "aktor yang penting untuk aplikasi kimia nanomaterial yaitu

    penambahan sur"ace area yang mana akan meningkatkan aktiGitas kimia dari material

    tersebut.

    5ontoh aplikasi @ teknologi "uel cell merupakan aplikasi yang penting dari penggunaan

    logam nanopartikel. Dimana dalam "uel cell digunakan logam Pt dan Pt-9u.

    Pada chapter berikutnya akan dibahas secara terperinci mengenai nanostruktur '

    dimensi.

    #.!%TER 3 ZERO-D MENS ON!" N!NOSTRU#TURES$N!NO%!RT #"ES

    3* ntrod79tion

    Nanoteknologi berkaitan dengan struktur yang kecil atau material berukuran

    kecilyang memiliki dimensi sekitar satu sampai ratusan nanometer. Satu

    nanometer =nm? adalah satu miliar meter atau dapat ditulis (' -4 m. ambar &.(

    menunjukan sebagian dari da"tar nanostruktur berdimensi nol.

    12

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    13/47

    ambar &.( 5ontoh dari nanostruktur atau nanomaterial '-dimensi E&F

    Satu nanometer dapat diaproksimasikan sebagai panjang yang setara dengan ('

    hidrogen atau ) atom silikon dalam posisi sejajar atau berbaris. 8aterial berukuran

    mikrometer sebagian besar menunjukkan si"at "isis yang sama dengan material

    berukuran besar atau bulk. Sedangkan material berukuran nanometer dapat

    menunjukkan si"at "isis yang berbeda dengan material bulk karena pada skala

    nanometer terjadi transisi dari ukuran atom atau melekul menjadi ukuran yang lebih

    besar seperti bulk. !eberapa contoh perubahan si"at "isis material diantaranya adalah

    jika ukuran materialnya menjadi nanometer maka mengakibatkan menurunnya titik

    leleh material berbentuk kristalJ hilangnya si"at listrik dan magnetnya material

    "erromagnetik atau "erroelektrikJ semikonduktor berbentuk bulk berubah menjadi

    isolator.

    Struktur kristal yang stabil pada suhu tinggi stabil pada suhu yang jauh lebih

    rendah pada ukuran nano "erroelectrics dan kemagnetannya ketika ketika material

    berada pada ukuran nano. Semikonduktor bulk akan menjadi isolator ketika ukurannya

    kecil =skala nanometer?. 8eskipun bulk emas tidak memiliki si"at sebagai katalis tetapi

    nanokristal emas dapat menjadi katalis yang baik pada suhu rendah.

    Pada umumnya nanoteknologi dapat dide"enisikan sebagai teknologi desain

    "abrikasi atau produksi dan penerapan struktur dan material nano. Nanoteknologi juga

    membahas pengertian mendasar dari si"at "isis dan "enomena dari nanomaterial dan

    13

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    14/47

    nanostruktur. 8empelajari kaitan dasar atara si"at "isis "enomena dan dimensi bahan

    pada skala nanometer atau disebut juga dengan nanosains. !erikut adalah teknik dalam

    produksi material berukuran nano yang dikelompokkan berdasarkan media

    penumbuhannya antara lain @

    =(?. 6apor phase gro$th = penumbuhan dengan "ase uap? termasuk reaksi laser

    untuk sintesis nanopartikel dan Atomic :ayer Deposition =A:D? untuk deposisi "ilm

    tipis.

    =&?. :i,uis phase gro$th =penumbuhan dengan "ase cair? termasuk proses

    koloid untuk "ormasi nanopartikel sel" assembly o" monolayers.

    = ?. Solid phase "ormation =penumbuhan dengan "ase padat? termasuk "ase

    segregasi untuk membuat pemisahan "ase untuk membuat partikel logam dalam matriks

    kaca atau polimerisasi dengan induksi "oton untuk memproduksi kristal "otonik tiga

    dimensi.

    =2?. ybrid gro$th =penumbuhan hibrida

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    15/47

    Nukleasi homogen adalah nukleasi yang terjadi di atas material yang sama. Dalam

    sintesis nanomaterial pendekatan !ottom-up lebih populer untuk digunakan

    contohnya sintesis nanomaterial dengan nukleasi homogen dari cairan atau uap atau

    dengan nukleasi heterogen di atas substrat. Nanopartikel dapat dinukleasi secara

    homogen dalam tiga media yaitu cair gas dan padat

    Nanomaterial dapat disintesis dengan@

    8embatasi reaksi kimia

    Nukleasi

    Proses penumbuhan di ruang yang sangat kecilseperti pada misel

    8etode sintesis nanomaterial dikategorikan menjadi dua kelompok besar yakni

    Pendekatan kesetimbangan termodinamika

    Pendekatan kinetik. =pembentukan nanopartikel diperoleh dengan baik

    membatasi jumlah precursor yang tesedia ataupun membatasi poses di dalam

    ruang terbatas?

    Pada pendekatan termodinamika proses sintesis terdiri dari

    Pembentukan supersaturasi

    Nukleasi =pembentukan a$al dari "asa termodinamika baru atau struktur baru Giasel"-assembly?

    Penumbuhan lanjut.

    Dalam sintesis nanopartikel tidak hanya ukuran yang menjadi acuan tetapi kita juga

    harus mengontrol beberapa hal seperti @

    Semua partikelnya memiliki ukuran yang identik

    !entuk dan mor"ologi yang identik

    Struktur kristal dan komposisi kimia yang identik 8onodispersed atau tidak menggumpal.

    Disini akan dibahas tentang sistesis nanopartikel penyebaran searah yang memiliki

    ukuran yang seragam.

    3 3* F7ndamentals o5 homogeneo7s n79leation (dasar-dasar n7kleasi homogen)

    #onsentrasi zat sangat jenuh =supersaturasi?

    Nukleasi terjadi secara spontan

    15

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    16/47

    Pembentukan "ase

    Nukleasi homogen terjadi secara spontan dari nukleasi homogen ini akan

    terbentuk "ase baru dimana pembentukan "ase yang baru ini terjadi ketika konsentrasi

    zat terlarut dalam pelarut melebihi kelarutan keseimbangannya.. Hntuk menghasilkan

    "ase baru juga memerlukan energi yang diakibatkan oleh tekanan uap yang lebih tinggi.

    7nergi ini disebut dengan energi bebas ibbs.

    7nergi ibbs adalah energi yang dibutuhkan untuk merubah bentuk "asa ke "asa

    lain jika energi bebas ibbs tinggi maka sulit untuk merubah "asa penurunan suhu di

    ba$ah titik trans"ormasi "ase 7nergi ini akan berkurang dengan memisahkan zat terlarut

    dari larutan agar terbentuk padatan dan larutannya maka keadaannya harus super jenuh

    =supersaturasi? jika tidak terjadi supersaturasi maka tidak akan diperoleh padatan atau

    nukleasinya. Penurunan energi bebas ibbs dari cair ke padat itu disebut proses

    nukleasi dan tumbuh. Sesuatu yang stabil memiliki energi bebas ibbs yang sangat

    kecil Perubahan energi bebas gibbs per satuan Golume G V dimana G V

    bergantung pada konsentrasi zat terlarut dapat dilihat pada persamaan =&.(? berikut@

    G V = kT

    ln( C C 0)= kT ln (1+ ) =&.(?

    Dengan

    5 I #onsentrasi zat terlarut

    5 ' I #onsentrasi setimbang larutan

    # I #onstanta !oltzmann =( 1 3 (' -& mg s - -(

    T I Temperatur =#?

