PKM- P Aplikasania Nano untuk Kaca Helm Anti Embun
A. JUDULPengembangan Kaca Helm Anti Embun Menggunakan Teknologi
Nano
B. LATAR BELAKANG MASALAHHelm merupakan perangkat yang sangat
dibutuhkan bagi pengendara sepeda motor. Kaca helm merupakan bagian
dari helm yang juga sangat penting fungsinya, kaca helm melindungi
kepala bagian depan atau wajah dari terpaan angin, debu, kotoran
maupun hewan-hewan kecil yang beterbangan di jalan.Saat musim hujan
biasanya terbentuk butiran embun kaca helm yang dapat mengganggu
penglihatan. Hal ini akibat adanya perbedaan suhu udara sekitar di
dalam dan luar helm serta adanya sirkulasi pernafasan di dalam
helm. Kejadian tersebut otomatis membuat jarak pandang serta
konsentrasi menjadi buyar. Dalam kondisi seperti ini dibutuhkan
kaca helm anti embun atau yang lebih dikenal dengan kaca helm
antifog.Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi atau
alat pada ukuran sangat kecil. Materi atau alat ini berukuran
antara (1 100) nanometer. Satu nm sama dengan satu-per-milyar meter
(0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil dari ukuran rambut
manusia. Ukuran (1 100) nm ini disebut juga dengan skala nano
(nanoscale) (wikipedia.org).Titania dapat diaplikasikan sebagai
bahan fotokatalisis, sensor gas, pembersih polutan yang ada di
udara, tanah danair, sebagai bahan campuran cat agar tahan korosi,
pelapisalat-alat dibidang kedokteran, kosmetik, sel surya,
penyerapgelombang elektromagnetik dan lain-lain. Sebagian
besartitanium dioksida yang dipakai aplikasi berukuran
nanometer(Castro, 2008).Penambahan titania dioksida pada kaca helm
dapat membersihkan embun yang dapat terbentuk pada kaca helm.
Titania nano ini dideposisi ke kaca helm sehingga dapat menempel
pada bagian kaca helm tersebut.
C. PERUMUSAN MASALAHBerdasarkan latar belakang di atas, maka
rumusan masalah yang dapat disusun dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:1. Bagaimanakah cara pembuatan TiO2sehingga dapat
dipakai untuk melapisi kaca helm ?2. Variabel apa sajakah yang
perlu diperhatikan untuk mendapatkan plastik berlapis nanokristal
TiO2 dengan sifat hidrofilik dan transparansi yang tinggi ?
D. TUJUANTujuan dari penelitian ini yaitu :1. Mengetahui cara
pembuatan TiO2 nanopartikel dengan metode yang efisien dan
terjangkau.2. Membuat prototype kaca helm anti embun yang dapat
dipakai bagi pengendara sepeda motor.3. Mengetahui berbagai
variabel yang dapat mempengaruhi tingkat transparansi dan sifat
hidrofilik TiO2.
E. LUARAN YANG DIHARAPKANLuaran yang diharapkan dari penelitian
ini adalah artikel dalam jurnal ilmiah.
F. MANFAATManfaat dari penelitian ini antara lain:1. Bagi
mahasiswa, memberikan pengalaman dan wawasan untuk melakukan
serangkaian kegiatan/percobaan pembuatan titania nano sesuai
denganmetodologi penelitian.2. Bagi masyarakat,memberikan inovasi
kaca helm anti embun yang dapat bermanfaat bagi masyarakat
kedepannya.
G. TINJAUAN PUSTAKATitanium adalah logam berlimpah nomor empat
di duniasetelah aluminium, besi, dan magnesium. Selain itu,
titaniumjuga merupakan elemen berlimpah kesembilan (mencakup0,63%
pada kerak bumi) ditemukan pada tahun 1791 diInggris oleh Reverend
William Gregor, yang diberi namasebagai ilmenite. Elemen ini
ditemukan kembali beberapatahun kemudian oleh German Chemist
Heinrich Klaporthdalam bentuk rutile. Logam titanium tidak pernah
ditemukansendirian, keberadaannya selalu berikatan dengan
minerallainnya seperti rutile, ilmenite, leucoxene, anatase,
brookite,perovskite, dan sphene yang ditemukan dalam titanat
danbeberapa besi ore. Titanium juga ditemukan dalam batu bara,abu,
tanaman dan dalam tubuh manusia (O. Carp, 2004).Titanium dioksida
mentah dimurnikan melalui konversi ke titanium tetraklorida dalam
proses klorida. Dalam proses ini, bijih mentah (yang mengandung
setidaknya 70% TiO2) dikurangi dengan karbon, teroksidasi dengan
klorin untuk memberikan titanium tetraklorida, yaitu, klorinasi
carbothermal.Tabel 1.Sifat Kimia dan Sifat Fisika
TiO2KeteranganBesaran
Massa molekul ( gram/mol )79,866
BentukPadatan
WarnaPutih
Densitas ( gram/cm3 )4,23
Titik leleh ( C )1843
Titik didih ( C )2972
( en.wikipedia.org )
Banyak cara yang dapat dilakukan untuk membuat titanium nano,
yaitu :
1. Chemical Vapor Deposition Method (CVD)Metode ini menggunakan
bahan baku (precursor)TTIP (Titanium Tetra Isopropoxide). Pada
metode CVD, lapisan nanopori TiO2 pada lapisan semikonduktor
diperoleh melalui proses deposisi dari precursor penyusunnya (
Maki, K. et.al.,2003 ). Uap gas TTIP dialirkan kedalam reaktor
vakum, kemudian gas tersebut akan terurai dan terdeposisi pada
kaca. Kelemahan dari metode ini adalah:a) Biaya fabrikasi dan
investasi peralatan yang mahal.b) Proses fabrikasi yang rumit
karena membutukan temperatur dan tekanan yang tinggi untuk
memperoleh kondisi vakum.c) Memerlukan waktu proses produksi yang
lama karena banyaknya langkah kerja yang harus dilakukan.
