Top Banner
7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikel Nanopartikel adalah partikel dalam ukuran nanometer yaitu sekitar 1-100 nm (Hosokawa et al. 2007). Nanopartikel merupakan ilmu dan rekayasa dalam menciptakan material, struktur fungsional, maupun piranti alam skala nanometer.Ditinjau dari jumlah dimensi yang terletak dalam rentang nanometer, material nano diklasifikasikan menjadi beberapa kategori(Gambar 2.1.), yaitu: material nano berdimensi nol (nanoparticle) seperti oksida logam, semikonduktor ,dan fullerenes; material nano berdimensi satu (nanowire, nanotubes, nanorods); material nano berdimensi dua (thin films); dan material nano berdimensi tiga seperti Nanokomposit, nanograined, mikroporous, mesoporous, interkalasi, organik-anorganik hybrids. (Pokropivny,V. et al, 2007). Gambar 2.1. Skematik Klasifikasi nano material : (a) struktur tiga dimensi (3-D); (b) struktur dua dimensi (2-D); (c) struktur satu dimensi; dan (d) struktur zerodimensi (0-D),(Pokropivny,V. et al, 2007).
36

repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

Feb 26, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Nanopartikel

Nanopartikel adalah partikel dalam ukuran nanometer yaitu sekitar 1-100

nm (Hosokawa et al. 2007). Nanopartikel merupakan ilmu dan rekayasa dalam

menciptakan material, struktur fungsional, maupun piranti alam skala

nanometer.Ditinjau dari jumlah dimensi yang terletak dalam rentang nanometer,

material nano diklasifikasikan menjadi beberapa kategori(Gambar 2.1.), yaitu:

material nano berdimensi nol (nanoparticle) seperti oksida logam, semikonduktor

,dan fullerenes; material nano berdimensi satu (nanowire, nanotubes, nanorods);

material nano berdimensi dua (thin films); dan material nano berdimensi tiga

seperti Nanokomposit, nanograined, mikroporous, mesoporous, interkalasi,

organik-anorganik hybrids. (Pokropivny,V. et al, 2007).

Gambar 2.1. Skematik Klasifikasi nano material : (a) struktur tiga dimensi

(3-D); (b) struktur dua dimensi (2-D); (c) struktur satu dimensi; dan (d) struktur

zerodimensi (0-D),(Pokropivny,V. et al, 2007).

Page 2: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

8

Nanopartikel menjadi kajian yang sangat menarik, karena material yang

berada dalam ukuran nano biasanya memiliki partikel dengan sifat kimia atau

fisika yang lebih unggul dari material yang berukuran besar (bulk).(C. R. Vestal et

al. 2004; Cao, Guozhong, 2004). Dua hal utama yang membuat nanopartikel

berbeda dengan material sejenis dalam ukuran besar (bulk) yaitu:

1. 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;

2. Ketika ukuran partikel menuju orde nanometer, maka hukum fisika yang

berlaku lebih didominasi oleh hukum- hukum fisika kuantum.(Abdullah

M., et al, 2008)

Sifat-sifat yang berubah pada nanopartikel biasanya berkaitan dengan

fenomena-fenomena berikut ini. Pertama adalah fenomena kuantum 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 keunggulan nanopartikel dibandingkan dengan partikel

Page 3: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

9

sejenis dalam keadaan bulk. Para peneliti juga percaya bahwa kita dapat

mengontrol perubahan-perubahan tersebut ke arah yang diinginkan. (Abdullah

M.,et al, 2008)

Selain nanopartikel juga dikembangkan material nanostruktur, yaitu

material yang tersusun oleh beberapa material nanopartikel. Untuk menghasilkan

material nanostruktur maka partikel-partikel penyusunnya harus diproteksi

sehingga apabila partikel-partikel tersebut digabung menjadi material yang

berukuran besar maka sifat individualnya dipertahankan. Sifat material

nanostruktur sangat bergantung pada (a) ukuran maupun distribusi ukuran, (b)

komponen kimiawi unsur-unsur penyusun material tersebut, (c) keberadaan

interface (grain boundary), dan (d) interaksi antar grain penyusun material

nanostruktur.

Quantum dot adalah material berukuran kurang dari 100 nanometer yang

mengurung elektron secara 3-dimensi, baik arah x, y dan z. Hal ini dimungkinkan

karena diameter dari quantum dot tersebut sebanding dengan panjang gelombang

dari elektron. Bahkan, disebut bahwa quantum dot ini merupakan atom buatan

(artificial atom). Nanowire adalah material berukuran nanometer yang dapat

mengurung elektron secara 2-dimensi dan bebas bergerak di dimensi yang ketiga,

yaitu ke depan atau ke belakang. (Astuti, 2007)

2.1.1. Keunggulan Sifat Material Berorde Nano

Material berukuran nanometer memiliki sejumlah sifat kimia dan fisika

yang lebih unggul dari material berukuran besar (bulk). Disamping itu material

Page 4: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

10

berukuran nanometer memiliki sifat yang kaya karena menghasilkan sifat yang

tidak dimiliki oleh material ukuran besar. Sejumlah sifat tersebut dapat diubah-

ubah dengan melalui pengontrolan ukuran material, pengaturan komposisi

kimiawi, modifikasi permukaan dan pengontrolan interaksi antar partikel.

Material nanopartikel adalah material-material buatan manusia yang berskala

nano, yaitu lebih kecil dari 100nm, termasuk didalamnya nanodot, quantum dot,

nanowire dan carbon nanotube (Abdullah M., et al, 2008). Berikut merupakan

beberapa keunggulan sifat material berorde nano secara umum :

1. Sifat elektrik

Pengaruh size reduction pada sifat elektrik nanopartikel dapat

meningkatkan konduktivitas nanometals, membangkitkan konduktivitas

nanodielektrik, dan meningkatkan induktansi dielektrik untuk ferroelectrics.