    K I 6olume atom

    #etika

    5 L 5' maka G V bernilai negati" yang artinya nukleasi terjadi secara

    spontan =larutan super jenuh?

    5 I 5' maka M I ' dan G V = 0

    artinya tikan akan terjadi perubahan "asa

    dari larutan ke padat =tidak akan tumbuh nukleasi?.

    16

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    17/47

    DimanaC C 0

    = = indekssupersaturasi

    Sehingga M IC C 0

    C 0

    ika nukleasi terjadi secara spontan maka didapatkan perubahan potensial kimia

    terhadap perubahan Golume O 6 namun energi ini tidak seimbang dengan penetapan

    energi permukaan yang disertai dengan pembentukan "ase baru hal ini mengakibatkan

    peningkatan energi permukaan O s. Perubahan total energi dari potensial kimia Golume

    dan permukaan diberikan oleh pembentukan inti.

    G = V + s=&.&?

    dengan

    energi permukaan persatuanvolume

    V =43

    r 2 G V

    energi permukaan persatuan luas

    s= r2

    Dari gambar diba$ah dapat dilihat gra"ik hubungan potensial kimia Golume dan

    permukaan.

    ambar &.( ubungan potensial kimia Golume potensial kimia permukaan dan energi

    bebas

    Dari ambar &.& dapat dilihat@

    17

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    18/47

    7nergi permukaan =naik lebih cepat dibandingkan Golume karena permukaan r &

    dan Golume r

    7nergi Golume bernilai negati"

    r kritis =r >? merupakan jari-jari minimum dari suatu nuklei yang bisa terbentuk

    dari suatu nanopartikel r > diperoleh dengan penurunan suhu.

    ika r > r nuklei maka nuklei tidak ada =larut dalam larutan?

    ika r nuklei L r > maka nuklei itu stabil dan membesar

    C e merupakankonsentrasi ekstrim

    Dari gra"ik dapat dengan mudah kita lihat bah$a inti baru yang stabil terbentuk jika

    jari-jari-jarinya melebihi ukuran jari-jari kritis =r>?. Nukleus yang jari-jari lebih kecil

    dari r> akan larut ke dalam larutan hal ini bertujuan untuk mengurangi energi bebas

    secara keseluruhan sedangkan jari-jari inti yang lebih besar dari r> akan menghasilkan

    inti yang stabil dan terus tumbuh lebih besar. Pada ukuran kritis r I r> dG /dr = 0

    dengan demikian kita dapat mende"enisikan ukuran jari-jari kritis =r>? dan energi kritis

    = >? adalah

    r

    = 2 G V =&. ?

    Pembuktian Persamaan &.

    G = 43

    r 2 G V + r2

    Saar r I r >

    d Gdr

    = 0

    d G

    dr I4 r 2 G V +8 r

    ' I 4 r2 G V +8 r

    - 8 r = 4 r2 G V

    - 8 = 4 r G V

    18

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    19/47

    r I 2 G V

    r > I 2 G V

    G = 16 (3 G V )2 =&.2?

    G

    merupakan energi yang mengahalangi proses nukleasi dimana energi ini harus

    diatasi dengan segera. #emudian r> ukuran minimum dari jari-jari inti bulat yang stabil.

    Persamaan &.( menunjukkan bah$a G V dapat meningkat secara signi"ikan

    dengan meningkatkan supersaturasi =M? untuk sistem tertentu. ambar .&

    membandingkan r kritis dan energi bebas kritis dari tiga inti dengan nilai yang berbeda

    dari supersaturasinya dimana peningkatan ini sebanding dengan penurunan suhu. Suhu

    juga dapat mempengaruhi energi permukaan.

    ambar &. pengaruh temperature terhadap ukuran kritis pada tiga inti

    T( L T untuk memperoleh r > besar dibutuhkan T yang besar

    ika r maka T

    :aju nukleasi per satuan Golume dan per satuan $aktu =9 N? sebanding dengan

    =i? probabilitas P bah$a "luktuasi termodinamika energi bebas kritis =A >? =ii?

    jumlah pertumbuhan spesies per satuan Golume =n? dan =iii? "rekuensi berhasil

    melompati pertumbuhan spesies =Q? sehingga laju nukleasi dapat ditulis@

    19

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    20/47

    R N = n ={C 0 kT 3 ! 3 " exp ( G

    kT )=&.)?

    dimana @

    = exp ( G kT )dan

    = kT 3 ! 3 "

    Dengan

    I Diameter spesies tumbuh

    R I 6iskositas larutan

    n I :aju nukleasi

    P I Probabilitas nukleasi jika ( maka terjadi laju nukleasi terus menerus

    Dari persamaan =&.)? dapat ditunjukkan bah$a konsentrasi a$alnya tinggi atau

    supersaturasi Giskositas rendah dan energi hambatan kritis juga rendah sehingga

    mendukung sejumlah besar pembentukan inti.

    Hntuk mendapatkan nanopartikel yang monosize =satu ukuran< homogen? maka

    sintesis inti harus terbentuk pada $aktu yang sama dengan demikian inti akan memiliki

    keadaan yang sama sehingga akan menghasilkan ukuran yang sama pula. Dalam

    prakteknya untuk mencapai nukleasi yang tajam konsentrasi pertumbuhan spesies

    ditingkatkan spontan ke supersaturasi yang sangat tinggi dan kemudian dengan cepat

    diba$a ke ba$ah konsentrasi minimum untuk nukleasi. Distribusi ukuran nanopartikel

    dapat diubah dalam proses pertumbuhan berikutnya. Distribusi ukuran inti a$al dapat

    meningkat atau menurun bergantung pada proses kinetik pertumbuhan berikutnya.

    Pembentukan nanopartikel berukuran seragam dapat dicapai jika proses pertumbuhan

    dikendalikan dengan tepat.

    20

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    21/47

    ambar &.2 Skematik ilustrasi proses nukleasi dan penumbuhan lanjut.

    ambar &.2 menggambarkan proses nukleasi dan pertumbuhan lanjutan. #etika

    konsentrasi zat terlarut meningkat sebagai "ungsi $aktu tidak aka nada nukleasi yang

    terbentuk bahkan di atas kesetimbangan larutan. Nukleasi hanya muncul ketika

    supersaturasi mencapai suatu nilai tertentu di atas kelarutannya yang berkaitan dengan

    energi peenghalang dari pembentukan inti atom. Setelah nukleasi a$al berlangsung

    konsentrasi atau supersaturasi dari spesies yang tumbuh menurun dan mengurangi

    energi bebas ibbs. #etika konsentrasi menurun diba$ah konsentrasi spesi"ik ini maka

    tidak akan ada lagi inti atom yang terbentuk dimana penumbuhan akan diproses sampai

    konsentrasi spesies yang ditumbuhkan telah mencapai konsentrasi yang setimbang.

    3 3 S78se

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    22/47

    &. Penumbuhan yang dikontrol oleh proses permukaan

    #etika di"usi dari spesies yang ditumbuhkan dari bulk ke permukaan cukup

    cepat maka laju pertumbuhan akan dikontrol oleh proses permukaan. Ada dua

    mekanisme proses permukaan yakni penumbuhan mononuklir dan

    penumbuhan polinuklir.

    3 3 3* &ro=th 9ontrolled 8: di57ssion (6en7m87han :ang dikontrol oleh di57si)

    ambar &.) *lustrasi penumbuhan yang dikontrol di"usi

    Penumbuhan yang dikontrol oleh di"usi terjadi jika konsentrasi penumbuhan

    berkurang diba$ah konsentrasi minimum nukleasi. al ini akan menghasilkan laju pertumbuhan spesies dalam bentuk

    drdt

    = # (C C s)V mr =&./?

