1137030037_KANIA DEWI_CND

7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND

http://slidepdf.com/reader/full/1137030037kania-dewicnd 1/9

Jurnal Eksperimen Fisika II ISSN XXXX-XXXX

UIN Sunan Gunung Djati BandungVol. 1 No. 5 November 2015

_______________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________CARBON NANODOTS ( Kania, dkk.)

KARBON NANODOT

SINTESIS DAN SIFAT LUMINESCENCE

Kania Dewi1)

,Ammalia Rahman2)

,Agil Kusmanur3)

,Asep S5)

,Eneng Winda4)

Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung

Jl. A. H. Nasution No. 105 Bandung 40614

Telp : (022) 7800525, Fax : (022) 7803936

E-mail : [email protected]

ABSTRACT

Nanodots's carbon constitute carbon particle that have diameter 1 until 10 nm,measure

decarbonizes nanodots this lies on klaster's molecule measure and bulk's carbon. On

experiment Decarbonizes Nanodots this utilize microwave heating method,where in this

experiment at utilizes sample with konsentrat Citrate Acid (C 6 H 8 0 7 ), Urea( (NH 2 ) 2 C0)

and Aquades. nanodot's carbon have narrow spectrum and very dependent on particle

measure. Changing particle measure causes changing wavelength of light that is emitted.

The greater particle measure therefore the greater blue chromatic trend. sintesis's process

decarbonizes nanodot to utilize microwave's method or instillation 175o

C have top which is

gets disintesis of simple prekursor material or simpel.

Key word: Nanodots's carbon,Bulk's carbon,Spectrum,Particle and Sintesis

ABSTRAK

Karbon Nanodots merupakan partikel karbon yang memiliki diameter 1 sampai 10 nm,ukuran

karbon nanodots ini berada pada ukuran molekul klaster dan karbon bulk.Pada eksperimen

Karbon Nanodots ini menggunakan metode pemanasan gelombang mikro ,dimana dalam

eksperimen ini di gunakan sample dengan konsentrat Asam Sitrat (C6H807), Urea ((NH2)2C0)

dan Aquades .Karbon nanodot mempunyai spektrum sempit dan sangat bergantung padaukuran partikel. Perubahan ukuran partikel menyebabkan perubahan panjang gelombang

dari cahaya yang dipancarkan. Semakin besar ukuran partikel maka semakin besar

kecenderungan berwarna biru. Proses sintesis karbon nanodot menggunakan metode

microwave atau pemanasan 175oC memiliki keunggulan yaitu dapat disintesis dari bahan

prekursor yang sederhana atau simpel.

Kata kunci : Karbon Nanodots,Karbon Bulk,Spektrum,Partikel dan Sintesis

mailto:[email protected]




7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________


I.PENDAHULUAN

Riset nanomaterial, khususnya bidang eksperimen,tidak bisa lepas dari kegiatan karakterisasiatau pengukuran. Dengan karakterisasi dapat diyakin bahwa material yang disintesis telah

memenuhi kriteria nanostruktur, yaitu salah satu dimensinya berukuran nanometer.Dimensi

nanometer adalah ukuran yang kurang dari 100 nm. Karakterisasi juga memberikan informasi

tentang sifat-sifat fisis maupun kimiawi nanomaterial tersebut. Ini sangat penting karena

ketika dimensi material menuju nilai beberapa nanometer (kurang dari 10 nm), banyak sifat

fisis maupun kimiawi yang bergantung pada ukuran.Ini menghasilkan sejumlah kekayaan

sifat dan peluang memanipulasi atau menggenerasi sifat-sifat baru yang tidak dijumpai pada

material ukuran besar (bulk).

A.TUJUAN

1. Untuk memahami sintesis CND menggunakan pemanasan gelombang mikro dan membuat

lapisan tipis CND pada subtrat gelas dan mempelajari sifat optiknya.

B.DASAR TEORI

Karbon nanodot merupakan partikel karbon yang mempunyai diameter dari 1 sampai 10 nm

.Ukuran nanodots karbon ini berada diantara ukuran molekul klaster dan karbon bulk .