Nanomaterial dapat mempunyai energi lebih besar dari pada material

ukuran biasa karena memiliki surface area yang besar. Energy band secara

bertahap berubah terhadap orbital molekul.Umumnya Resistivitas elektrik

mengalami kenaikan dengan berkurangnya ukuran partikel.Contoh aplikasi :

energi densitas yang tinggi dari baterai, nanokristalin merupakan material yang

bagus untuk lapisan pemisah pada baterai karena dia dapat menyimpan energi

yang lebih banyak. Baterai logam nikel-hidrida terbuat dari nanokristalin nikel

dan logam hidrida yang membutuhkan sedikit recharging dan memiliki masa

hidup yang lama.(Pokropivny,V. et al. 2007)

Page 5: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

11

2. Sifat optik

Sistem nanokristalin memiliki sifat optikal yang menarik, yang mana

berbeda dengan sifat kristal konvensional. Pengaruh size reduction pada sifat

optik nanopartikel dapat meningkatkan penyerapan (absorbansi) dalam range

ultraviolet (blue shift), Osilasi penyerapan optik, dan meningkatkan nilai band

gap. Kunci peyumbang faktor masuknya quantum tertutup dari pembawa

elektrikal pada nanopartikel, energi yang efisien dan memungkinkan terjadinya

pertukaran karena jaraknya dalam skala nano serta memiliki sistem dengan

interface yang tinggi. Dengan perkembangan teknologi dari material mendukung

perkembangan sifat nanofotonik. Dengan sifat optik linear dan non linear material

nano dapat dibuat dengan mengontrol dimensi kristal dan surface kimia, teknologi

pembuatan menjadi faktor kunci untuk mengaplikasikan.Contoh aplikasi : pada

optoelektronik., electrochromik untuk liquid crystal display

(LCD).(Pokropivny,V. et al. 2007)

3. Sifat magnetik

Kekuatan magnetik adalah ukuran tingkat kemagnetan. Pengaruh

penurunan ukuran butiran patikel (Size reduction) dan kenaikan spesifik surface

area per satuan volume partikel pada sifat magnetik ini dapat meningkatkan atau

menurunkan koersivitas magnet, menurunkan temperatur Curie, memiliki sifat

paramagnetik atau feromagnetik, membangkitkan temperatur maksimal

magnetoresistance, dan meningkatkan permeability magnetik pada sifat

ferromagnetik. Contoh aplikasi : magnet nanokristalin yttrium-samarium-cobalt

memiliki sifat magnet yang luar biasa dengan luas permukaan yang besar.

Page 6: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

12

Aplikasinya pada mesin kapal, instrumen ultra sensitiv dan magnetic resonance

imaging (MRI) pada alat diagnostik.(Pokropivny,V. et al. 2007)

4. Sifat mekanik

Pengaruh penurunan ukuran butiran patikel (Size reduction) dari partikel

pada sifat mekanik dapatmeningkatkan kekerasan (hardness), kekuatan (strength),

daktilitas (fracture ductility), dan ketahanan aus (wear resistance). Nanomaterial

memiliki kekerasan dan tahan gores yang lebih besar bila dibandingkan dengan

material dengan ukuran biasa.Contoh aplikasi : automobil dengan efisiensi greater

fuel. Nanomaterial diterapkan pada automobil sejak diketahui sifat kuat, keras dan

sangat tahan terhadap erosi, diharapkan dapat diterapkan pada

busi.(Pokropivny,V. et al. 2007)

2.1.2. Perkembangan Nanopartikel

Di Indonesia, perkembangan nano teknologimasih dalam tahap rintisan

karena keterbatasan dana dan fasilitaseksperimen. Dengan kendala yang demikian

membuat kita harusbekerja keras memanfaatkan potensi yang ada di tanah air.

Dalam periode tahun 2010 sampai 2020 akan tejadi percepatan luar biasa dalam

penerapan nanoteknologi di dunia industri dan menandakan bahwa sekarang ini

dunia sedang mengarah pada revolusi nanoteknologi. Negara-negara seperti

Amerika Serikat, Jepang, Australia, Kanada dan negara-negara Eropa, serta

beberapa negara Asia, seperti Singapura, Cina, dan Korea tengah giat-giatnya

mengembangkan suatu cabang baru teknologi yang populer disebut

nanoteknologi.

Page 7: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

13

Nanoteknologi akan mempengaruhi industri baja, pelapisan dekorasi,

industri polimer, industri kemasan, peralatan olahraga, tekstil, keramik, industri

farmasi dan kedokteran, transportasi, industri air, elektronika dan kecantikan.

Penguasaan nanoteknologi akan memungkinkan berbagai penemuan baru yang

bukan sekadar memberikan nilai tambah terhadap suatu produk, bahkan

menciptakan nilai bagi suatu produk. Salah satu nanomaterial yang sangat

menarik untuk dikembangkan saat ini adalah nanopartikel magnetik.

Nanopartikel saat ini banyak digunakan pada beragam produk komersial

mulai dari katalis, media cat dan cairan magnetik, hingga kosmetik dan tabir

surya. Suatu review terbaru dari peneliti di Swedia dan Spanyol mendeskripsikan

hasil kerja terkini untuk optimasi sintesis, dispersi, dan fungsionalisasi permukaan

titania (titanium dioksida), seng oksida, dan seria (serium oksida) — tiga

nanopartikel utama yang digunakan pada fotokatalis, penghalau sinar UV

(ultraviolet), dan tabir surya. Review mereka dipublikasikan pada 26 April 2013 di

jurnal Science and Technology of Advanced Materials. (Gifhari, A.S. 2013).

Penemuan baru dalam bidang nanoteknologi muncul hampir dalam tiap

minggu untuk aplikasi-aplikasi baru dalam berbagai bidang, seperti bidang

elektronik (pengembangan piranti (device) ukuran nanometer), energi (pembuatan

sel surya yang lebih efisien), kimia(pengembangan katalis yang lebih efisien,

baterai yang kualitasnya lebih baik), kedokteran (pengembangan peralatan baru

pendeksi sel-sel kanker berdasarkan pada interaksi antarsel kanker dengan

partikel berukuran nanometer), kesehatan (pengembangan obat-obat dengan

ukuran bulir (grain) beberapa nanometer sehingga dapat melarut dalam cepat

Page 8: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

14

dalam tubuh dan bereaksi lebih cepat, serta pengembangan obat pintar (smart)

yang bisa mencari sel-sel tumor dalam tubuh dan langsung mematikan sel tersebut

tanpa mengganggu sel-sel normal), lingkungan (penggunaan partikel skala

nanometer untuk menghancurkan polutan organik di air dan udara), dan

sebagainya.(Nanoworldindonesia, 2013)

2.2. Metode Sintesis Nanopartikel

Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun melalui proses sintesis

oleh manusia. Sintesis nanopartikel bermakna pembuatan nanopartikel dengan

ukuran yang kurang dari 100 nm dan sekaligus mengubah sifat atau

fungsinya.Dalam sintesis nanopartikel terdapat beberapa faktor yang

mempengaruhinya yaitu konsentrasi reaktan, molekul pelapis (capping agent),

temperatur dan pengadukan.