    Dengan

    D I #oe"isien di"usi

    5 I #onsentrasi bulk supersaturasi

    C s I #onsentrasi permukaan dari partikel padat

    V m I 6olume molar inti

    r I jari-jari inti bola

    ika persamaan di atas kita pecahkan dengan mengasumsikan ukuran a$al inti r' dan

    perubahan konsentrasi bulk diabaikan maka@

    r2 = 2 # (C C s)V m t + r 0 2 ataur 2 = k # t + r 0 2 =&.0?

    22

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    23/47

    ika dua partikel memiliki jari-jari a$al yang berbeda dan penurunan perbedaan

    jari-jari dengan meningkatnya $aktu atau penumbuhan partikel yang sangat cepat maka

    dengan mengkombinasikannya dengan persamaan =&.0? akan diperoleh bentuk@

    $r =r 0 $r 0

    r =

    r 0 $r 0 k # t +r 02 =&.1?

    persamaan di atas menunjukkan bah$a perbedaan radius menurun dengan

    meningkatnya radius nuklir dan $aktu penumbuhan terus-menerus. Penumbuhan yang

    dikontrol di"usi memberikan pembentukan ukuran partikel seragam =homogen?.

    3 3 3 &ro=th 9ontrolled 8: s7r5a9e 6ro9ess (%en7m87han :ang dikontrol oleh

    6roses 6erm7kaan)

    ambar &.) *lustrasi penumbuhan yang dikontrol permukaan =penmbahan besar nuklei

    dari penambahan luas permukaan?

    :aju pertumbuhan sebanding dengan luas permukaan

    Dalam proses permukaan terdapat dua mekanisme yaitu@

    Pertumbuhan mononuklir =pertumbuhan diproses dari lapisan ke lapisan spesies

    pertumbuhan yang dimasukkan ke dalam satu lapisan dan hasil untuk lapisan

    lain hanya setelah pertumbuhan lapisan sebelumnya selesai? Penumbuhan polinuklir

    Tingkat penumbuhan didapat dengan memecahkan persamaan luas permukaan@

    drdt

    = k m r2

    1r

    = 1r 0

    k mt

    kenaikan perbedaan jari-jari dengan kenaikan jari-jari inti@

    23

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    24/47

    $r = r 2 $r 0r 0

    2 = $r0

    (1 k mr 0 t )2 =&.('?

    Penumbuhan polinuklir terjadi ketika konsentrasi permukaan sangat tinggi

    karena proses permukaan sangat cepat maka hasil penumbuhan lapisan kedua telah

    selsai sebelum penumbuhan lapisan pertama selesai. Tingkat penumbuhan partikel

    bergantung pada ukuran dan $aktu penumbuhannya.

    drdt

    = k p =&.((?

    #arena k p hanya bergantung pada suhu maka partikel tumbuh secara linear

    dengan $aktu dan akan mendapatkan perbedaan radius relati" perbedaan radius relati" ini berbanding terbalik dengan jari-jari partikel dan $aktu pertumbuhan.

    r = k p t +r 0 =&.(&?

    dan

    $r = $r 0 =&.( ?

    Partikel dapat membesar dengan perbedaan jari-jari yang kecil jadi mekanisme

    pertumbuhan ini juga baik untuk sintesis partikel monosize.ambar &. dan &.2 menggambarkan perbedaan radius sebagai "ungsi dari

    ukuran partikel dan $aktu

    8ekanisme penumbuhan yang dibahas yaitu@

    Penumbuhan monolayer

    Penumbuhan polinuklir

    Penumbuhan yang dikontrol dengan di"usi.

    al ini jelas bah$a mekanisme pertumbuhan dikontrol oleh di"usi diperlukan untuk sintesis partikel monosized oleh nukleasi homogen. #etika inti kecil mekanisme

    pertumbuhan monolayer mungkin lebih mendominasi. Pada saat pertumbuhan

    polinuklir menjadi utama sehingga inti menjadi lebih besar. Di"usi lebih dominan untuk

    penumbuhan partikel yang relati" besar. 8ekanisme penumbuhan yang berbeda dapat

    menjadi dominan ketika kondisi penumbuhan yang menguntungkan ditetapkan. Sebagai

    contoh ketika pasokan pertumbuhan spesies sangat lambat dikarenakan reaksi kimia

    24

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    25/47

    yang lambat pertumbuhan inti kemungkinan besar akan dominan yang dikontrol oleh

    di"usi.

    ambar &.0 *lustrasi perbedaan jari-jari terhadap "ungsi jari-jari partikel

    ambar &.1 *lustrasi perbedaan jari-jari terhadap "ungsi $aktu

    Ada beberapa cara untuk mencapai keterbatasan penumbuhan di"usi@

    #etika konsentrasi pertumbuhan spesies dijaga sangat rendah jarak di"usi akan

    sangat besar dan akibatnya di"usi bisa menjadi langkah penghambat.

    8eningkatkan Giskositas larutan

    Pembentukan nanopartikel yang tersebar tersebar dalam pelarut memiliki beberapa

    keuntungan dan kemudahan yaitu@

    stabilisasi nanopartikel dari aglomerasi

    ekstraksi nanopartikel dari pelarut

    modi"ikasi permukaan dan aplikasi

    25

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    26/47

    pengolahan kontrol dan

    produksi massal.

    3 34 S:nthesis o5 metalli9 nano6arti9les (sintesis nano6artikel logam)

    Pembentukan nanopartikel logam yang homogen dilakukan dengan melakukan

    kombinasi dari zat terlarut konsentrasi rendah dengan polimer monolayer. #ombinasi

    tersebut akan menghambat di"usi pertumbuhan partikel dari sekitar larutan menuju

    permukaan pertumbuhan sehingga proses di"usi itu menjadi tahap pembatas dari

    pertumbuhan inti a$al dan menghasilkan pembentukan nanopartikel berukuran seragam

    =homogen?. *nti a$al digunakan untuk medorong atau mengontrol reaksi reduksi.

    ambar &.0 menunjukkan rangkuman singkat mengenai prekursor reagent reduksi dan

    stabilisator polimerik yang umum digunakan dalam proses produksi disperse koloid

    logam.

    !anyak metode telah dikembangkan untuk sintesis nanopartikel emas

    diantaranya reduksi sodium sitrat dari asam chlorauric pada ('' o5 yang dikembangkan

    lebih dari )' tahun yang lalu masih menjadi metoda yang paling umum digunakan.

    Proses ekeperimen sederhananya adalah sebagai berikut. Asam chlorauric dilarutkan

    dalam air untuk membuat &' ml larutan yang sangat encer sekitar &.)3(' -2 8.

    #emudian ( ml '.) sodium sitrat ditambahkan ke dalam larutan mendidih.

    Pengadukan terus dilakukan pada ('' o5 sampai berubah $arna Golume larutan harus

    dijaga tetap dengan menambahkan air. #oloid yang disiapkan akan memiliki kestabilan

    yang sempurna dan ukuran diameter partikel yang seragam yaitu sekitar &' nm. al

    tersebut menunjukkan bah$a inti a$al yang banyak terbentuk pada tahap nukleasi akan

    menghasilkan banyak nanopartikel dengan ukuran yang lebih kecil dan ukuran

    distribusi yang sempit.irai dkk menyiapkan disperse koloid dari rhodium dengan menyurutkan larutan

    rhodium klorida dan P6A dalam campuran methanol dan air bersuhu 04 o5. 9asio

    Golume methanol dengan air adala ( @ (. Penyurutan dilakukan dalam argon atau udara

    selama '.& sampai (/ jam. Dalam proses ini methanol digunakan sebagai reagent

    reduksi dan reaksi reduksinya adalah @

    R%C l3 +32

    C & 3 '&R% +32

    &C&' +3 &Cl

    26

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    27/47

    5ontoh pembuatan nanopartikel

    Pelarut I 5 % agen reduksi =reduktor?