Biasanya partikel CNDs terdiri dari 100 sampai 10.000 atom. CNDs kadang-kadang disebut

juga 'atom buatan' dan digunakan sebagai building blocks pada proses bottom-up melalui

proses self-assembly. CNDs ini mempunyai sifat yang unik bergantung dengan

ukurannya.Seperti telah diketahui, pada bahan semikonduktor, penyerapan foton dapat

memompa elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan secara spontan menghasilkan hole

di pita valensi. Elektron pada pita konduksi terikat ke hole lokal melalui gaya Coulomb

(Coulomb Blockade) membentuk eksiton. Jarak karakteristik antara elektron terikat dengan

hole disebut dengan Jari-jari Eksiton Bohr ( Exciton Bohr Radius). Ketika dimensi partikel

direduksi menjadi ukuran yang dekat atau lebih kecil dari jari-jari eksiton Bohr, maka terjadi

fenomena yang disebut pengurungan kuantum (quantum confinement ). Pada kondisi ini,eksiton berada dalam keadaan keterikatan yang kuat. Sedangkan jika ukuran partikel lebih

besar dari 3 sampai 10 kali jari-jari Bohr eksiton, maka eksiton tersebut berada dalam

keadaan keterikatan lemah.Nanopartikel dari bahan semikonduktor yang dapat memancarkan

cahaya. Ukurannya sangat kecil sehingga jika kita coba bayangkan tongkat dengan panjang

satu meter dipanjangkan hingga setara dengan diameter bumi (12,742 km), maka pada skala

tersebut QD akan memiliki diameter yang kira-kira sama dengan bola golf hingga bola

softball. Satu QD bisa terdiri dari 100 hingga 100,000 atom dengan diameter 10 hingga 50

atom atau sekitar 2 hingga 10 nm (Gambar 1a). Atau jika menggunakan skala rambut, QD

10,000 kali lebih tipis dari tebalnya rambut manusia. Sebagian besar QD malah memiliki

7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________


ukuran yang jauh lebih kecil dari bakteri ataupun virus.Untuk lebih memahami proses

fotofisika dari QD, perlu dipahami terlebih dahulu mengenai konsep pita energi dari

semikonduktor. Menurut sifat hantaran listriknya, material bisa digolongkan menjadiinsulator, konduktor dan semikonduktor. Penggolongan tersebut bisa dijelaskan melalui

penjelasan secara atomistik.Mereka berputar ke segala arah dengan sangat cepat disekeliling

inti atom. Tapi sebenarnya mekanismenya tidak sesederhana itu dan jangan bayangkan kalau

mereka berputar sebagaimana planet-planet mengelilingi matahari, karena menurut teori

mekanika kuantum kita tidak bisa memastikan posisi pasti mereka pada suatu waktu tertentu.

Tapi tenang saja walaupun kita tidak bisa memastikan posisi tepatnya tetapi kita bisa tahu

kecenderungan pergerakan elektron-elektron ini secara umum sehingga elektron dimodelkan

bergerak dalam ‘awan elektron’. Untuk atom dengan banyak elektron, awan elektron ini

terdiri dari beberapa ‘kulit’ dan suborbital atom (gambar 1c). Mereka akan teta p bergerak

mengelilingi atom asalkan mereka tetap berada pada ‘kulit’ nya masing-masing. Oleh

karenanya, tergantung dari energinya, elektron-elektron dikatakan menempati kulit atau

tingkat energi tertentu. Tingkat energi terbawah terisi penuh, masing-masing dengan jumlah

elektron yang diperbolehkan oleh aturan mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip

larangan Pauli. Prinsip ini menyatakan bahwa tidak boleh ada elektron pada atom atau pada

sistem antar atom yang saling berinteraksi (misalnya molekul) yang bisa memiliki keadaan

(kuantum) yang persis sama. Pada semikonduktor biasa dimana penyerapan dan pancaran

cahaya dari semikonduktor dapat dikontrol tidak hanya melalui komposisi material

penyusunnya tetapi juga dari ukurannya. Fenomena ini diperlihatkan pada gambar dibawah

ini, yang memperlihatkan warna pancaran cahaya yang berbeda dari berbagai ukuran QD

CdSe.

Berbagai ukuran CdSe QD . Atas : 16 warna pancaran dari QD CdSe dari yang terkecil

(biru) ke terbesar (merah) dieksitasi oleh lampu ultraviolet-dekat. Bawah : spektrum

fotoluminesensi dari beberapa QD CdSe.

7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________


Akibat lainnya dari efek pengurungan adalah jumlah atom disetiap QD menjadi terbatas

dibandingkan pada semikonduktor bulk. Akibatnya tingkat energi pada pita energi

semikonduktor bulk yang tadinya sangat rapat sehingga dikatakan berkesinambungan, padaQD jarak antar tingkat energi menjadi lebih renggang sehingga dikatakan tingkat energi QD

terkuantisasi

Lebar celah pita energi untuk CNDs dapat dihitung secara aproksimasi dengan

menggunakan persamaan di bawah ini :

lebar celah pita dari CNDs sebanding dengan . Dengan demikian, lebar celah pita dapat

diatur dengan mengatur besar ukuran partikel CND. CND sendiri mempunyai sifatmemendarkan (meng-emisi) cahaya ketika disinari oleh sinar UV, dimana panjang

gelombang emisi atau warna pendaran cahaya, akan bergantung pada lebar celah pita CND.