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 penggabungan

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 sehingga dihasilkan material lain yang

berukuran nanometer (Abdullahet al. 2008).

Secara umum, sintesis nanopartikel akan masuk dalam dua kelompok

besar. Cara pertama adalah memecah partikel berukuran besar menjadi partikel

Page 9: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

15

berukuran nanometer. Pendekatan ini kadang disebut pendekatan top-down.

Pendekatan kedua adalah memulai dari atom-atom atau molekul-molekul yang

membentuk partikel berukuran nanometer yang dikehendaki. Pendekatan ini

disebut bottom-up. (Abdullah, M. 2008). Kedua kelompok besar dalam mensintesis

nanopartikel telihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Sintesis nanopartikel top-down dan bottom-up

Pembentukan nanopartikel dengan keteraturan yang tinggi dapat

menghasilkan pola yang lebih seragam dan ukuran yang yang seragam

pula.Kebanyakan penelitian telah mampu menghasilkan nanopartikel yang lebih

bagus dengan menggunakan metoda-metoda yang umum digunakan, seperti:

kopresipitasi, sol-gel, mikroemulsi, hidrotermal/solvoterma, menggunakan

Nanopartikel

Buttom up

(digabung)

Top down

(dipecah)

Page 10: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

16

cetakan (templated synthesis), sintesis biomimetik, metoda cairan superkritis, dan

sintesis cairan ionik.

2.3. Metode Kopresipitasi

Kopresipitasi merupakan proses kimia dalam mensintesis senyawa

anorganik yang didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi secara

bersama–sama ketika melewati titik jenuh.Proses diawali denganadanya zat

terlarut yang mengendap sehingga menghasilkan endapanyang diinginkan.

Pengendapan terjadi sebagai akibat pembentukan kristal campuran. Selain itu

endapan ini dapat pula terbentuk karena adanya absorbsi (penyerapan) ion-ion

selama proses pengendapan (Nugroho, 2010; Pokropivny,V. et al. 2007).

Adsorbsi permukaan merupakan suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida,

cairan maupun gas, terikat kepada suatu padatan atau cairan (adsorben) dan

akhirnya membentuk suatu adsorbat pada permukaannya, umumnya akan paling

besar pada endapan yang mirip gelatin dan paling sedikit pada endapan dengan

sifat makro-kristalin yang menonjol. Pada saat endapan terbentuk, langkah

selanjutnya dalam proses ini adalah meningkatkan kemurnian dari endapan

dengan cara menyaringendapan, melarutkannya lagi dan mengendapkan lagi

secara berulang-ulang.Hal ini dilakukan agar terjadi dekomposisi ion-ion yang

terikat oleh larutan pengikat (larutan basa) sedangkan ion-ion yang tidak terikat

oleh larutan pengikat akan bereaksi membentuk produk/hasil reaksi. Kopresipitasi

memiliki reaksi fisik dan kimia yang dapat dilihat pada tabel 2.5(Sholihah, 2010

dan Fernandez, 2011).

Page 11: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

17

. Tabel 2.1.Reaksi fisik dan kimia dari metode kopresipitasi

Sifat Fisik Sifat Kimia

Suhu reaksi yang diperlukan , 100o C Proses Kopresipitasi akan

meninggakatkan pH

Pada Kopresipitasi dilakukan

pengadukan secara terus menerus agar

larutan homogen

Kopresipitasi dilakukan pada larutan

encer agar memudahkan proses

penyaringan

Memiliki ukuran partikel hasil sintetis

lebih kecil daripada metode sol state

dan lebih besar daripada metode sol gel

Meningkatkan homogenitas dengan

penambahan larutan pengendap.

Produk dari metode ini diharapkan memiliki ukuran partikel yang lebih

kecil dan lebih homogen daripada metoda solid state dan ukuran partikel yang

lebih besar dari pada metoda sol-gel. Bila suatu endapan memisah dari dalam

suatu larutan, endapan itu tidak selalu sempurna murninya, kemungkinan

mengandung berbagai jumlah zat pengotor, bergantung pada sifat endapan dan

kondisi pengendapan. Kontaminasi endapan oleh zat-zat yang secara normal larut

dalam cairan induk dinamakan kopresipitasi. Kita harus membedakan dua jenis

kopresipitasi yang penting. Yang pertama adalah yang berkaitan dengan adsorpsi

pada permukaan partikel yang terkena larutan, dan yang kedua adalah yang

sehubungan dengan oklusi zat asing sewaktu proses pertumbuhan kristal dari

partikel-partikel primer.

Page 12: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

18

2.3.1. Kemurnian endapan

Setelah proses pengendapan masalah berikut adalah bagaimana cara mendapatkan

endapan semurni mungkin untuk mendapatkan hasil analisis seteliti mungkin. Ikut

sertanya pengotor pada endapan dapat dibedakan menjadi:

1.Pengendapan bersama (ko-presipitasi)

Pada proses pengotoran ini, zat pengotor mengendap bersama-sama endapan

yang diinginkan.Bentuk atau macam pengendapan bersama ini dapat

dibedakan:

a. Adsorpsi permukaan; zat pengotor teradsorpsi atau terserap pada permukaan

endapan, peristiwa ini dapatterjadi pada endapan berbentuk jel, karena

mempunyai luas permukaan cukup besar. Contoh ikut mengendapnya NaCl

pada endapan AgCl.

b. Inklusi isomorf; zat pengotor masuk kedalam kisi hablur endapan, dan

membentuk hablur campuran

c. Inklusi tak isomorf; zat pengotor larut dalam endapan dan membentuk

lapisan endapan. Contoh :pengotoran barium sulfat oleh barium nitrat.

d. Oklusi; zat pengotor terkurung dalam hablur endapan

2.Pengendapan susulan (post presipitasi)

Proses ini berupa pengendapan zat pengotor setelah selesainya

pengendapan zat yang diinginkan atau terjadinya endapan kedua pada permukaan

endapan pertama. Berbeda dengan pengendapan bersama , dimana endapan dan

Page 13: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

19

pengotor mengendap bersama-sama. Pada proses ini senyawa yang diinginkan

mengendap dulu, baru zat pengotor menyusul mengendap. Makin lama endapan

dibiarkan dalam induk larutannya, makin meningkat jumlah zat pengotor

menyusul mengendap.