2. Metode Sol-Gel (Sol-Gel Method)Metode Sol-Gel didasarkan pada
perubahan bentuk dari suatu sol. Partikel yang tersuspensi dalam
sol dipolimerisasi pada temperatur rendah menjadi gel basah. Gel
ini kemudian dipanaskan dan dilanjutkan dengan pendinginan
(annealing)untuk menghasilkan nano-partikel TiO2. Nano-partikel
TiO2kemudiandidispersikan dan disemprotkan pada kaca. Kelemahan
dari metode ini meliputi :a) Proses pengubahan sol menjadi gel dan
proses annealing membutuhkan waktu yang lama.b) Proses pelapisan
TiO2 dengan cara penyemprotan (spray) menyebabkan gaya adhesi
antara TiO2 dan kaca rendah sehingga lapisan TiO2 mudah
mengelupas.c) Jangka waktu (lifetime) penggunaan kaca swa-bersih
tidak lama.
3. Metode Pelapisan Nano-partikel dengan Pencelupan (Dip
Coating)Metode ini dilakukan dengan mencelupkan substrat (kaca) ke
dalam larutan TiO2 kemudian substrat tersebut diangkat dengan
kecepatan lambat pada suhu tertentu. Proses selanjutnya adalah
menguapkan pelarut (solvent) dari lapisan TiO2 yang telah menempel
pada kaca. Proses pengangkatan dan pencelupan ini dilakukan secara
berulang kali. Ketebalan lapisan bergantung kepada kecepatan
pengangkatan, kekentalan (viskositas) cairan dan kandungan
substrat.
4. Metode Pelapisan Nano-partikel dengan SputteringMenurut Hoshi
Y. ( 1999 ), Sputtering adalah suatu metode pemercikan material
yang dideposisikan pada substrationisasi target oleh bombardir
elektron.Kelemahan dari metode ini antara lain :a) Biaya untuk
inventarisasi dan bahan kimia yang digunakan sangat mahal.b)
Peralatan-peralatan teknologi vakum mahal karena reaktor-nya harus
kuat untuk menahan tekanan yang rendah.
5. Metode Direct Deposition by Flame (DDF)Metode DDF
merupakanmetode deposisi langsung dengan menggunakan reaktor flame.
Dalam metode DDF berlangsung tiga proses penting yang dapat
dilakukan dalam satu kali pemrosesan, yaitu :a. Proses pembuatan
material nano-partikel TiO2,b. Proses deposisi nano-partikelTiO2
pada substrat kaca, danc. Proses pemanasan lapisan nano-partikel
TiO2 untuk memperbaiki sifat adhesinya.Pada proses DDF,
nano-partikel TiO2 dibuat secara langsung dalam sebuah reaktor
flame, kemudian dilanjutkan dengan proses deposisi langsung dan
proses pemanasan yang dilakukan secara in-situ.
6. Metode Spray Berbagai proses pembuatan nanopartikel dilakukan
para peneliti sekarang salah satu diantaranya dengan proses Spray.
