1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Riset nanoteknologi mengalami perkembangan yang pesat, baik di bidang material dan manufaktur, elektronik, energi (Lieber dan Wang, 2007), sains, dan pengobatan (Das dan Ansari, 2009). Dalam bidang nanosains dilakukan riset struktur suatu material ditinjau sifat fisika dan kimianya untuk menemukan material padat baru, dan membuatnya dengan metode, bentuk, dan ukuran yang berbeda atau baru. Penelitian di bidang nanostruktur begitu signifikan dalam beberapa dekade terakhir, terutama pada pembuatan nanostruktur dengan ukuran, bentuk, dan komposisi yang sesuai dengan target. Hal ini membuat nanosains memiliki peranan penting dalam perkembangan jaman (Yang dan Poeppelmeier, 2006). Nanomaterial adalah suatu material dengan ukuran yang lebih kecil dari skala mikron (1-100 nm). Ketika suatu material dibuat menjadi partikel nano (nanoparticles) (NPs), akan menimbulkan peningkatan reaktivitas. Sifat dari NPs sangat bergantung pada dimensinya (Das dan Ansari, 2009). Dalam beberapa dekade terakhir, penelitian nanostruktur logam 1 dimensi (1D), seperti kawat nano dan batang nano mendapat perhatian khusus, dikarenakan oleh sifat listrik, optik, magnetik, dan termal yang berbeda dibandingkan dengan ukuran bulk. Selain itu, struktur nanostruktur metalik 1D dapat diterapkan di berbagai aplikasi, antara lain: katalis, surface-enhanced Raman scattering (SERS), kristal fotonik, mikroelektronik, dan bio-nanosensor (Coskun, Aksoy dan Unalan, 2011). Kawat nano (nanowires) (NWs) adalah kristal nano anisotropik 1D berbentuk seperti kawat (Chen et al., 2013) dengan aspek rasio (panjang berbanding diameter) yang besar, yang biasanya memiliki diameter 1-200 nm dan panjang hingga puluhan mikrometer. Batang nano (nanorods) (NRs) memiliki struktur yang hampir sama dengan kawat nano, namun memiliki aspek rasio yang berbeda. NRs memiliki aspek rasio lebih dari 1 namun kurang dari 20, sedangkan NWs memiliki aspek rasio 20 (Murphy dan Jana, 2002; Amirjani, Marashi dan Haghshenas, 2014). Dilaporkan bahwa beberapa riset telah membuat NWs dengan jenis logam yang 1
2 berbeda-beda, antara lain: tembaga (Cu), perak (Ag), paladium (Pd) (Feliciano dan Martínez-iñesta, 2012), dan emas (Au) (Liu et al., 2013). Diantara jenis logam diatas, perak mendapat perhatian lebih karena bentuk bulk-nya menampilkan konduktivitas listrik dan termal yang tertinggi. Bulk perak memiliki nilai konduktivitas listrik (6,3 10 7 S m) dan termal (429 W mk) (Coskun, Aksoy dan Unalan, 2011; Dinh et al., 2013; Johan et al., 2014). AgNWs sangat cocok dikembangkan untuk aplikasi elektroda konduktor. AgNWs dapat diterapkan pada sensor gas (Chen et al., 2013), thin film konduktif (Feng et al., 2011), dan anoda sel surya organik fleksibel (Choi et al., 2013). NWs perak juga dikembangkan di bidang elektro-optik, terutama sebagai substitusi untuk indium tin oxide (ITO). Walaupun ITO memiliki transparansi optik tinggi, dan resistansi lembaran yang rendah, ITO juga memiliki kelemahan berupa kelangkaan dan mahalnya harga indium, dan tidak fleksibel untuk display elektronik, brittleness intrinsik (fraktur dapat terjadi apabila dikenai strain diatas 1%), membutuhkan suhu tinggi dalam proses fabrikasi film tipis. Oleh karena itu, dibutuhkan material baru untuk menggantikan ITO untuk aplikasi peralatan optoelektronik yang fleksibel (Dinh et al., 2013). Dimensi, struktur, distribusi dari AgNWs mempengaruhi konduktivitas listrik dan transmitansi optiknya. Panjang dari AgNWs mempengaruhi sifat konduktivitas listrik dari film yang dihasilkan, karena konduktivitas listrik berbanding lurus dengan panjang kawat nanonya. Diameter yang kecil akan mengurangi timbulnya hamburan cahaya. (Araki et al., 2014). Telah dilaporkan bahwa film tipis AgNWs menghasilkan transmitansi optik 85% dan resistansi lembarannya 13 Ω/sq dengan diameter 84 nm dan panjang 6,6 mm (Dinh et al., 2013). Diantara metode-metode yang telah diketahui untuk membuat NWs, metode poliol merupakan salah satu metode yang populer dikalangan peneliti. Metode poliol tampak menjanjikan, karena biayanya yang rendah, jumlah NWs yang dihasilkan lebih banyak, dan kemudahan sintesis jika dibandingkan dengan metodemetode yang lain. Metode poliol pertama kali diperkenalkan oleh Fievet, dkk. 1989, untuk membuat partikel logam nano. Jenis-jenis metal yang telah dapat disintes is yaitu perak (Ag), emas (Au), tembaga (Cu), kobalt (Co), paladium (Pd), dan