2.4. Bahan Nanopartikel

2.4.1. Tembaga (Cu)

Tembagamerupakan suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki

lambang Cu dan nomor atom 29. Lambangnya berasal dari bahasa Latin

Cuprum.Bahan ini merupakan konduktor panas dan listrik yang baik.Disamping

itu tembaga merupakan salah satu logam non-ferrous yang paling penting dan

banyak dipakai mulai dari industri sederhana sampai industri berteknologi tinggi.

Ada dua deret senyawa tembaga. Senyawa-senyawa tembaga(I) diturunkan

dari senyawa tembaga(I) oksida (Cu2O), mengandung ion tembaga(I), Cu2+.

Senyawa tembaga(I) mudah dioksidasikan menjadi senyawa tembaga(II

), yang dapat diturunkan dari tembaga(II) oksida, CuO.

Tembaga membentuk senyawa dengan tingkat oksidasi +1 dan +2, namun

hanya tembaga(II) yang stabil dan mendominasi dalam larutan air. Dalam larutan

air, hampir semua garam tembaga(II) berwarna biru, yang karakteristik dari warna

ion kompleks koordinasi 6, [𝐶𝐶𝐶𝐶(𝐻𝐻2𝑂𝑂)6]2+. Kekecualian yang terkenal yaitu

tembaga(II) klorida yang berwarna kehijauan oleh karena ion kompleks

[𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶4]2−yang mempunyai bangun geometri dasar tetrahedral atau bujursangkar

bergantung pada kation pasangannya.

Page 14: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

20

Garam-garam tembaga(II) umumnya berwarna biru, baik dalam bentuk

hidrat, padat, maupun dalam larutan air. Warna ini benar-benar khas hanya untuk

ion tetraakuokuprat(II) saja. Garam-garam tembaga(II) anhidrat, seperti

tembaga(II) sulfat anhidrat Cu2SO4, berwarna putih (atau sedikit kuning). Dalam

larutan air selalu terdapat ion kompleks tetrakuo (Vogel, 1990).

Gambar 2.3.Tembaga

2.4.2. Sifat Kimia Tembaga

Tembaga merupakan unsur yang relatif tidak reaktif sehingga tahan

terhadap korosi. Pada udara yang lembab permukaan tembaga ditutupi oleh suatau

lapisan yang berwarna hijau yang menarik dari tembaga karbonat basa,

Cu(OH)2CO3.

Tembaga panas dapat bereaksi dengan uap belerang dan halogen. Berekasi

dengan belerang membentuk tembaga(I) sulfida dan tembaga(II) sulfida dan untuk

reaksi dengan halogen membentuk tembaga(I) klorida , khusus klor yang

menghasilkan tembaga(II) klorida.

Pada umumnya lapisan tembaga adalah lapisan dasar yang harus dilapisi

lagi dengan nikel atau khrom. Pada prinsipnya merupakan proses pengendapan

logam secara elektrokimia, digunakan listrik arus searah (DC). Jenis elektrolit

yang digunakan adalah tipe alkali dan tipe asam.

Page 15: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

21

Tabel 2.2.Data Sifat Kimia Tembaga

Data sifat kimia Keterangan Nama, lambang, nomor atom Tembaga, Cu, 29 Deret kimia Logam transisi Golongan, periode, blok 1B, 4, d Massa atom (g/mol) 63,546 Konfigurasi elektron [𝐴𝐴𝐴𝐴]3𝑑𝑑104𝑠𝑠1 Jumlah elektron tiap kulit 2, 8, 18, 1 Bilangan oksida(oksida amfoter) 2, 1 Elektronegatifitas (skala pauling) 1,90 ionisasi (kJ/mol) pertama: 745,5

kedua : 1957,9 ketiga : 3555

Jari-jari atom (pm) 135 Jari-jari kovalen (pm) 138 Struktul kristal Face centered cubic

Tabel 2.3 Beberapa senyawaan yang dibentuk oleh tembaga

Tembaga(II) Nama

CuO

Cu(OH)2

CuCl2

CuF2

CuS

CuSO4.5H2O

Cu(NO3)2.3H2O

tembaga(II) oksida

tembaga(II) hidroksida

tembaga(II) klorida

tembaga(II) fluorida

tembaga(II) sulfida

tembaga(II) sulfat pentahidrat atau vitriol biru

tembaga(II) nitrat trihidrat

2.4.3. Sifat Fisika Tembaga

Tembaga merupakan logam yang berwarna kuning kemerahan seperti

emas kuning dank eras bila tidak murni. Mudah ditempa(liat) dan bersifat mulur

Page 16: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

22

sehingga mudah dibentuk menjadi pipa, lembaran tipis dan kawat. Konduktor

panas dan listrik yang baik, setelah perak.

Tabel 2.4.Data Sifat Fisika Tembaga

Data sifat fisika Keterangan

Bentuk Padat

Warna Logam merah jambu

Massa jenis (g/m3) 8,96

Titik lebur (K) 1357,77

Titik didih (K) 2835

Kalor peleburan (kJ/mol) 13,26 Kalor penguapan (kJ/mol) 300,4 Kapasitas kalor (J/mol K) (250C) 24,440

2.4.4. Senyawa Cu2O

Copper(I) oxide atau tembaga oksida adalah senyawa anorganik dengan

rumus kimia Cu2O. Senyawa tersebut dapat berwarna merah, coklat bahkan

kehitaman, tergantung pada ukuran partikel. Dalam sejarah semikonduktor, Cu2O

merupakan salah satu bahan yang paling banyak dipelajari dan aplikasi

semikonduktor telah dibuktikan terlebih dahulu dalam material

semikonduktor.Bahan aditif seperti air dan asam mempengaruhi laju proses ini

serta oksida lebih lanjut untuk tembaga(III) oksida. Hal ini juga diproduksi secara

komersil dengan mereduksitembaga(II) solusidengansulfur dioksida.

Larutankloridatembagabereaksi dengandasaruntuk memberikanbahan yang sama.

Dalam semua kasus, warnasangatsensitif terhadapdetailprosedural. Pembentukan

tembaga(I) oksida adalah dasar dari uji Fehling dan uji Benedict untuk

Page 17: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

23

mengurangi gula. Gula-gula ini mengurangi larutan alkali dari tembaga(II) garam,

memberikan endapan merah cerah dari Cu2O.