Banyak metode eksperimen yang telah dieksplorasi untuk mensintesis nanodots karbon,

termasuk diantarannya adalah molecular beam epitaxy (MBE), metal organic-chemical-vapor

deposition (MOCVD), dan vapour-liquid-solid (VLS). Di antara metode ini, salah satu

metode kimia-fisika yang mudah adalah pemanasan menggunakan gelombang mikro

(microwave heating ). Metoda pemanasan gelombang mikro telah banyak digunakan sebagai

metoda yang umum digunakan untuk mempersiapkan CNDs dengan distribusi ukuran dan

morfologi partikel yang dapat dikontrol.

II .METODE EKSPERIMEN

A.ALAT DAN BAHAN

1. Asam sitrat (citric acid, C6H8O7)

2. Urea ((NH2)2CO)

3. Pelarut air

4. Oven rumah

5. Tabung ukur

6. Crucible

7. Spatula

8. Timbangan

9. Pengaduk magnetic

10. Cawan gelas.

11. Nanodots karbon

12. Epoxy resin

7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________


B. METODE PERCOBAAN

Metode eksperimen dapat dilihat pada diagram alir di bawah ini:

A.

Sintesis nanodots karbon (CNDs) menggunakan pemanasan gelombang mikro.

#Variasi Waktu

# Variasi Komposisi

Eksperimen ini dilakukan dengan menggunakan pemanasan dan hasilnya akan tampak dengan

sinar UV ,dimana setiap sample di berikan komposisi yang berbeda dan waktu pemanasan yang

berbeda maka dengan perbedaan itu di dapatkan hasil yang berbeda .Pada sampel pertama

diberikan asam sitrat sebanyak 0,1 gr + 1 gr urea ,pada sample kedua diberikan asam sitrat

sebanyak 0,1 gr + 1 gr urea,pada sample ketiga diberikan asam sitrat sebanyak 0,1 gr + 1 gr

urea,pada sample ke empat diberikan asam sitrat sebanyak 0,1 gr + 2 gr urea dan pada sample ke

lima diberikan asam sitrat sebanyak 0,1 gr + 3 gr urea,maka dengan komposisi yang berbeda

didapatkan perubahan fisik pada setiap sample berbeda ,semakin banyak urea yang di tambah

Asam Sitrat Urea

Prekursor

Oven sesuai dengan waktu

5 ml H20

Asam Sitrat Urea

Prekursor

Oven

5 ml H20

Sinari dengan sinar UV

7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________


maka perubahan fisik pada setiap sample pun berbeda seperti suhu,bentuk dan tekstur berbeda hal

ini disebabkan karena pemambahan urea yang berbeda.

III. DATA PENGUKURAN

Daya Microwave atau oven : 800 watt

Suhu pemanasan : 175oC

VARIASI SAMPEL

PERBANDINGAN

MASSA (gram)WAKTU

(Menit)

HASIL PEMANASAN

(oven)

PENDARAN WARNA

(SINAR UV)C6H8O7 (NH2)2CO

WaktuA1 0.1 1 15

Berwarna coklat

pudar Hijau pudarA2 0.1 1 20 Berwarna coklat pekat Hijau pekat

Komposisi

B1 0.1 1 20

Warna hitam pekat

mengendap Hijau muda bening

B2 0.1 2 20 Coklat tua bening Hijau tua pekat

B3 0.1 3 20

Coklat muda

mengkristal Kuning

Sample Berat Oven Hasil

AsamSitrat Urea

A1 0,1 gr 1 gr 15 Menit

A2 0,1 gr 1 gr 20 Menit

B1 0,1 gr 1 gr 20 Menit

7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________




IV. PEMBAHASAN

Karbon Nanodots merupakan partikel karbon yang memiliki diameter 1 sampai 10 nm,ukuran

karbon nanodots ini berada pada ukuran molekul klaster dan karbon bulk.Pada eksperimen

Karbon Nanodots ini menggunakan metode pemanasan gelombang mikro ,dimana dalam

eksperimen ini di gunakan sample dengan konsentrat Asam Sitrat (C6H807), Urea ((NH2)2C0)

dan Aquades .Pada eksperimen pertama yaitu dengan variasi waktu dan variasi

konsentrasi,dalam eksperimen ini digunakan 5 sample untuk menentukan karbon nanodots