    Prekursor I 9h5l

    9h I stabilizer atau barier di"usi

    Stabilizer diperbesar maka partikel yang terbentuk akan semakin kecil stabilizer

    diperbanyak yaitu dengan diperkental maka proses pembentukan jadi terhambat

    sehingga jari-jari =r? nanopartikelnya menjadi lebih kecil. P tinggi memicu terjadinya

    reaksi konsentrasi =5? dengan =5 L 5 ' ? larutan menjadi kecil sehingga menghasilkan

    ukuran nano yang kecil.

    P6A digunakan sebagai polimer stabilisator dan juga sebagai pembatas di"usi.

    9h nanopartikel yang diperoleh memiliki diameter rata-rata sekitar '.1 ; 2 nm. Namun

    distribusi ukuran bimodal ditemukan ukuran terbesar 2 nm dan ukuran terkecil '.1 nm.

    8eningkatkan $aktu penyurutan ternyata dapat menurunkan partikel kecil dan

    meningkatkan partikel besar yang dikaitkan dengan pematangan %st$ald.

    27

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    28/47

    ambar &.1 9angkuman mengenai prekursor reagent reduksi dan stabilisator

    3 343* n5l7en9es o5 red79tion reagents (6engar7h dari reagen red7ksi)

    Pengarug reagen reduksi adalah jika konsentrasinya tinggi maka akan

    mempercepat laju reaksi. Hkuran dan distribusi ukuran dari koloid logam sangatlah

    berbeda secara signi"ikan tergantung reagen reduksi yang digunakan dalam proses

    28

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    29/47

    sintesis. Hmumnya reaksi reduksi yang kuat akan menghasilkan laju reaksi yang cepat

    dan menghasilkan nanopartikel yang lebih kecil.

    9eagen reduksi yang lemah menyebabkan laju reaksi yang lambat dan

    menghasilkan partikel yang lebih besar. Namun laju reaksi yang kecil akan

    menghasilkan distribusi yang lebih luas atau lebih sempit. ika reaksi lambat terjadi

    pada pembentukan inti a$al atau inti sekunder distribusi luas akan terjadi. Sebaliknya

    jika tidak terbentuk inti reaksi lambat akan menghambat perkembangan pembentukan

    partikel nano akibatnya distribusi ukuran yang sempit akan terjadi.

    3 343 n5l7en9es 8: other 5a9tors (6engar7h lainn:a)

    Selain dipengaruhi oleh reagen reduksi laju reaksi reduksi dan perkembangan

    partikel dapat dipengaruhi oleh hal lainnya. 5ontohnya adalah dalam sintesis

    nanopartikel Pt menggunakan reduksi methanol cair dari &Pt5l / Du"" dkk menemukan

    bah$a konsentrasi koloid ion yang tinggi muncul dalam reaksi campuran

    monodispersitas dan bentuk partikel koloid logam mendekati bola. Peningkatan

    konsentrasi dari ion klorida akan menyebabkan laju reaksi yang lambat. Akibatnya

    perkembangan partikel nano akan lambat dan menghambat pembentukan inti Pt.

    Selanjutnya meningkatkan jumlah polimer dalam reaksi campuran akan meningkatkankebulatan dari partikel. Penurunan laju reaksi reduksi dapat dilakukan dengan

    menggunakan reaktan berkonsentrasi rendah. Sedangkan peningkatan laju reaksi

    reduksi dapat dilakukan dengan menggunakan larutan dengan p yang tinggi.

    3 3434 n5l7en9es o5 6ol:mer sta8ili>er (6engar7h 6olimer sta8ili>ator)

    Pengaruh beberapa polimer stabilisator pada proses dispersi koloid perak. 5ontoh

    polimer stabilisator yang digunakan adalah polyethyleneimine sodium polyphosphate sodium

    polyacrylate dan poly=Ginylpyrrolidone?. Walaupun polimer stabilisator dikenal untuk

    membentuk lapisan tunggal dari permukaan nanopartikel sehingga mencegah aglomerasi

    nanopartikel penggunaan polimer stabilisator tersebut dapat memiliki berbagai pengaruh

    selama pembentukan nanopartikel. *nteraksi antara permukaan partikel padat dengan polimer

    stabilisator sangat bergantung pada kimia permukaan polimer pelarut dan suhu. Penyerapan

    yang kuat dari polimet stabilisator akan menempati tempat perkembangan dan menghambat laju

    perkembangan nanopartikel.

    29

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    30/47

    Pengaruh lainnya dari polimer stabilisator adalah polimer stabilisator memiliki e"ek katalis

    dalam reaksi reduksi penggunaan stabilisator yang sama namun mengubah konsentrasi larutan

    material akan menyebabkan perbedaan bentuk nanopartikel yang dihasilkan.

    3 3+ S:nthesis o5 semi9ond79tor nano6arti9les (sintesis nano6artikelsemikond7ktor)

    Dua metode sintesis nanopartikel semikonduktor yaitu@

    nanopartikel oksida

    nanopartikel nonoksida

    Hmumnya metode sistesis nanopartikel nonoksida semikonduktor menggunakan

    prinsip pirolisis =perubahan secara kimia$i yang terjadi karena panas? dari prekursor

    =senya$a yang mendahului senya$a lain dalam jalur metabolisme? logam organik yang

    dilarutkan dalam pelarut anhidrat di suhu yang tinggi di lingkungan pengap dengan

    adanya stabilisator polimer atau material pelapis =capping?. Polimer inilah yang

    dihubungkan langsung dengan permukaan nanokristal melalui ikatan koGalen ataupun

    jenis ikatan lainnya tergantung pada unsur atau ion logam yang digunakan. +ormasi

    pembubaran tunggal partikel =monodispersed? pada nanokristal semikonduktor

    berlangsung sesuai dengan tahap-tahap berikut@

    Nucleation atau pengintian yaitu tahap a$al pada proses kristalisasi yang terjadi pada saat konsentrasi larutan meningkat dan mengalami titik jenuh

    %st$ald ripening atau pengkasaran partikel terjadi selama meningkatnya suhu

    sehingga partikel besar tumbuh menjadi partikel yang lebih kecil dengan

    distribusi ukuran yang semakin kecil

    size selectiGe precipitation atau keseragaman ukuran partikel dilakukan dengan

    pengendapan pada ukuran tertentu

    !erikut ini eksperimen sistesis nanopartikel nonoksida semikonduktor denganmenggunakan senya$a 5d7 =7IS-Sul"ur SeISelenium TeITelurida?. Sumber 5d

    berasal dari larutan Dimethylcadmium =8e &5d? dan bis=trimethylsily(? sul"ida

    ==T8S?&S? trioctylphosphine selenide =T%PSe? serta telluride trioctylphosphine

    =T%PTe? digunakan sebagai senya$a prekursor. 5ampuran dari tri-n- octylphosphine

    =T%P? dan tri-noctylphosphine oksida =T%P%? digunakan sebagai pelarut

    pengkoordinasi dan material pelapis sedangkan untuk pelarut anhidratnya menggunakan

    metanol.