Tabel 2.5.Karakteristik Cu2O

Data sifat fisika Keterangan

Bentuk Padat

Warna Coklat Kehitaman,Merah

Massa jenis (g/m3) 6,0

Titik lebur (K) 1505

Titik didih (K) 2073

Cuprous Oxide (Cu2O) sebagai material semikonduktor merupakan bahan

dengan konduktivitas yang berada diantara isolator (penghantar listrik yang

buruk) dan konduktor (penghantar listrik yang baik).Material semikonduktor

bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah namun pada

temperature ruangan bersifat sebagai konduktor. Semikonduktor sangat berguna

karena sifat konduktifitasnya dapat dirubah dan dikontrol dengan memberi materi

lain ataumenambahkan ketidakmurnian (doping).Doping merupakan pengotor

bahan semikonduktor.

Dalam semikonduktor terdapat band gap(pita energi) dimana range energi

dalam suatu zat padat dimana tidak ada elektron yang berada padakeadaan stabil.

Struktur pita elektron dari padatan umumnya pita energy terdapat perbedaan

energi dalam elektron volt diantara pita valensi dan pita konduksi dimana

ditemukan isolator dan semikonduktor.

Page 18: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

24

Dalam sejarah semikonduktor, Cu2O adalah salah satu bahan yang paling

banyak dipelajari, dan banyak pengamatan eksperimental dan aplikasi

semikonduktor telah dibuktikan terlebih dahulu dalam materi semikondukor,

semikonduktor dioda. Oksida tembaga umumnya digunakan sebagai pigmen,

fungisida dan agent antifrouling untuk cat laut. Rectifier dioda berdasarkan bahan

yang telah digunakan industry sejak awal tahun 1924, jauh sebelum silicon

menjadi standar.

Gambar 2.4.Cuprous Oxide (Cu2O)

2.5. Semikonduktor

Semikonduktor merupakan bahan padat yang mempunyai pita valensi

yang berenergi rendah dan pita konduksi yang berenergi lebih tinggi. Pada suhu

nol mutlak, pita valensi terisi penuh oleh elektron dan pita konduksi tidak terisi

dengan electron (kosong), sehingga pada suhu nol mutlak material ini menjadi

isolator sempurna. Terjadinya perpindahan elektron dari pita valensi ke pita

konduksi diakibatkan oleh pengaruh suhu dan penyinaran. Tetapi secara alami

pada suhu di atas nol mutlak, sebagian elektron telah berada di pita konduksi.

Elektron dapat berpindah bila energinya lebih besar atau sama dengan celah

energi yang ada di atasnya.

Page 19: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

25

Elektron yang berpindah ke pita konduksi akan menjadi elektron bebas

dan akan meninggalkan sejumlah kekosongan di pita valensi yang disebut sebagai

lubang (hole) yang nantinya akan berekombinasi kembali dengan elektron.

Elektron dan hole inilah yang menjadi penghantar arus listrik pada material

semikonduktor. Berdasarkan asal muatan pembawa, semikonduktor dibedakan

menjadi dua kelompok yaitu semikonduktor instrinsik dan semikonduktor

ekstrinsik. Semikonduktor instrinsik hanya terdiri dari sebuah unsur atau senyawa,

electron ataupun hole berasal dari atom itu sendiri.

Pada semikonduktor ekstrinsik, electron maupun hole-nya tidak hanya dari

bahan utamanya saja melainkan juga berasal dari atom-atom pengotornya.

Pemberian pengotor pada bahan semikonduktor disebut sebagai doping. Dengan

adanya doping, bahan semikonduktor mengalami perubahan jumlah pembawa

muatan, konduktivitasnya bertambah dan resistansinya menurun. Berdasarkan

mayoritas pembawa muatannya semikonduktor digolongkan menjadi

semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n. Pada semikonduktor tipe-n atom

pengotornya kelebihan electron (atom donor) sehingga semikonduktor ini

bermuatan negatif, sedangkan pada semikonduktor tipe-p atom pengotornya

kekurangan elektron (atom akseptor) sehingga semikonduktor ini bermuatan

positif dengan pembawa mayoritas adalah hole. Jika disinari, bahan

semikonduktor akan mengalami efek fotovoltaik, yaitu penyerapan cahaya

sehingga menaikkan energi elektron sehingga tereksitasi ke level energi yang

lebih tinggi dan menghasilkan arus listrik.(Saputra, D.,2006).

Page 20: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

26

2.5.1 Semikonduktor Cu2O (Cuprous dioxide)

Semikonduktor Cu2O merupakan semikonduktor tipe-p yang memiliki

celah pita enegi yang berkisar antara 2.0-2.1 eV, (He Ping, et al, 2004; Kuo CH,et

al, 2007; Lin X.F., et al., 2010; Sekhar, H, et al, 2012;) celah pita energy yang

dimiliki semikonduktor Cu2O ini merupakan rentang yang bisa diterima untuk

konversi energy surya, karena material semikonduktor dengan celah pita energy

antara 1 eV, sampai 2 eV merupakan material dengan cocok digunakan dalam

aplikasi sel surya.Penentuan nilai band gap merupakan salah satu parameter utama

dalam menentukan aplikasi yang sesuai untuk suatu material semikonduktor.

Struktur Kristal semikonduktor Cu2O adalah kubik. Nilai parameter kisi a

= 4.27 �̇�𝐴, memiliki massajenis 0.609 g/cm3 dan tidak larut dalam air. Senyawa

Cu2O atau cuprous oxide memiliki nama lain copper (I) oxide, cuprite (mineral),

atau Read Copper Oxide. (Lestari.,V, 2009)

Gambar 2.5. Struktur kristal Cu2O

Page 21: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

27

2.6. Karakterisasi Nanopartikel

2.6.1. X-Ray Diffractometry(XRD)

Difraksi sinar-X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu

padatan dengan membandingkan nilai jarak d (bidang kristal) dan intensitas

puncak difraksi dengan data standar. Pengujian ini merupakan aplikasi langsung

dari pemakaian sinar X untuk menentukan jarak antara kristal dan jarak antara

atom dalam kristal.

