1BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Nanoteknologi merupakan teknik rekayasa materi pada skala atomik maupun molekular. Kata nano berasal dari bahasa latin nanus yang berarti kerdil, dan seringkali digunakan dalam konteks miniaturisasi. Dalam satuan sistem internasional, nano digunakan sebagai awalan dari sebuah satuan. Istilah nano secara khusus digunakan merujuk objek dengan skala mendekati ukuran 10-9 m (Johal, 2011). Nanoteknologi bertujuan menghasilkan sebuah material, divais dan sistem dalam skala 1 100 nm dengan sebuah sifat dasar yang baru (Roco, 2011). Pada skala nano sebuah material akan memiliki sifat yang berbeda dibandingkan dengan skala makro (Meyyappan & Sunkara, 2009). Pada dua dekade terakhir berbagai jenis struktur nano baru berhasil ditemukan. Struktur nano dengan 0, 1, 2, dan 3 dimensi berhasil ditemukan oleh para peneliti. Struktur nano 1 dimensi mendapat perhatian khusus dari para peneliti dikarenakan memiliki potensi aplikasi yang sangat luas. Struktur nano 1 dimensi (1D) merupakan sebuah sistem yang ideal untuk melakukan eksplorasi terhadap berbagai fenomena baru pada skala nano (Tiwari et al., 2012). Kawat nano (NWs), batang nano (NRs), nanotubes, nanobelts, nanoribbon merupakan bentuk dari struktur nano 1D. Struktur nano tersebut diharapkan dapat memainkan peranan penting dalam aplikasi elektronik maupun optoelektronik, dengan kata lain sifat material yang mendukung aplikasi tersebut harus disesuaikan. Perak merupakan material dengan sifat konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, sehingga cocok digunakan sebagai aplikasi pada bidang elektronik (Tiwari et al., 2012; Xiong et al., 2013). Kawat nano perak (AgNWs) dan batang nano perak (AgNRs) merupakan bentuk struktur nano 1D dari logam perak. AgNWs memiliki banyak potensi aplikasi diantaranya digunakan sebagai elektroda transparan (Araki et al., 2014), sensor regangan (strain sensor) (Amjadi et al., 2014), layar sentuh 1
2 (Lee et al., 2012) dan SERS (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy) enhancement (Lee et al., 2006). Berbagai teknik sintesis telah dikembangkan untuk menghasilkan struktur nano 1D (NWs, NRs, Nanotubes). Pada umumnya sintesis struktur nano 1D dilakukan dengan metode fisika maupun kimia. Metode Fisika untuk mensintesis struktur nano 1D diantaranya meliputi: teknik evaporasi termal, teknik sputerring, proses litografi, hot and cold plasma, semprot pirolisis, inert gas phase condensation technique, dan reduksi sonokimia. Metode kimia diantaranya meliputi: lyotropic liquid crystal templates, deposisi elektrokimia, electroless deposition, teknik hidrotermal dan solvotermal, teknik sol-gel, deposisi uap kimia, laser chemical vapor deposition technique, pirolisis laser (Tiwari et al., 2012), dan teknik dalam fase larutan berbasis capping reagent (metode poliol) (Sun et al., 2003). Metode poliol merupakan salah satu metode sintesis struktur nano dalam fase larutan. Metode tersebut memanfaatkan larutan poliol berupa etilen glikol (EG) yang berperan sebagai reduktor dan pelarut sumber logam (metal salt precursor). Larutan tersebut kemudian dipanaskan dengan suhu mendekati titik didih larutan (Fievet et al., 1989). Metode poliol kemudian dikembangkan dengan memberikan zat pengontrol (control agent) dan poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) sebagai zat pembungkus (capping agent) (Sun & Xia, 2002). Metode poliol memiliki beberapa keunggulan antara lain dapat dilakukan dengan peralatan yang mudah dan dapat menghasilkan AgNWs dalam skala besar (Ding et al., 2016). Metode poliol memiliki beberapa parameter yang mempengaruhi laju pertumbuhan serta mofologi AgNWs, diantaranya adalah sebagai berikut: suhu, kecepatan injeksi, rasio molaritas PVP:AgNO3, konsentrasi zat pengontrol (control agent), kecepatan pengadukan (stirring rate), kondisi gas sintesis (gas-bubbling atmosphere). Berdasarkan beberapa parameter tersebut suhu merupakan parameter yang sangat berpengaruh dalam pembentukan AgNWs (Coskun et al., 2011; Ma & Zhan, 2014). Suhu dalam metode poliol memiliki banyak peranan, diantaranya dapat mempercepat proses sintesis. Sintesis AgNWs selama ini masih menggunakan suhu