    30

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    31/47

    3 3, S:nthesis o5 o?ide nano6arti9les (sintesis nano6artikel oksida)

    Sintesis atau pembentukan nanopartikel oksida lebih sulit untuk dimanipulasi

    karena oksida umumnya lebih stabil secara termal dan kimia daripada kebanyakan

    semikonduktor dan logam. Seperti %st$ald ripening diterapkan dalam sintesis oksida

    nanopartikel untuk mengurangi distribusi ukuranJ hasilnya kurang e"ekti" dibandingkan

    bahan lainnya. Uang populer dipelajari dari berbagai contoh oksida koloid adalah silika

    koloid. Hmumnya partikel oksida dalam dispersi koloid disintesis oleh pengolahan sol-

    gel. Pengolahan sol-gel juga biasa digunakan dalam pembuatan berbagai struktur nano

    core-shell dan teknik permukaan.

    3 3,3* ntrod79tion to sol-gel 6ro9esing (6engantar 6roses sol-gel)

    Sol @ dispersi koloid

    el @ matriks dimensi yang dilingkupi "ase cair

    Adapun tahap-tahap metode sol-gel adalah@

    idrolisis =pemecahan yang dibantu oleh air memecah ikatan?

    #ondensasi =menguap?

    elasi =pembentukan gel?

    Aging =penuaan?

    Drying =pengeringan ; menjadi kristal?

    Dan kemudian menjadi kristal

    Pengolahan sol-gel sangat berguna dalam membuat oksida logam kompleks

    suhu sensiti" hybrid material organik-anorganik dan material termodinamika yang tidak

    menguntungkan atau metastabil. Pengolahan sol-gel biasanya terdiri dari hidrolisis dan

    kondensasi dari prekursor. Prekursor dapat juga alkoksida dengan logam atau garam-

    garam anorganik dan organik. %rganik atau pelarut cair dapat digunakan untuk

    melarutkan prekursor dan sering ditambahkan katalis untuk mendorong reaksi hidrolisis

    dan kondensasi.

    5ara untuk memastikan hetero-kondensasi dan mencapai campuran homogen dari

    beberapa komponen pada tingkat molekul

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    32/47

    lebih kompleks akan menghasilkan prekursor kurang reakti". Prekursor kurang

    reakti" lebih dulu dihidrolisis sebagian dan prekursor lebih reakti" dihidrolisis

    kemudian. Sebagai contoh Si =%5 & ) ? 2 kurang reakti" daripada Si=%5 ?2.

    8engubah keadaan koordinasi kimia alkoksida dengan chelating sebuah bahan

    seperti asetilaseton.

    Pada kasus yang ekstrim salah satu prekursor dapat sepenuhnya dihidrolisis lebih

    dulu dan menghabiskan air jika prekursor yang dihidrolisis memiliki kondensasi

    yang nilainya sangat rendah maka prekursor kedua dimasukkan dan dipaksa untuk

    kondensasi dengan prekursor yang dihidrolisis oleh reaksi@

    ( ) ( ) HOEt OH M O H OEt M 22 2&2 ++

    ambar &.4 7lectronegatiGity V partial charge 8 radius ionik =r? bilangan

    koordinasi = n ? dari beberapa logam tetraGen

    3 3,3 For9ed h:drol:sis (hidrolisis 6aksa)

    idrolisis paksa dapat dilakukan pada temperatur tinggi untuk mempercepat

    proses hidrolisis dimana materialnya sepeti Silika +e &% . 8etode paling sederhanauntuk generasi koloid oksida logam berukuran seragam yang didasarkan pada hidrolisis

    paksa larutan logam salt. Hntuk menghasilkan logam seperti koloid oksida hanya perlu

    satu yaitu lama larutan logam terhidrolisis pada suhu yang ditinggikan. al itu menjadi

    jelas bah$a reaksi hidrolisis harus dilanjutkan dengan cepat dan menghasilkan

    kejenuhan secara mendadak untuk memastikan ledakan nukleasi mengakibatkan

    pembentukan sejumlah besar inti kecil akhirnya mengarah pada pembentukan partikel

    kecil.

    32

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    33/47

    :aju reaksi dan ukuran partikel yang sangat tergantung pada pelarut prekursor

    jumlah air dan amonia. Hntuk pelarut alkohol yang berbeda tingkat reaksi yang tercepat

    dengan metanol paling lambat dengan n-butanol. Demikian juga ukuran partikel akhir

    yang diperoleh dalam kondisi berimbang yang terkecil dalam metanol dan terbesar di n-

    butanol. Namun ada kecenderungan ke arah distribusi ukuran lebar dengan alkohol

    yang lebih tinggi.

    3 3,34 #ontrolled release o5 ions (6ele6asan terkontrol ion)

    Nanopartikel itu bukanlah dalam bentuk ion misalnya dalam proses sintesis kita

    akan memperoleh ion dan untuk mengubah ion tersebut salah satu caranya adalah

    dengan cara dipanaskan pada temperatur intermediate dimana tentunya harus ada

    reduksi agennya =pereduksi?.

    Pelepasan terkontrol komponen anion dan

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    34/47

    untuk menghasilkan partikel yang lebih besar. #elompok asetat diyakini dapat

    menempel pada permukaan [n% koloid dan dengan demikian menstabilkan dispersi

    koloid.

    3 3@ Aa6or 6hase rea9tions (reaksi 5asa 7a6)

    Salah satu cara sintesis nanopartikel adalah dengan reaksi "asa uap. Secara

    umum reaksi dan sintesis dilakukan pada suhu tinggi dan pada ruang hampa. 6akum

    diperlukan untuk memastikan konsentrasi rendah dari pertumbuhan spesies untuk

    mempromosikan di""usion-controlledpada pertumbuhan berikutnya. Nanopartikel yang

    tumbuh biasanya dikumpulkan pada substrat non-sticking pada suhu yang relati" rendah.elas hanya sebagian kecil dari nanopartikel yang menetap pada permukaan substrat.

    Selain itu nanopartikel yang menetap di permukaan substrat tidak me$akili distribusi

    ukuran partikel yang benar. al ini juga sulit untuk memperkenalkan mekanisme

    stabilisasi selama sintesis untuk mencegah pembentukan aglomerat. 8eskipun

    tantangan tersebut hal itu telah dibuktikan bah$a berbagai nanopartikel dapat disintesis

    oleh reaksi "asa uap. Sebagai contoh teknik agregasi gas telah diterapkan pada sintesis

    nanopartikel perak dengan diameter &- nm. 5ontoh lain adalah produksi partikel silika

    tersebar dengan ukuran diameter kurang dari ('' nm dengan cara pembakaran silikon

    tetraklorida di hydrogen.

    Nanopartikel dibentuk melalui nukleasi homogeny dan kemudian diendapkan

    pada substrat dapat bermigrasi dan menggumpal. Terdapat & jenis gumpalan yang

    ditemukan. Salah satunya adalah ukuran besar partikel bulat dan partikel seperti jarum.

    Pembentukan partikel yang tersebar luas ditemukan dalam sistem Au pada =(''?

    Na5( 41 dan substrat =( ( (? 5a+ 44 dan Ag =(''? pada substrat Na5l. Namun langkah-

    ujungnya tidak selalu diperlukan untuk pembentukan jarum-seperti kristal. 8isalnya

    5dS kristal nanorods dengan panjang beberapa ratus micrometer telah terbentuk.