Gambar 2.6. Difraksi Bidang Atom

Gambar 2.6. menunjukkan suatu berkas sinar X dengan panjang gelombang λ,

jatuh pada sudut θ pada sekumpulan bidang atom berjarak d. Sinar yang

dipantulkan dengan sudut θ hanya dapat terlihat jika berkas dari setiap bidang

yang berdekatan saling menguatkan. Oleh sebab itu, jarak tambahan satu berkas

dihamburkan dari setiap bidang yang berdekatan, dan menempuh jarak

sesuaidengan perbedan kisi yaitu sama dengan panjang gelombang n λ. Sebagai

contoh, berkas kedua yang ditunjukkan gambar 2.7. harus menempuh jarak lebih

jauh dari berkas pertama sebanyak PO + OQ. Syarat pemantulan dan saling

menguatkan dinyatakan oleh :

nλ = PO + OQ = 2ON sinθ = 2d sinθ (1.1)

Page 22: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

28

Persamaan (1.1) disebut dengan hukum Bragg dan harga sudut kritis θ

untukmemenuhi hukum tersebut dikenal dengan sudut Bragg.

Prinsip dasar dari XRD adalah hamburan elektron yang mengenai

permukaan kristal. Bila sinar dilewatkan ke permukaan kristal, sebagian sinar

tersebut akan terhamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke lapisan

berikutnya. Sinar yang dihamburkan akan berinterferensi secara konstruktif

(menguatkan) dan destruktif (melemahkan). Hamburan sinar yang berinterferensi

inilah yang digunakan untuk analisis.

Difraksi sinar-X hanya akan terjadi pada sudut tertentu sehingga suatu zat

akan mempunyai pola difraksi tertentu. Pengukuran kristalinitas relatif dapat

dilakukan dengan membandingkan jumlah tinggi puncak pada sudut-sudut

tertentu dengan jumlah tinggi puncak pada sampel standar.

Di dalam kisi kristal, tempat kedudukan sederetan ion atau atom disebut

bidang kristal. Bidang kristal ini berfungsi sebagai cermin untuk merefleksikan

sinar–X yang datang. Posisi dan arah dari bidang kristal ini disebut Indeks Miller.

Setiap kristal memiliki bidang kristal dengan posisi dan arah yang khas, sehingga

jika disinari dengan sinar-X pada analisis XRD akan memberikan difraktogram

yang khas pula.

Dari data XRD yang diperoleh, dilakukan identifikasi puncak-puncak

grafik XRD dengan cara mencocokkan puncak yang ada pada grafik tersebut

dengan database ICDD. Setelah itu, dilakukan refinement pada data XRD dengan

menggunakan metode Analisis Rietveld yang terdapat pada program RIETAN.

Melalui refinement tersebut, fase beserta sruktur, space group, dan parameter kisi

Page 23: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

29

yang ada pada sampel yang diketahui. Melalui grafik XRD, grain size dari sampel

juga dapat diperkirakan. Grain size dihitung dengan menggunakan persamaan

Scherrer, yaitu :

𝑆𝑆 = 0,9 . 𝜆𝜆𝐵𝐵 cos 𝜃𝜃

(2.1)

dengan :

S = grain size

λ = panjang gelombang berkas sinar X

B = FWHM (full width half maximum).

𝜃𝜃 = besar sudut dari puncak dengan intensitas tinggi.

Gambar 2.7. Instrumentasi XRD (X-Ray Difraction)

Page 24: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

30

2.6.2. SEM (Scanning Electron Microscope) -EDX

SEM (Scaning Electron Microscope) merupakan mikroskop elektron yang

didesain untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material yang dianalisis

menggunakan berkas electron. Adapun fungsi utama dari SEM antara lain dapat

digunakan untuk mengetahui informasi-informasi mengenai topografi (ciri-ciri

permukaan), Morfologi (bentuk dan ukuran dari partikel penyusun objek ), dan

Informasi kristalografi objek.Pada intrument SEM terintegrasi sebuah detektor

Energy Dispersive X-ray (EDX) yang memungkinkan dilakukannya mikroanalisis

secara kualitatif dan semi kuantitatif untuk menentukan komposisi unsur-unsur

dari suatu objek material.

Prinsip kerja SEM yaitu bermula dari electron beam yang dihasilkan oleh

sebuah filamen pada electron gun. Pada umumnya electron gun yang digunakan

adalah tungsten hairpin gun dengan filamen berupa lilitan tungsten yang berfungsi

sebagai katoda. Tegangan diberikan kepada lilitan yang mengakibatkan terjadinya

pemanasan. Anoda kemudian akan membentuk gaya yang dapat menarik elektron

melaju menuju ke anoda. Elektron berinteraksi dengan sampel komposisi

molekul. Energi dari elektron menuju ke sampel secara langsung dalam proporsi

jenis interaksi elektron yang dihasilkan dari sampel. Serangkaian energi elektron

terukur dapat dihasilkan yang dianalisis oleh sebuah mikroprosesor yang canggih

yang menciptakan gambar tiga dimensi atau spektrum elemen yang unik yang ada

dalam sampel dianalisis. Ini adalah rangkaian elektron yang dibelokkan oleh

tumbukan dengan elektron yang dihamburkan oleh sampel(Gambar 2.8). (Zhou

W., et al, 2006; )

Page 25: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

31

Gambar 2.8.Prinsip Kerja SEM (Scanning Electron Microscopy)-EDX

Untuk mengenali jenis atom dipermukaan yang mengandung multi atom

para peneliti lebih banyak mengunakan teknik EDS (Energy Dispersive

Spectroscopy). Sebagian besar alat SEM dilengkapi dengan kemampuan ini,

namun tidak semua SEM punya fitur ini. EDS dihasilkan dari Sinar X

karakteristik, yaitu dengan menembakkan sinar X pada posisi yang ingin kita

ketahui komposisinya. Maka setelah ditembakkan pada posisi yang diinginkan

maka akan muncul puncak – puncak tertentu yang mewakili suatu unsur yang

terkandung. Dengan EDS dapatjuga dilakukan elemental mapping (pemetaan

elemen) dengan memberikan warna berbeda – beda dari masing – masing elemen

di permukaan bahan. EDS bisa digunakan untuk menganalisa secara kunatitatif

dari persentase masing – masing elemen.

Page 26: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

32

Gambar 2.9.Instrumentasi Uji SEM (Scanning Electron Microscopy)-EDX

2.6.3. Konduktivitas Listrik

Konduktivitas listrik σ (S/cm) berhubungan dengan resistivitas ρ (Ω cm)

sesuai dalam persamaan 2.2:

σ = 1ρ (2.2)

Peningkatan konduktivitas listrik disebabkan oleh eksitasi dari

penambahan pengisian bebas yang diangkut oleh cahaya energi tinggi pada

semikonduktor dan isolator. Material alami maupun buatan yang terdapat di alam

dapat diklasifisikan menjadi tiga yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor.

