View
222
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
DOSEN PEMBIMBING : DIAH SUSANTI, S.T., M.T., Ph.D
PENGARUH MASSA ZN DAN TEMPERATUR HYDROTHERMAL TERHADAP STRUKTUR
DAN SIFAT ELEKTRIK MATERIAL GRAPHENE
LAPORAN TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
DISUSUN OLEH : MUHAMMAD RIZKI ILHAMI
PERUMUSAN MASALAH
Bagaimana cara mensintesis material graphene dari grafit menggunakan metode hydrothermal?
Bagaimana pengaruh dari variasi massa Zn dan temperatur hydrothermal terhadap struktur morfologi dan konduktivitas elektrik pada material graphene hasil sintesis dengan menggunakan metode hydrothermal?
BATASAN MASALAH
• Ukuran serbuk grafit dianggap sama • Kecepatan stirring hot plate dianggap konstan
• Tekanan dari autoclave dianggap konstan • Kecepatan centrifuge dianggap konstan
• Temperatur dari tekanan udara sekitar dianggap konstan
TUJUAN PENELITIAN
Mensintesis Material graphene dengan metode hydrothermal
Menganalisa pengaruh variasi massa Zn dan temperatur hydrothermal terhadap struktur dan konduktivitas elektrik material graphene hasil sintesis dengan menggunakan metode hydrothermal.
MANFAAT PENELITIAN
sebagai rujukan penelitian – penelitian selanjutnya seperti aplikasi graphene sebagai elektroda pada baterai lithium, sel surya, capasitor, sensor gas, serta aplikasi graphene pada pembuatan material komposit untuk bodi pesawat terbang dan mobil.
GRAFIT
Grafit merupakan salah satu bentuk allotropi dari karbon dengan konfigurasi elektron sp2 dengan struktur berupa jaringan planar heksagonal biasanya disebut struktur HCP (Hexagonal Closed Pack)
GRAFIT OKSIDA
Grafit Oksida adalah hasil proses oksidasi dari grafit menggunakan oksidator kuat seperti KMnO4. metode yang digunakan untuk mengoksidasi grafit oksida dari grafit menggunakan metode hummer.
KMnO4 + 3H2SO4 K+ + MnO3+ + H3O
+ + 3HSO4-
MnO3+ + MnO4
- Mn2O7
GRAPHENE OKSIDA
Graphene oksida (graphene oxide) merupakan single-layer dari grafit oksida (graphite oxide) yang dikarenakan pengelupasan dari grafit oksida akibat proses ultasonikasi
REDUKSI GRAPHENE OKSIDA
Reduksi secara thermal
• Proses reduksi ini dilakukan dengan mereduksi GO melalui perlakuan panas. Salah satunya dengan termal anealing.
Reduksi secara Kimiawi
• Proses reduksi ini menggunakan bahan kimia sebagai reduktor dari graphene oksida. Metodenya dapat dilakukan dengan menambahakan Chemical Reagent seperti menggunakan serbuk Zn pada GO.
GRAPHENE
Graphene, adalah sebuah atom yang single-layer dari grafit (graphite) dan nanomaterial dalam 2 dimensi (2D). Sebagai bagian baru dari material berbasiskan karbon, struktur sarang lebah (honey comb) dari graphene dengan ikatan orbital sp2 dan π diantara orbital pz yang tegak lurus mendasari sifat fisik yang beragam, seperti 2D Dirac Fermion, efek kuatum Hall yang unik, dan pembawa tegangan (charge
carrier) dengan mobilitas yang besar.
METODE HYDROTHERMAL
Hydrothermal adalah proses sintesis menggunakan reaksi kimia yang melibatkan zat pelarut pada suatu sistem yang terisolasi (tertutup) dengan kondisi temperatur yang lebih tinggi daripada titik didih zat pelarut yang digunakan dalam proses hydrothermal
tersebut. Karena kondisi yang terjadi pada proses hydrothermal dalam temperatur yang tinggi, maka akan melibatkan tekanan yang tinggi pula. Seberapa besar temperatur yang digunakan dalam proses hydrothermal akan bergantung pada termodinamika dari reaksi untuk memperoleh produk akhir yang diinginkan.