    Partikel Au dengan diameter pada skala nanometer telah tumbuh pada berbagai substrat

    oksida termasuk oksida besi \-alumina dan titania. Nanopartikel aAs dapat disintesis

    oleh nukleasi "asa uap homogeny dari prekursor organologam. Trimethyl gallium dan

    As digunakan sebagai prekursor dan hidrogen digunakan sebagai gas pemba$a juga

    sebagai reagen pengurangan. 9eaksi dan nukleasi terjadi pada suhu 0''Y 5 pada

    34

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    35/47

    tekanan atmos"er. Nanopartikel aAs dikumpulkan secara termal pada "ilm karbon

    berlubang pada suhu )'Y 5. Nanopartikel yang ditemukan terdiri dari highly "aceted

    single crystal aAs dengan diameter mulai dari (' sampai &' nm. Selain itu

    meningkatnya suhu reaksi dan suhu nukleasi membuat ukuran partikel menjadi lebih

    besar. Peningkatan konsentrasi prekursor memiliki pengaruh yang sama pada ukuran

    partikel. Namun perubahan suhu dan konsentrasi precursor yang ditemukan memiliki

    pengaruh yang dapat diabaikan pada mor"ologi nanopartikel.

    3 3B Solid state 6hase segregation

    Nanopartikel dari logam dan semikonduktor dalam matriks kaca umumnya

    dibentuk oleh nukleasi homogen dalam keadaan padat. Pertama logam atau

    semikonduktor prekursor diperkenalkan ke dan didistribusikan secara homogen pada

    lelehan kaca cair pada suhu tinggi selama pembuatan kaca sebelum pendinginan sampai

    suhu kamar. #emudian kaca didinginkan dengan pemanasan sampai suhu disekitar titik

    transisi kaca dan ditahan selama $aktu periode pra-desain. Selama proses pendinginan

    prekursor logam atau semikonduktor diubah menjadi logam dan semikonduktor.

    Akibatnya logam atau semikonduktor jenuh dibentuk nanopartikel melalui nukleasi dan

    pertumbuhan selanjutnya melalui di"usi solid-state.

    #aca homogen yang dibuat dengan melarutkan logam dalam bentuk ion dalam

    lelehan kaca dan kemudian dengan cepat didinginkan sampai suhu kamar. Pada bentuk

    kaca seperti logam tetap sebagai ion. Setelah pemanasan pada daerah suhunya ion

    logam direduksi menjadi atom logam dengan agen pengurangan tertentu seperti antimon

    oksida yang juga ditambahkan ke dalam gelas. Nanopartikel logam juga dapat nukleasioleh ultraGiolet sinar-] atau radiasi \-ray jika ion radiasi-sensiti" yang digunakan

    adalah cerium. Pertumbuhan berikutnya dari inti berlangsung dengan di"usi solid-

    state. 8isalnya gelas dengan nanopartikel emas perak dan tembaga dapat disiapkan

    dengan pendekatan seperti itu. 8eskipun ion logam mungkin sangat larut dalam lelehan

    kaca atau gelas atom logam tidak larut dalam gelas. #etika dipanaskan sampai suhu

    tinggi atom logam memperoleh di"usiGitas yang dibutuhkan untuk bermigrasi melalui

    kaca dan kemudian membentuk inti. *nti ini akan tumbuh lebih lanjut untuk membentuk

    35

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    36/47

    nanopartikel dengan berbagai ukuran. #arena di"usi solid-state relati" lambat hal ini

    relati" mudah untuk pertumbuhan di"usi- dikendalikan untuk pembentukan partikel

    monosized.

    34 Nano6arti9les thro7gh heterogeneo7s n79leation

    343* F7ndamentals o5 heterogeneo7s n79leation (dasar-dasar n7kleasi heterogen)

    Nukleasi heterogen adalah nukleasi yang dilakukan diatas material yang

    berbeda. Nukleasi adalah langkah pertama dari pembentukan "asa termodinamik baru

    atau struktur baru melalui tahap sel"-assembly atau sel"-organisation. Nukleasi

    umumnya dide"inisikan sebagai proses yang menentukan seberapa lama kita harusmenunggu sebelum "asa baru atau struktur baru terbentuk. Dalam keadaan normal

    nukleasi terjadi pada titik-titik lokasi nukleasi pada permukaan suatu material yang

    terkontak langsung dengan cairan atau uap. +enomena ini disebut sebagai nukleasi

    heterogen. Sedangkan nukleasi yang terjadi tanpa adanya titik-titik nukleasi a$al

    disebut nukleasi homogen. Nukleasi homogen terjadi secara spontan dan acak tetapi

    memerlukan proses pemanasan tinggi =superheating? atau pendinginan tinggi

    =supercooling? pada medium.

    Saat sebuah "asa baru terbentuk di atas permukaan material lain proses ini

    disebut sebagai nukleasi heterogen. Salah satu contohnya yaitu proses nukleasi

    heterogen yang terjadi pada bidang substrat padat. Dengan mengasumsikan

    penumbuhan spesies terjadi pada "asa uap yang mengenai permukaan substrat spesies

    tersebut kemudian berdi"usi dan terkumpul membentuk sebuah inti yang berbentuk topi

    seperti tampak pada ambar .& . Serupa dengan nukleasi homogen terjadi

    pengurangan energi bebas ibbs dan peningkatan energi permukaan. Perubahan total

    energi kimia G akibat pembentukan inti tersebut dinyatakan dalam persamaan

    berikut.

    G = a 3 r 3 v+a 1 r 2 v( +a 2 r 2 (s+a 2 r 2 sv =&.(2?

    36

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    37/47

    Dengan r adalah dimensi rata-rata dari inti v adalah perubahan energi bebas

    ibbs per satuan Golum v( (s dan sv masing-masing merupakan energi

    permukaan dari inti-uap substrat-inti dan uap-substrat.

    ambar &.(' Skema ilustrasi proses nukleasi heterogen dengan energi permukaan

    dalam kesetimbangan.

    #onstanta geometrik dinyatakan sebagai berikut.

    a 1= 2 (1 )os* ) =&.()?

    a 2 = sin2* =&.(/?

    *2 3 )os* +cos 2

    a 3= 3 =&.(0?

    Dengan

    * I sudut kontak

    yang bergantung pada si"at-si"at permukaan dan dide"inisikan oleh persamaan Uoung @

    sv= (s + v( cos * =&.(1?

    Serupa dengan nukleasi homogen pembentukan "asa baru menyebabkan berkurangnya

    energi bebas ibbs tetapi total energi permukaan meningkat. *nti baru tersebut stabil

    hanya ketika ukurannya lebih besar daripada ukuran kritisnya r

    @

    37

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    38/47

    r = 2 (a 1 v( +a 2 (s a 2 sv)

    3 a 3 G v =&.(4?

    Dan hambatan energi kritis G

    dinyatakan sebagai berikut @

    G =4 (a 1 v( +a 2 (s a 2 sv )3

    27 a 32 G v

    =&.&'?

    Dengan mensubstitusi semua konstanta geometrik tersebut diperoleh @

    r =2 v( G v {sin

    2 * +cos *+2cos * 22 3cos *+cos 3 * } =&.&(?

    G ={ 16 v(

    3 (G v)2}{2 3cos *+cos3

    *4 } =&.&&?