,pada masing-masing sample digunakan komposisi yang berbeda-beda .Pada sample pertama

di gunakan 0,1 gr Asam Sitrat lalu di tambahakan dengan 1 gr Urea setelah itu diberi 5 ml

aquades,pada sample kedua dengan menggunakan 0,1 gr dan 1 gr urea. Reaksi kimia dari

pencampuran asam sitrat dengan urea yang di dispersi oleh aquadest, dapat ditulis sebagai

berikut :

(NH2)2CO + C6H8O7 + 11/2 O2 −→ 2 NH2(OH) + 7 CO2 + 3 H2O

Dengan penambahan Urea pada setiap sample perkomposisi berbeda takaran maka dari

kelima sample tersebut sample yang ke lima (B3) mengalami perubahan suhu ketika

dilarutkan dengan aquades hal ini terjadi karena penambahan Urea yang terlalu banyak

mengakibatkan suhu semakin rendah. Karbon nanodot mempunyai spektrum sempit dan

sangat bergantung pada ukuran partikel. Perubahan ukuran partikel menyebabkan perubahan

panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan. Semakin besar ukuran partikel maka

7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________

_______ _____________________________________________________________________________ CARBON NANODOTS ( Kania, dkk.)

semakin besar kecenderungan berwarna biru. Proses sintesis karbon nanodot menggunakan

metode microwave atau pemanasan 175oC memiliki keunggulan yaitu dapat disintesis dari

bahan prekursor yang sederhana atau simpel (dapat disintesis dari campuran urea dan asamsitrat), proses sintesisnys lebih cepat, daya yang diperlukan cukup rendah hanya sekitar 800

Watt untuk menghidupkan microwave dan ukuran partikel karbon nanodots yang dihasilkan

pun berukuran nano kira-kira antara 2,75 sampai 0,45 nmdan 3,65 sampai 0,6 nm. Setelah

sample di panaskan maka untuk memperoleh pendaran warna maka di masukan kedalam box

hitam dan di sinari dengan sinar UV untuk memperoleh pendaran warna pada setiap sample

pada A1 di dapatkan pendaran warna hijau pudar dimana spectrum warna atau panjang

gelombang dari warna tersebut sebesar 500-550 nm,pada A2 di dapatkan pendaran warna

Hijau tua dengan panjang gelombang sebesar 500-550 nm,pada B1 di peroleh pendaran

warna Hijau pekat dengan panjang gelombang sebesar 500-550 nm,pada B2 di dapatkan

pendaran warna Hijau kekuningan dengan panjang gelombang sebesar 550-600 nm

sedangkan pada B3 di peroleh pendaran warna kuning pekat dengan panjang gelombang

sebesar 600-650 nm. Nanodots luminescent adalah bahan yang berguna untuk pencitraan sel,

Optoelektronik ,sel surya, konverter cahaya menjadi energi dan di bidang biologi.

V. KESIMPULAN

Dari eksperimen yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa carbon

nanodots merupakan partikel karbon dimana dalam eksperimen ini dengan menggunakan

lima sample dengan komposisi urea,asam sitrat dan aquades dengan perbandingan yang

berbeda maka dilakukan pemanasan dan pendaran warna yang mengakibatkan pendaran

warna saat di sinar UV berbeda hal ini sebabkan karena komposisi penambhan urea yang

berbeda terhadap sample.Dari pendaran warna di dapatkan nilai pendaran warna dari nilai

spekrum cahaya atau panjang gelombang yang dapat dilihat dari warna pendaran serta hasil

atau perubahan wujud maupun perubahan fisik lainnya pada sample.

DAFTAR PUSTAKA

1. M bdullah, T. Isakndar, S. Shibamoto, T. Ogi, and uyama, Acta Materialia, 52, 5151

(2004).

2. D. Beram L. Qianm T.-K. Tsengm P. H. Holloway, Materials 2010, 3, 2260

3. Modul praktikum eksperimen fisika 2 Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan

Gunung Djati Bandung.

4. H. O. Pierson. Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes. Noyes

Publication. New Mexico, 1993.

5.

http://nanotech-indonesia.blogspot.co.id/2012/05/material-nano-anorganik.html





7/23/2019 1137030037_KANIA DEWI_CND




_______________________________________________________________________________________


LAMPIRAN

A.PEMANASAN

B.PENDARAN WARNA DENGAN SINAR UV

Documents

1137030037_KANIA DEWI_CND