Nilai dari konduktivitas listrik ketiga material tersebut berbeda. Material

semikonduktor mempunyai nilai konduktivitas antara selang dari (10-8

– 103)

S/cm.(Sze, S.M., 2007.)

Page 27: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

33

Gambar2.10. Spektrum Konduktivitas Listrik dan Resistivitas

Resistansi suatu material bergantung pada panjang, luas penampang

lintang, tipe material dan temperature. Pada material ohmik resistansinya tidak

bergantung pada arus dan hubungan empiris ini disebut dengan hukum Ohm yang

dinyatakan sesuai dalam persamaan 2.3 :

V = IR; R = konstan (2.3)

Untuk material nonohmik, arus tidak sebanding dengan tegangan. Resistansinya

bergantung pada arus, didefinisikan sesuai dalam persamaan 2.4:

𝑅𝑅 = 𝑉𝑉𝐼𝐼 (2.4)

Kurva hubungan arus dan tegangan pada material Ohmik adalah linear

sedangkan material nonohmik kurva hubungannya tidak linear. Resistansi suatu

kawat penghantar sebanding dengan panjang kawat dan berbanding terbalik

dengan luas penampang lintang sesuai dalam persamaan 2.4 :

𝑅𝑅 = ρ 𝐿𝐿𝐴𝐴 (2.5)

Page 28: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

34

Dimana ρ disebut resistivitas material penghantar. Satuan resistivitasadalah ohm

meter (Ωm). Kebalikan dari resistivitas disebut konduktivitas (σ).Adapun nilai

konduktivitas suatu material bergantung dari sifat material tersebut. Konduktivitas

listrik adalah kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik.

Persamaan berikut merupakan hubungan konduktivitas listrik dan resistansi sesuai

dalam persamaan 2.6 dan 2.7 :

𝑅𝑅 = 𝐿𝐿σ𝐴𝐴

(2.6)

σ = 𝐿𝐿𝑅𝑅𝐴𝐴

(2.7)

Nilai konduktivitas pada suatu material dapat diukur dengan mengunakan

probe empat titik (four point probe), yaitu suatu jajaran empat probe diletakkan

di atas material yang diukur konduktivitasnya. Kemudian sumber tegangan

dipasang pada dua probe terluar untuk menghasilkan arus diantara probe dalam,

dengan demikian pada probe bagian dalam akan timbul tegangan. (Keithley,

2005). Hasil yang telah didapat dianalisa berdasarkan hukum ohm.

Gambar 2.11. Penentuan Konduktivitas Metode four point Collinear probe

Page 29: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

35

2.6.4. Spektofotometer Ultra Violet-Visible (UV-Vis)

Karakterisasi dengan Spektofotometer Ultra Violet-Visible (UV-Vis)

dilakukan untuk membantu penentuan sifat optik seperti besarnya energi

gap.Spektroskopi adalah teknik yang digunakan untuk mengeksitasi elektron

valensi dalam atom seperti celah pita (band) dari atom atau molekul. (M.M.

Grady, 2006) Spektofotometer ini merupakan gabungan antara spektrofotometri

UV dan Visible. Menggunakan dua buah sumber cahaya berbeda, sumber cahaya

UV dan sumber cahaya Visible. Spektrofotometer UV-Vis mempunyai rentang

pengukuran pada panjang gelombang 200-800 nm (Gambar).Gugusan atom yang

mengabsorpsi radiasi UV-Vis adalah gugus kromofor. Ketika suatu molekul

sederhana dikenakan radiasi elektromagnetik, molekul tersebut akan

mengabsorbsi radiasi elektromagnetik yang energinya sesuai. Pada molekul terjadi

transisi elektronik dan absorbsi tersebut menghasilkan garis spektrum (Gambar

2.12).

Gambar 2.12. Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Page 30: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

36

Spektrofotometer Ultraviolet-Visible (UV-Vis) digunakan untuk

menentukan lebar celah pita energi dalam semikonduktor.Lebar celah pita energi

semikonduktor menentukan sejumlah sifat fisis semikonduktor tersebut.Beberapa

besaran yang bergantung pada lebar celah pita energi adalah mobilitas pembawa

muatan dalam semikonduktor, kerapatan pembawa muatan, spektrum absorpsi,

dan spektrum luminisensi. Ketika digunakan untuk membuat divais

mikroelektronik, lebar celah pita energi menentukan tegangan cut off

persambungan semikonduktor, arus yang mengalir dalam devais,

kebergantunganarus pada suhu, dan sebagainya.

Gambar 2.13. Prinsip Kerja UV Vis Spectroscopy

Dasar pemikiran metode penggunaan UV-Vis sederhana. Jika material

disinari dengan gelombang elektromagnetik maka foton akan diserap oleh

elektron dalam material. Setelah menyerap foton, elektron akan berusaha

meloncat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Jika elektron yang menyerap foton

mula-mula berada pada puncak pita valensi maka tingkat energi terdekat yang

Page 31: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

37

dapat diloncati electron adalah dasar pita konduksi. Jarak ke dua tingkat energi

tersebut sama dengan lebar celah pita energi.

Gambar 2.14.Eksitasi elektron saat di sinari dengan gelombang.

Jika energi foton yang diberikan kurang dari lebar celah pita energi maka

elektron tidak sanggup meloncat ke pita valensi.Elektron tetap berada pada pita

valensi.Dalam keadaan ini dikatakan elektron tidak menyerap foton.Radiasi yang

diberikan pada material diteruskan melewati material (transmisi). Elektron baru

akan meloncat ke pita konduksi hanya jika energi foton yang diberikan lebih besar

daripada lebar celah pita energi. Elektron menyerap energi foton tersebut.Dalam

hal ini dikatakan terjadi absorpsi gelombang oleh material.Ketika kita

mengubahubah frekuensi gelombang elektromagnetik yang dijatuhkan ke material

maka energi gelombang dimana mulai terjadi penyerapan oleh material

bersesuaian dengan lebar celah pita energi material.Lebar celah pita energi

semikonduktor umumnya lebih dari 1 eV.Energi sebesar ini bersesuaian dengan

panjang gelombang dari cahaya tampak ke ultraviolet. (Abdullah M.,et al, 2008).