3 dengan rentang 140 200 C, rentang tersebut terbilang tinggi dan menjadi masalah tersendiri. AgNWs yang dihasilkan dalam suhu tinggi memiliki berbagai ukuran serta waktu pembentukan. Kajian untuk suhu rendah belum banyak dilakukan oleh peneliti. Berdasarkan referensi, suhu rendah yang dapat digunakan agar diperoleh AgNWs yang optimal adalah 110 C. pada suhu tersebut diperoleh AgNWs dengan panjang bervariasi antara 20 100 μm (Araki et al., 2014). Pengembagan sintesis AgNWs pada suhu rendah dilakukan oleh para peneliti. AgNWs berhasil disintesis menggunakan minyak cengkih (syzygium aromaticum) pada kondisi suhu ruang (± 27 C). Minyak cengkih berperan sebagai reduktor dan capping agent. Dari hasil karakterisasi high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) diperoleh diameter dan panjang rata rata AgNWs mencapai ~39 nm dan ~3 μm (Jeevika & Ravi Shankaran, 2015). Penggunaan suhu rendah untuk memperoleh AgNWs yang optimal menggunakan metode poliol masih berada pada nilai 110 C, belum diketahui secara luas bagaimana pengaruh suhu dibawah 110 C. Uraian tersebut menjadi dasar dilakukannya penelitian ini dan penelitian akan difokuskan pada pengaruh suhu terutama pada suhu rendah terhadap laju pembentukan serta morfologi AgNWs. Penelitian akan dilakukan dengan menggunakan metode poliol sebagai metode untuk mensintesis AgNWs. Bahan yang digunakan dalam sintesis AgNWs adalah EG, AgNO3, PVP dan besi(iii) klorida heksahidrat (FeCl3 6H2O), masing masing berperan sebagai pelarut, sumber logam, zat pembungkus (capping agent), zat pengontrol (control agent). Karakterisasi sampel akan dilakukan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk mengamati serta mengukur diameter dan panjang sampel, X-ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui pola difraksi sehingga dapat diketahui struktur Kristal dari sampel, UV-visible Spectrophotometry untuk mengetahui daerah puncak serapan optik, dan Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy untuk mengetahui gugus fungsi dari sampel AgNWs.
4 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitan ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana pengaruh suhu rendah terhadap waktu dan laju pembentukkan AgNWs? 2. Bagaimana pengaruh suhu rendah terhadap morfologi dan ukuran AgNWs? 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Tidak digunakan suhu oilbath dibawah 60 C dan diatas 130 C. 2. Proses Sintesis AgNWs menggunakan FeCl3 6H2O sebagai zat pengontrol morfologi, Poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) sebagai capping agent dan etilen glikol (EG) sebagai pelarut. 3. Tidak dilakukan variasi pada parameter seperti strirring rate, molar rasio PVP:AgNO3, dan kecepatan injeksi. 4. Karakteristik ukuran dan morfologi, struktur kristal, puncak serapan optik dan gugus fungsi dilakukan menggunakan SEM, XRD, UV-VIS, FTIR. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Melakukan sintesis AgNWs menggunakan metode poliol dengan variasi suhu oilbath dan mengamati hasil yang terbentuk. 2. Mengamati morfologi, menghitung ukuran diameter dan panjang, serta mengamati struktur kristal AgNWs. 3. Mengamati spektrum puncak serapan optik dan gugus fungsi AgNWs. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi terkait pengaruh suhu pada sintesis AgNWs menggunakan metode poliol. Penggunaan suhu terutama pada suhu rendah rendah dapat mengurangi kemungkinan patah dalam proses pertumbuhan sehingga AgNWs dapat tumbuh lebih panjang dibandingkan pada suhu tinggi. Hasil dari penelitian terkait distribusi suhu dan waktu
5 pembentukan diharapkan bisa menjadi acuan untuk pengembangan sintesis AgNWs secara masal untuk keperluan industri maupun penelitian selanjutnya. 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 rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika dalam penulisan skripsi. Bab II berisi tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitianpenelitian terkait dengan sintesis AgNWs menggunakan metode poliol, parameterparameter yang mempengaruhi proses sintesis tersebut dan kaitannya dengan penelitian yang akan dilakukan. Bab III berisi dasar teori yang berkaitan dengan kristal, nukleasi, pertumbuhan kristal, kawat nano (NWs), dan kawat nano perak (AgNWs),. 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.