Proses Spray adalah pembangkitan droplet-droplet kecil dari medium
fase cair dan salah satu metoda umum yang digunakan dalam sintesis
padatan partikel nanostruktur. Proses Spray terdiri dari Spray
Drying dan Spray Pyrolysis. Flame spray pyrolysis merupakan metode
pembuatan nanopartikel yang memanfaatkan atomisasi atau
penyemprotan larutan berupa droplet kedalam api (flame) dan akan
menghasilkan partikel serbuk. Menurut Nuryadin B.W (2008), faktor
utama pembentuk partikel sangat dipengaruhi proses spray
(pembentukan droplet) dan proses pemanasan. Selain itu menurut
Choa, Changa et all (2009), ada beberapa faktor lain yang
mempengaruhi proses pembentukan nanomaterial diantaranya
konsentrasi prekursor, dan jenis starting material. Serta lama
waktu kontak dengan api (residence time) menurut Cho, J S et all
(2008).Metoda Spray sangat umum dilakukan karena banyak keuntungan
dengan sistem yang sangat simpel, berbiaya murah, dan dengan skala
yang sangat besar. Bahkan beberapa penelitian mampu memanfaatkan
teknik ini untuk menghasilkan material berporos dan berbentuk
route. Selain itu perangkat yang digunakan dalam metoda spray
mengunakan alat yang sederhana, murah, dan mudah didapatkan tetapi
diakui sebagai metoda pabrikasi partikel nanostruktur. Hal ini
sangat cocok untuk perkembangan teknologi dinegara kita yang sedang
berkembang baik secarapenelitian dan industri.
H. METODE PELAKSANAANH.1. ALAT DAN BAHANH.1.1. BahanBahan yang
digunakan dalam penelitian ini adalah
1. 1
13
2. TTIP (Titanium Tetra Isopropoxide)3. Aquadest4. LPGH.1.2.
AlatAlat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : labu takar
pipet volume pipet tetes botol semprot gelas beaker ultrasonic
nebulizer magnetic stirrer erlenmeyerH.1.3 Gambar Alat
Gambar 1Skema alat flame spray pyrolysis pada pembuatan TiO2
nanopartikel
Keterangan :1. 2. LPG3. Flemix flame burner4. Flame reactor
glass5. Bag filter6. Condenser7. Water8. Watertrap9. Ultrasonic
Nebulizer10. Vacum pump
H.2. LOKASITempat yang digunakan untuk pelaksanaan kegiatan
penelitian dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret.
H.3. CARA KERJA1) Pembuatan powder TiO2 Mengencerkan larutan
TTIP 0,1M dengan menggunakan 100ml aquadest dan HNO3 1M . Merangkai
alat Larutan tadi kemudian dimasukkan kedalamultrasonic nebulizer
Memasang nebulizer pada alat Mengatur aliran gas LPG Menghidupkan
reactor flame Menghidupkan nebulizer dan mengatur flow gas ( udara
pembawa ) Menyedotnya dengan blower dan menangkapnya partikel nano
yang terbentuk dengan bag filter.
2) Pelapisan kaca helm dengan metode penyemprotanSerbukTiO2
disemprotkan pada kaca helm yang dipanaskan, dengan suhu tertentu.
Hal ini bertujuan supaya serbuk TiO2 mau menempel pada kaca helm
yang terbuat dari polimer.
I. JADWAL KEGIATANKegiatanBulan ke-
123456
1. Studi literature
2. Penyiapan alat
3. Penyiapan bahan TTIP
4. Pengambilan data Variabel yang berpengaruh
5. Analisis dan pembahasan
6. Penyusunan laporan
7. Seminar dan diskusi
J. RANCANGAN
BIAYANoJenisJumlahSatuanHarga/satuan(Rp)Total(Rp)
1.Bahan habis pakai
TTIP100ml2.000.0002.000.000
LPG1Tabung (12 kg)85.00085.000
Kaca helm2sampel20.00040.000
Analisa morfologi dan penampang lintang dari lapisan
nano-partikel TiO21sampel300.000300.000
Analisa struktur kristal dari lapisan nano-partikel
TiO21sampel550.000550.000
Analisa kristalinitas dan kemurnian fase dari lapisan
nano-partikel TiO21sampel75.00075.000
Analisa luas area spesifik material nanopori
TiO21sampel150.000150.000
2.Seminar hasil
Konsumsi50paket3.000150.000
Penggandaan makalah50eksemplar2.500125.000
3.Laporan penelitian
Kertas HVS2rim38.00076.000
Tinta printer3set20.00060.000
Penggandaan proposal5eksemplar7.00035.000
Penggandaan laporan hasil5eksemplar15.00075.000
4.Lain-lain
Dokumentasi1set60.00060.000
CD1set5.0005.000
Transportasi--100.000100.000
Publikasi ilmiah / jurnal1kali85.00085.000
Total3.894.500
K. DAFTAR PUSTAKAA.L. Castro, M.R. Nunes, A.P. Carvalho, F.M.
Costa , M.H. Florencio (2007). Synthesis of Anatase TiO2
Nanoparticles with High Temperature Stability And Photocatalytic
Activity. Carp,O.,Huisman,C.L.& Reller,A.(2004).Photoinduced
Reactivity of TitaniumOxide.Progress
inSolidStateChemistry.32:33-177Choa, K., H. Changa;, et al. (2009).