BAHAN PENELITIAN
• Serbuk Grafit dengan ukuran150 µm dan kemurnian 99% • Air suling / Aquades (H2O) • Larutan elektrolit Asam Sulfat 98% (H2SO4)
• Kalium Permanganat (KMnO4) • Barium Klorida (BaCl2) • Natrium Nitrat (NaNO3)
• Hidrogen Peroksida (H2O2) • Asam klorida 35% (HCl) • Serbuk Zn
ALAT PENELITIAN
• Neraca Analitik (Digital) • Pipet • Pengaduk (Spatula)
• Hot Plate with Magnetic Stirrer • Furnace • Autoclave
• Erlenmeyer • Wadah Es • Centrifuge
• Ultrasonikasi • Masker • Sarung Tangan
DIAGRAM ALIR PEMBUATAN GRAFIT OKSIDA Start
2 gram grafit dicampur dengan 80 ml H2SO4 diikuti dengan proses Stirring selama 1 jam pada temperatur 0oC
Proses stirring pada temperatur 0oC selama 4 jam diikuti dengan
penambahan 8 gram KMnO4 dan 4 gram NaNO3 secara berkala
Proses Stirring pada temperatur 35oC selama 24 jam
Penambahan 200 ml Aquades secara bertahap dan stirring selama
30 menit
Penambahan 15 ml h2O2 30% secara bertahap
Centrifuge 2000 rpm selama 1 jam
Penambahan 10 ml larutan 35% HCl
Pencucian dengan aquades
Titrasi dengan BaCl2
Endapan putih BaSO4
Pengujian pH
pH netral
Drying 110oC selama 12 jam
Grafit Oksida
Ya
TidakTidak
Ya
DIAGRAM ALIR SINTESIS GRAPHENE Start
40 mg grafit oksida dilarutkan pada 40
ml aquades
Stirring larutan sampai homogen
Ultrasonikasi selama 2 jam
Penambahan 10 ml larutan 35%
HCl
Penambahan 0,8 gram serbuk Zn
Penambahan 1,6 gram serbuk Zn
Penambahan 2,4 gram Serbuk Zn
Stirring larutan sampai homogen
Penambahan 10 ml larutan 35%
HCl
Pencucian dengan Aquades
Hydrothermal
dengan temperatur 160oC selama 12
jam
Hydrothermal
dengan temperatur 180oC selama 12
jam
Hydrothermal
dengan temperatur 200oC selama 12
jam
Graphene
DIAGRAM ALIR PENGUJIAN Start
Grafit Graphene Grafiit Oksida
SEM XRD FTIR FPP TGA
Analisa Data dan Pembahasan
kesimpulan
Selesai
Perbandingan Hasil pengujian XRD pada Temperatur (a) 160oC (b) 180oC dan (c) 200oC
a b c
Temperatur Massa Zn d-spacing
180oC
0.8 gram 3.31779 Å 1.6 gram 3.58431 Å 2.4 gram 3.72417 Å
Temperatur Massa Zn d-spacing
160oC
0.8 gram 3.78282 Å 1.6 gram 3.83551 Å 2.4 gram 3.81822 Å
Temperatur Massa Zn d-spacing
200oC
0.8 gram 3.67919 Å 1.6 gram 3.72593 Å 2.4 gram 3.58022 Å
Massa Zn Temperatur d-spacing
0.8
160oC 3.78282 Å 180oC 3.31779 Å 200oC 3.67919 Å
Massa Zn Temperatur d-spacing
1.6 gram
160oC 3.83551Å 180oC 3.58431 Å 200oC 3.72593 Å
Massa Zn Massa Zn d-spacing
2.4 gram
160oC 3.81822 Å 180oC 3.72417 Å 200oC 3.58022 Å
Perbandingan Hasil pengujian XRD Dengan Variasi Massa Zn (a) 0.8 gram (b) 1.6 gram dan (c) 2.4 gram
a b c
D-spacing Yang Dihasilkan
D-spacing dengan variasi massa D-spacing dengan variasi Temperatur hydrothermal
Gugus Fungsi yang terbentuk pada graphene hasil proses hydrothermal pada temperatur (a) 160oC (b) 180oC (c) 200oC
a b c
Material Temperatur (oC) Massa Zn (gram)
Konduktivitas listrik (S/cm)
graphene
160 0.8 0.001142 1.6 0.002456 2.4 0.001859
180 0.8 0.004508 1.6 0.002648 2.4 0.007317
200 0.8 0.001208 1.6 0.012526 2.4 0.007282
PENGUJIAN KONDUKTIVITAS ELEKTRIK
Material Massa Zn (gram)
Temperatur (oC) Konduktivitas listrik (S/cm)
graphene
0.8 160 0.001142 180 0.002456 200 0.001859
1.6 160 0.002456 180 0.002648 200 0.007317
2.4 160 0.001859 180 0.012526 200 0.007282
Konduktivitas Elektrik Graphene untuk variasi massa Zn Konduktivitas Elektrik Graphene Untuk Variasi Temperatur Hydrothermal
Konduktivitas Elektrik Graphene untuk variasi massa Zn
Konduktivitas Elektrik Graphene Untuk Variasi Temperatur Hydrothermal
• Graphene dapat disintesis menggunakan metode hydrothermal dengan menggunakan serbuk Zn sebagai reduktor dengan variasi penambahan massa Zn sebesar 0.8 gram, 1.6 gram dan 2.4 gram serta variasi temperatur hydrothermal sebesar 160oC, 180oC, dan 200oC
• Pada penelitian ini diperoleh graphene yang memiliki sifat terbaik dengan penggunaan reduktor 2.4 gram Zn dan temperatur hydrothermal 200oC. didapatkan seiring dengan penambahan serbuk Zn akan menjadikan morfologi graphene menjadi semakin tipis. Nilai Konduktivitas elektrik tertinggi didapatkan dari variasi penambahan serbuk Zn sebesar 1.6 gram dengan temperatur hydrothermal 200oC yaitu sebesar 0.012526 S/cm.
KESIMPULAN
• Memanfaatkan graphene yang telah disintesis untuk penelitian selanjutnya.
• Melakukan sintesis graphene dengan menggunakan metode lain yang menghasilkan graphene yang lebih baik.
SARAN
Recommended