3 platinum (Pt). Sistem kerja metode poliol berdasakan pada reduksi garam inorganik dalam suhu yang dinaikkan. Selanjutnya, dikembangkan lagi metode poliol untuk sintesis AgNWs dengan bentuk yang terkontrol. Dalam metode ini, etilen glikol (EG) digunakan sebagai pelarut dan agen pereduksi, poly(vinylpirrolidone) (PVP) digunakan sebagai agen penstabil, dan perak nitrat (AgNO3) digunakan sebagai sumber perak (Ag). Telah dilaporkan banyak grup riset yang mengeksplorasi metode poliol untuk menghasilkan NWs yang lebih baik (Coskun, Aksoy dan Unalan, 2011). Perbandingan konsentrasi/molaritas PVP (capping agent):agno3 (prekursor logam), temperatur, waktu pemanasan, kecepatan pengadukan, kecepatan injeksi, dan penambahan garam (control agent) merupakan faktor yang berpengaruh dalam proses sintesis. Garam, seperti CuCl2 dan NaCl, digunakan untuk membantu mengontrol pertumbuhan AgNWs. Ion Cu 2+, Na +, dan Cl - berpengaruh pada sintesis AgNWs proses poliol (Johan et al., 2014). Penambahan garam pada sintesis proses poliol berfungsi untuk mengontrol pembentukan morfologi nanostruktur Ag (1D). Penambahan garam dalam sintesis dapat mempengaruhi pembentukan benih Ag. Jenis-jenis garam yang biasaya dipakai antara lain NaCl (Johan et al., 2014), CuCl, CuCl2 (Korte, 2007), FeCl2, FeCl3 (Wiley, Sun dan Xia, 2005; Araki et al., 2014), PtCl4 (Herricks, Chen dan Xia, 2004). Penambahan garam dapat mempercepat pertumbuhan nanostruktur. Ion Cl - dapat membantu menstabilkan benih perak, mencegah penggumpalan partikelpartikel perak, dan mengikis (etching) benih. Penambahan garam juga mengontrol reduksi perak nitrat (AgNO3) dan mencegah penjenuhan (Korte, 2007). Belum adanya penelitian yang menganalisa perbedaan jenis garam yang ditambahkan pada sintesis AgNWs menggunakan metode poliol menjadi dasar dilakukannya penelitian ini. Penambahan garam dengan jenis berbeda-beda pada sintesis AgNWs bertujuan untuk menganalisa efek yang ditimbulkan oleh tiap-tiap garam pada hasil AgNWs yang dihasilkan menggunakan metode poliol. Dalam penelitian ini akan dilakukan sintesis AgNWs menggunakan metode poliol dengan garam (control agent) sebagai variabelnya. Jenis-jenis garam yang digunakan akan dianalisa pengaruhnya terhadap AgNWs yang dihasilkan. Hasil dari penelitian ini
4 akan menunjukkan perbedaan dan keunggulan pada segi ukuran dan morfologi yang dimiliki oleh tiap AgNWs yang dihasilkan menggunakan jenis garam yang berbeda. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana melakukan sintesis AgNWs dengan tambahan garam klorida sebagai reduktor menggunakan metode poliol, 2. Bagaimana pengaruh variasi garam klorida terhadap ukuran dan morfologi AgNWs. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian kali ini adalah sebagai berikut: 1. Variasi jenis garam yang digunakan yaitu NaCl, CuCl2.2H2O, dan FeCl3.6H2O dengan konsentrasi yang sama, 2. Sintesis AgNWs dengan metode poliol ini menggunakan parameter lain, seperti konsentrasi PVP:AgNO3, temperatur oilbath, kecepatan injeksi AgNO3/EG dan kecepatan stirring, yang konstan. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Melakukan sintesis AgNWs dengan penambahan garam klorida yang berbeda-beda menggunakan metode poliol, 2. Mengamati pengaruh efek variasi jenis garam klorida terhadap ukuran dan morfologi dari AgNWs. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat mengidentifikasi efek vasiasi garam berbeda jenis yang disintesis menggunakan metode poliol untuk menghasilkan AgNWs dengan morfologi dan ukuran tertentu. Dengan adanya identifikasi jenis garam yang ditambahkan dalam proses sintesis, diharapkan dapat menjadi acuan penelitian lain di bidang AgNWs.
5 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 bab, yaitu pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran, serta dilengkapi daftar pustaka dan lampiran. Bab I merupakan pendahuluan yang menjelaskan tentang latar belakang dilakukannya penelitian mengenai sintesis AgNWs menggunakan metode poliol, serta menjelaskan rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika dalam penulisan skripsi. Bab II berisi tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitian-penelitian terkait dengan sintesis AgNWs menggunakan metode poliol, serta parameterparameter yang mempengaruhi proses sintesis tersebut. Bab III berisi dasar teori yang berkaitan dengan kawat nano, kawat nano perak, sintesis AgNWs dengan metode poliol, mekanisme pertumbuhan, bahan yang digunakan, parameter yang berpengaruh dalam sintesis AgNWs dengan metode poliol, dan karakterisasi material. Bab IV menjelaskan metode penelitian yang mencakup alat dan bahan, langkah kerja, pengujian sampel, pengolahan data, dan analisis hasil. Bab V menjelaskan data penelitian dan pembahasan dari hasil penelitian. Bab VI menjelaskan kesimpulan dari hasil penelitian dan berisi saran untuk penelitian selanjutnya. Daftar pustaka berisi tentang seluruh pustaka yang dirujuk oleh penulis dan lampiran memuat dokumentasi, perhitungan, dan data-data hasil penelitian.