    8embandingkan persamaan ini dengan Pers. =&./? terlihat bah$a suku pertama

    merupakan nilai dari hambatan energi kritis untuk proses nukleasi homogen sementara

    suku kedua menyatakan "aktor kebasahan =$etting "actor?. Saat sudut kontak (1'Y "asa

    yang baru tidak akan membasahi substrat "aktor kebasahan menjadi ( dan hambatan

    energi kritis menjadi sama dengan nukleasi homogen. ika sudut kontak kurang dari

    (1'Y hambatan energi untuk nukleasi heterogen selalu lebih kecil dari nukleasi

    homogen yang mengartikan bah$a nukleasi heterogen lebih mudah terjadi dibanding

    nukleasi homogen pada banyak kasus. #etika sudut kontak 'Y "aktor kebasahan

    menjadi nol dan tidak ada energi penghalang untuk pembentukan "asa baru. Sebagai

    contoh sudut kontak sama dengan 'Y adalah endapannya merupakan material yang

    sama dengan substrat yang digunakan sebagai media penumbuhan.

    Hntuk mensintesis partikel-partikel nano atau dot kuantum =,uantum dot? pada

    substrat diperlukan *>0 dan persamaan Uoung menjadi @

    sv

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    39/47

    !anyak metode telah dilakukan untuk menghasilkan de"ek permukaan yang

    homogen untuk menjadi titik-titik pusat nukleasi diantaranya yaitu oksidasi termal

    sputtering dan oksidasi termal dan plasma Ar dan oksidasi termal ulterior. :ogam yang

    dapat teruapkan seperti perak dan emas cenderung membentuk partikel-partikel kecil

    pada substrat %P =highly oriented pyrolitic graphite?. Terbentuknya partikel-partikel

    nano dari logam tersebut sangat berhubungan erat dengan de"ek permukaan. #etika

    de"ek yang muncul hanyalah berupa bagian tepi dari permukaan substrat partikel-

    partikel nano tersebut dikonsentrasikan hanya di sekitar bagian tepi tersebut. Sebagai

    contoh atom-atom logam pada substrat akan berdi"usi dan membentuk partikel-partikel

    yang terkonsentrasi hanya pada bagian tepi karena bagian tepi pada suatu permukaan

    lebih dianggap sebagai lokasi proses nukleasi yang didasarkan pada keadaan energi

    tingginya. Tetapi untuk de"ek lainnnya seperti adanya lubang partikel-partikel nano

    tampak terdistribusi secara menyeluruh pada permukaan substrat seperti tampak pada

    ambar &.((

    ambar &.(( S+8 =Scanning +orce 8icroscopy? dari partikel perak nano pada substrat

    gra"it %P -&41@ =i? penumbuhan terjadi hanya pada de"ek tepian dari substrat asli dan

    =ii? penumbuhan terjadi dimanapun de"ek permukaan muncul.

    arus dicatat bah$a pembentukan partikel-partikel nano melalui nukleasi

    heterogen berbeda dari sintesis dengan menggunakan reaksi "asa uap =Subbbab &.&./?.

    Hntuk nukleasi homogen pada "asa uap partikel pertama kali dibentuk pada "asa uap

    dan kemudian terendapkan di atas permukaan substrat sementara nukleasi heterogen

    spesies penumbuh dikenakan di bagian atas dan membentuk inti pada permukaan

    substrat.

    39

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    40/47

    3+ ineti9all: 9on5ined s:nthesis o5 nano6arti9les (8atasan kinetik 6ada sintesis

    nano6artikel)

    !atasan kinetik pada sintesis nanopartikel dilakukan agar pertumbuhan berhenti

    ketika jumlah sumber bahan yang dikonsumsi terbatas atau ruang yang tersedia telah

    penuh. Secara umum kurungan spasial dapat dibagi menjadi beberapa kelompok@

    Tetesan cairan dalam "ase gas termasuk sintesis aerosol dan semprotan pirolisis

    Tetesan cairan dalam cairan seperti misel dan sintesis emulsi mikro

    !erbasis template sintesis

    Akhiran sintesis. Semua metode ini akan dibahas secara singkat dalam bagian ini.

    3+3* S:nthesis inside mi9elles or 7sing mi9roem7lsion

    Sintesis nanopartikel dapat dilakukan dengan membatasi reaksi dalam ruang

    terbatas. 8etode ini dicontohkan oleh sintesis nanopartikel dalam misel atau

    mikroemulsi. Dalam sintesis misel 9eaksi melanjutkan antara reaktan yang tersedia

    hanya dalam misel dan partikel berhenti tumbuh ketika reaktan dikonsumsi. #etika

    sur"aktan atau blok polimer biasanya terdiri dari dua bagian@ satu hidro"ilik dan

    hidro"obik lain dilarutkan ke dalam pelarut mereka dengan istime$anya merakit diri

    pada larutan aida,ueous atau hydrocarbod permukaan larutan. !agian hidro"ilik

    diakti"kan menuju larutan. #etika konsentrasi sur"aktan atau blok polimer melebihi

    tingkat kritis mereka merakit diri sedemikian rupa untuk membentuk misel. Sur"aktan

    atau blok polimer akan berada di pemisah antarmuka hidrokarbon dan larutan air.

    Sebuah mikroemulsi adalah dispersi tetesan cairan dari larutan organik dalam larutan

    berair. Seperti sistem mikroemulsi dapat digunakan untuk sintesis nanopartikel. 9eaksi

    kimia dapat berlangsung baik di permukaan antara tetesan organik dan larutan ketika

    reaktan diperkenalkan secara terpisah menjadi dua solusi non-mi3able atau di dalam

    tetesan organik ketika semua reaktan dilarutkan ke dalam tetesan organik.

    3+3 !erosol S:ntesis (sintesis aerosol)

    Salah satu contoh aerosol adalah asap li,uid aerosol adalah butiran cairan di

    dalam gas cara membuatnya adalah@

    40

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    41/47

    Sonikasi =memberikan getaran kedalam?

    Semprotan

    Nanospray adalah contoh dari tipe li,uid aerosol dimana prosesnya adalah@

    !angkitkan broket mikrosize

    7Gaporasi larutan

    #ondensasi terlarut

    Dekomposisi dan reaksi terlarut

    Sentrik padatan

    Pembentukan nanopartikel dengan metode aerosol berbeda dari metode lain

    dalam beberapa aspek.Pertama-tama metode aerosol dapat dianggap sebagai pendekatan top-do$n dibandingkan dengan metode lain yang memiliki pendekatan

    bottom-up. #edua nanopartikel dapat polikristalin dengan baik dibandingkan kristal

    tunggal atau struktur amor" nanopartikel yang dibentuk oleh metode lain. #etiga

    nanopartikel yang dibentuk perlu dikumpulkan dan didispersikan kembali untuk banyak

    penerapan. Dalam metode ini prekursor cair pertama disiapkan. Prekursor dapat

    menjadi solusi campuran sederhana dari elemen konstituen yang diinginkan atau

    dispersi koloid. Prekursor cair tersebut kemudian misti"ied membuat aerosol cair yaitudispersi tetesan seragam cairan dalam gas yang mungkin hanya bagus jika melalui

    penguapan pelarut atau lebih bereaksi dengan bahan kimia dalam gas. Partikel yang

    dihasilkan yaitu bulat dan ukurannya ditentukan oleh ukuran tetesan cairan a$al dan

    konsentrasi padat

    3+34 &ro=th termination (6enghentian 6ert7m87han)

    Pada sintesis nanopartikel ukuran dapat dikontrol disebut penghentian

    pertumbuhan. Pendekatan ini secara konseptual langsung. #etika komponen organik

    atau ion asing yang melekat pada permukaan yang kuat sehingga bah$a semua situs

    pertumbuhan yang tersedia ditempati proses pertumbuhan berhenti. erron dan zat lain

    disintesis oleh partikel koloid 5dS berdasarkan pertumbuhan yang kompetiti" dan

    penghentian spesies 5dS pada permukaan Thiophenol. #admium asetat Thiophenol

    dan anhidrat natrium sul"ida digunakan untuk sintesis dan semua prosedur sintetis dan

    larutan inti disiapkan@

    41

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    42/47

    =A? cadmium asetat dilarutkan dalam metanol E5dF I ' ( 8

    =!? natrium sul"ida dalam campuran air dan metanol dengan rasio Golume (@ ( ES &-F I

    ' ( 8

    =5? Thiophenol dalam metanol EPhS F I ' & 8.