Mechanisms of the Formation of Silica Particles fromPrecursors
withCho, J. S., D. S. Jung, et al. (2008). Spherical shape
hydroxyapatite powders prepared by flame spray pyrolysis.Hoshi, Y.;
Ohki, R. (1999). Low energy rf sputtering system for the deposition
of ITO thin films. Electrochimica Acta 44: 3927-3932.Maki, K.
et.al. 2003. Fabrication of thin films of ITO by aerosol CVD. Thin
Solid Films 445: 224-228.Nuryadin, B.W., 2008, Rancang Bangun
Reaktor Spray Drying Dan Spray Pyrolysis Mengunakan Ultrasonic
Nebulizer Dan Pemanas Bertingkat, Program Studi Fisika, Institut
Teknologi Bandung, Indonesiawww.en.wikipedia.org
L. LAMPIRAN1. BIODATA KETUA DAN ANGGOTA KELOMPOKa. Ketua
Pelaksana KegiatanNama Lengkap : Dien NurfathiaNIM: I
0509012Fakultas / program studi : Teknik / S1 RegulerPerguruan
Tinggi: Universitas Sebelas MaretAlamat rumah: Jl Perdata 3 no. 12,
Tangerang, BantenNo. HP: 08568057042Email:[email protected]
untuk kegiatan: 15 jam / mingguKetua Pelaksana Kegiatan,
(Dien Nurfathia)
b. Anggota pelaksana1) Nama Lengkap:Ulfa HardyantiNIM: I
0509041Fakultas / program studi : Teknik / S1 RegulerPerguruan
Tinggi: Universitas Sebelas MaretWaktu untuk kegiatan: 15 jam /
mingguAnggota Kelompok,
(Ulfa Hardyanti)
2) Nama Lengkap: Ditia Alliandira HaryantoNIM: I 0510010Fakultas
/ program studi : Teknik / S1 RegulerPerguruan Tinggi: Universitas
Sebelas MaretWaktu untuk kegiatan: 15 jam / mingguAnggota
Kelompok
(Ditia Alliandira H.)
2. BIODATA DOSEN PEMBIMBINGa. Nama Lengkap: Agus Purwantob.
Tempat dan tanggal lahir: Sragen, April 11, 1975c. Alamat:
Perumahan Grand TembalangRegency Blok D3 no 6, Bulusan, Tembalang,
Semarangd. NIP: 197504111999031001e. Golongan / Pangkat: III C /
Penataf. Jabatan Fungsional: Lektorg. Fakultas/Program Studi:
Teknik/S1 Regulerh. Perguruan Tinggi: Universitas Sebelas Mareti.
Bidang Keahlian: Nanopartikelj. Pendidikan Formal: S1 Teknik Kimia
ITSS2 Teknik Kimia ITSS3 Chemical engineeringHiroshima University,
Japank. Waktu untuk Kegiatan: 15 jam / minggul. Pengalaman
kerja:InstitusiJabatanPeriode Kerja
Jurusan Teknik Kimia, FT- UNSDosen1998 - sekarang
m. Pengalaman Penelitian:1. Purwanto, A dan Mastuti, E., 2002
,Koefisien Perpindahan Massa Menggunakan Shrinking Core Leaching
Model Pada Ekstraksi Enceng Gondok dengan Pelarut Karbondioksida
Superkritis, Penelitian Dosen Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.2.
Purwanto, A, Jumari,A., 2002,Kajian Model Matsuoka Pada Korosi Baja
Tulangan Beton, DIK-UNS.3. Jumari, A. dan Purwanto, A., 2004,
Koefisien Diffusi Ion Klorida pada Lapisan Abu Sekam-Semen untuk
Aplikasi Proteksi Korosi Baja Tulangan Beton, Penelitian Dosen
Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.4. Purwanto, A dan Paryanto,
2004,Ekstraksi Minyak Buah Mengkudu Secara Proses Alir, Penelitian
Dosen Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.n. Daftar publikasi:1. I Made
Joni, Agus Purwanto, Ferry Iskandar, Manabu Hazata, and Kikuo
Okuyama, Intense UV-light absorption of ZnO nanoparticles prepared
using a pulse combustion-spray pyrolysis method, Chem. Eng. J.,
2009, in press.2. Samsudin Affandi, Heru Setyawan, Sugeng Winardi,
and Agus Purwanto, A Facile Method for Production of High-Purity
Silica Xerogels from Bagasse Ash, Adv. Powder Technol., 2009,
in-press.3. Agus Purwanto, Hendri Widiyandari, Darmawan Hidayat,
Ferry Iskandar, and Kikuo Okuyama, A Facile Method for the
Fabrication of Vertically Aligned ITO Nanopillars with Excellent
Properties. Chem. Mater., 2009, in-press.
Dosen Pembimbing
Dr.Eng Agus PurwantoNIP. 197504111999031001