Page 32: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

38

Gambar 2.15.Instrumentasi Spektrofotometer UV-Vis

Pengukuran dengan UV-Vis spektrofotometer dilakukan pada

nilaiabsorbansi.Absorbansi dengan simbol A dari larutan merupakan logaritma

dari (1/T atau logaritma lo/l).Absorbsi meliputi transisi dari tingkat dasar ke

tingkat yang lebih tinggi, yakni tingkat tereksitasi. Dengan menelaah frekuensi

bahan yang tereksitasi maka dapatdiidentifikasi dan dianalisis karakteristik dari

sebuah bahan.

Pada bahan semikonduktor, kemampuan dalam menyerap radiasiatau

energi disebut sebagai absorbansi dimana masing-masing bahan semikonduktor

memilki nilai absorbansi dengan rentang panjang gelombang yang berbeda-

beda.Absorbansi yang diukur instrument Uv-Vis sesuai dengan hukum Lambert-

Berr :

𝐴𝐴 = 𝜀𝜀. 𝑏𝑏.𝐶𝐶 (2.8)

Dengan : A = Absorbansi (unit absorbansi / a.u.)

𝜀𝜀 = Absorpivitas molar (M-1cm-1)

Page 33: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

39

b = tebal larutan (cm)

C = konsentrasilarutan (M)

𝛼𝛼 = − 1𝑏𝑏𝐶𝐶𝑙𝑙 𝐼𝐼

𝐼𝐼0 (2.9)

Dimana : α = koefisien absorbsi

b = tebal sampel (cm)

I0 = intensitas cahaya yang menuju sampel (W/m2)

I = intensitas cahaya yang keluar dari sampel (W/m2)

Transmitansi didefinisikan sebagai rasio antara intensitas cahaya yang

ditransmisikan dengan intensitas cahaya yang menuju sampel.

𝑇𝑇 = 𝐼𝐼𝐼𝐼0

(2.10)

hubungan antara absorbansi dan transmitansi sebagai berikut :

A = −logT (2.11)

Penentuan nilai energi gap (celah energi) semikonduktor dapat dilakukan

dengan membuat ekstrapolasi pada daerah linier dari grafik hubungan antara

(αhυ)2sebagai absis (sumbu y)terhadap hυsebagai ordinat (sumbu x)berdasarkan

persamaan :

αhυ = C(hυ – Eg)n/2 (2.12)

dengan : C = konstanta

n = bilangan yang bergantung sifat transisi

α = koefisien absorbansi

hυ = energi Foton (eV)

Page 34: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

40

Kemudian dalam penentuan nilai energi foton semikonduktor dihitung berdasarkan persamaan :

𝐸𝐸𝑔𝑔 = ℎ𝑐𝑐 λ

(2.13)

dengan :

h = tetapan Planck (6,63 x 10-34 J.s atau 4.14 ×10–15eV)

c = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s)

λ = panjang gelombang (m)

Dengan melakukan ekstrapolasi bagian linier kurva (αhυ)2terhadap hυ

memotong absis, diperoleh nilai energi yang dinamakan celah energi (Eg).

Ekstrapolasi dilakukan pada daerah kurva yang meningkat tajam, dimana daerah

tersebut menyatakan terjadinya transisi langsung. (Sze, S.M., 2007.)

2.6.5. FTIR(Fourier Transform Infra Red)

FTIR (Fourier Transform Infra Red)merupakanmetode analisis material

dengan menggunakan spektroskopi sinar infra merah.FTIR ini adalah teknik yang

digunakan untuk mendapatkan spektrum inframerah dari absorbansi dan

transmitansi dari sampel padat, cair maupun gas. Karakterisasi dengan

menggunakan FTIR bertujuan untuk mengetahui jenis-jenis vibrasi antar atom.

FTIR juga digunakan untuk menganalisa senyawa organik dan anorganik serta

analisa kualitatif dan analisa kuantitatif dengan melihat kekuatan absorpsi

senyawa pada panjang gelombang tertentu. (Thermo Nicolet Corp, 2001)

Page 35: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

41

Sinar infra merah memiliki rentang panjang gelombang dari 2.5 μm

sampai 25 μm. Adapun frekuensi sinar infra red memiliki rentang dari 400 cm-

1sampai 4000 cm-1. FTIR merupakan salah satu pengujian tidak merusak.Dalam

spektroskopi sinar infra merah, radiasi sinar infra merah ditembakkan ke arah

sebuah molekul.Sebagian radiasi sinar infra merah tersebut diserap (diadsorpsi)

oleh molekul dansebagian lagi diteruskan (ditransmisikan) melalui molekul

tersebut yangmenghasilkan sebuah spektrum.Hasil spektrum tersebut mewakili

nilai adsorpsidan transmisi dari molekul. Seperti sidik jari manusia, tidak ada

molekul yangmemiliki nilai spektrum atau vibrasi yang sama. Hal itu

menyebabkanspektroskopi infra merah sangat bermanfaat untuk menganalisis dari

molekul.Instrumen FTIR memiliki 5 komponen, yaitu Sumber sinar infra merah,

Interferometer, Sampel, Detektor, dan komputer.Alat uji FTIR ditunjukkan seperti

pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16. Instrumentasi Uji FTIR (Fourier Transform Infra Red)

Page 36: repository.usu.ac.id › bitstream › handle › 123456789... · BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nanopartikelfarmasi dan kedokteran, transportasi,industri air, elektronika dan kecantikan.

42

Pengujian FTIR memiliki 3 fungsi, yaitu (i) untuk

mengidentifikasimaterial yang belum diketahui, (ii) untuk menentukan kualitas

atau konsistensisampel, dan (iii) untuk menentukan intensitas suatu komponen

dalam sebuahcampuran. FTIR merupakan pengujian kuantitatif untuk sebuah

sampel.Ukuranpuncak (peak) data FTIR menggambarkan jumlah atau intensitas

senyawa yangterdapat didalam sampel.FTIR menghasilkan data berupa grafik

intensitas danfrekuensi.Intensitas menunjukkan tingkatan jumlah senyawa

sedangkan frekuensimenunjukkan jenis senyawa yang terdapat dalam sebuah

sampel. Gambar 2.18menunjukkan hasil proses pengujian instrumental FTIR.

(Thermo Nicolet Corp, 2001)

Gambar 2.17.Proses Pengujian instrumental FTIR