    Hkuran partikel 5dS berGariasi dengan rasio relati" sul"ida untuk Thiophenol

    dan berkisar dari kurang dari ( ) nm untuk Z ) nm. *tu jelas menunjukkan bah$a

    peningkatan jumlah capping molekul relati" terhadap prekursor sul"ida menghasilkan

    ukuran partikel berkurang. %leh karena itu ukuran nanopartikel ini bisa dengan mudah

    dikendalikan dengan menyesuaikan konsentrasi relati" capping molekul dan prekursor.

    Pendekatan sintetis yang mirip berlaku untuk pembentukan nanopartikel oksida logam.

    3+3+ S6ra: 6:rol:sis

    Spray pyrolisis pada dasarnya adalah proses larutan dan biasa digunakan dalam

    preparasi serbuk logam dan logam oksida. Proses ini secara sederhana dideskripsikan

    sebagai pengubah ukuran mikro larutan droplets presekursor atau presekursor campuranmenjadi partikel padatan melalui pemanasan.

    Tahap spray pyrolysis

    8embangkitkan droplet ukuran mikro presekursor cair atau larutan presekursor

    8enguapkan pelarut

    #ondensasi bahan terlarut

    Dekomposisi dan reaksi bahan terlarut

    Sintering partikel padatan.

    Spray pyrolisis merupakan suatu metode yang biasa digunakan dengan

    menggunakan sumber cairan untuk menghasilkan lapisan tipis. 8etode ini dilakukan

    dengan cara penyemprotan larutan logam bersama bahan penguat ke dalam sustrat

    dimana pemadatan logam terjadi.

    !erbagai kelebihan metode spray pyrolisis @

    42

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    43/47

    (. Tingginya kecepatan pemadatan dari larutan logam yang menghasilkan struktur

    batas butir yang halus.

    &. 7"ekti" lebih murah dan dapat ditampilkan secara mudah

    . Substrat dengan geometri yang kompleks dapat terlapisi

    2. Deposisi spray pyrolisis menunjukkan lapisan yang relati" seragam dengan

    kualitas yang tinggi.

    ). Tidak membutuhkan suhu yang tinggi selama proses berlangsung =diatasZ )''o5?

    /. :pisan yang terdeposisi menggunakan metode spray pyrolisis mudah diproduksi

    sehingga memungkinkan untuk diproduksi secara massal.

    3+3, Tem6late-8ased s:nthesis (sintesis 8er8asis tem6late)

    8etode sintesis template memerlukan preparasi Garietas mikro dan nanomaterial

    mengenai mor"ologi dan menyediakan rute untuk meningkatkan orde nanostruktur.

    Secara luas template dide"inisikan sebagai struktur inti dengan jaringan berbentuk

    dalam beberapa perubahan template menciptakan rongga dengan mor"ologi dan

    stereokimia yang bergantung pada template itu sendiri.

    Pendekatan template untuk preparasi "ree-standing non-oriented dan orientednano$ire dan nanorod telah dilakukan secara ekstensi". Template yang biasa digunakan

    dan tersedia secara komersial adalah membran anoda alumina dan membran radiasi

    polikarbonat. 8embran lain yang juga telah digunakan adalah nanochannel pada kaca

    material mesopori silika berpori zeolit dan nanotube karbon. !iotemplate juga

    digunakan untuk menghasilkan nanotube tan nano$ire seperti 5u Ni 5o dan Au.

    Hntuk mendapatkan pori atau ukuran jaringan mor"ologi distribusi ukuran dan densitas

    pori yang diinginkan material template harus memenuhi beberapa ketentuan. Pertamamaterial tesebut harus bersi"at kompatibel terhadap kondisi proses. #edua material atau

    larutan yang terdeposisi harus basah pada dinding internal pori. #etiga pada sintesis

    nanorod atau nano$ire deposisi harus mulai dari ba$ah atau dari satu akhir jaringan

    template dan diproses dari satu sudut yang lain.

    3, E6ita?ial 9ore-shell nano6arti9les

    43

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    44/47

    Nanopartikel telah diperlakukan untuk berbagai teknik permukaan untuk

    berbagai aplikasi mencakup sel"-asembly dari komponen organik dan spesies bioakti"

    dan nanostruktur dari logam dielektrik core-shell. Topik ini seharusnya mendapatkan

    perhatian khusus dan akan didiskusikan lebih rinci pada !ab./. anya struktur dari kulit

    inti< inti shell semikonduktor akan didiskusikan berikut ini. Semula seperti penumbuhan

    core-shell struktur dengan epita3ial dan shell akan diperlakukan sebagai ekstensi dari

    struktur inti dengan perbedaan komposisi kmia. Sebagai tambahan penumbuhan dari

    core dan shell pada sistem ini sangat berhubungan erat.

    Nanopartikel semikonduktor memiliki e"ek kuantum dan memiliki hasil emisi

    yang tinggi mele$ati spektrum cahaya tampak dan dekat in"rared. Permukaan seperti

    nanopartikel atau kuantum dot sebagian besar menentukan kuantum yield dan $aktu

    tempuh emisi dari band perbedaan luminescence. :uminescence tinggi dicapai dengan

    menggunakan passiGasi permukaan untuk menurunkan rekombinasi non radiati"

    permukaan dari muatan pemba$a.

    PassiGasi adalah proses pembentukan senya$a oksida logam di permukaan logam untuk

    mencegah korosi.

    Ada dua metode dari passiGasi yang umumnya digunakan @

    ( Teknik band gap Teknik band gap adalah proses mengontrol atau mengubahsuatu material dengan mengontrol komposisi dari campuran semikonduktor

    tertentu seperti aA*As *n aAs dan *nA*As .

    & 8enyerap :e$is bases ke permukaannya contohnya otylamine yang digunakan

    untuk pasiGasi permukaan 5dSe dan ,uantum dot 5dSe

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    45/47

    Petumbuhan epitaksial dari shell material pada inti nanokristalit bisa

    menghilangkan dangling bonds permukaan kation dan anion dan juga menghasilkan

    sebuah sistem nanokristal yang baru seperti yang dikutip peng et al. The Wurtzite

    5dSe

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    46/47

    dicapped dengan T%P% dan diperoleh diameter ) nm. Hntuk penumbuhan shell

    nanokristal 5dSe dihancurkan menjadi anhydrous pyridine dan mengalir kembali jika

    diba$ah pengaruh argon. 5ds stock solution dibuat dengan menambahkan =T8S? &S

    yang dibutuhkan ke dalam 5d=5 ?& yang telah dihancurkan pada T!P berisi

    kandungan nitrogen dengan perbandingan molar 5d@S adalah (@& ( $as added drop

    $ise =( drop per second? hingga reaksi akhir pada ('' o5.

    REFEREN#ES

    http@

  • 7/25/2019 Ujian Tengah Semester nano.docx

    47/47

    http@