BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Nanokomposit

Nanokomposit merupakan material komposit yang dibuat dengan

menyisipkan nanopartikel ke dalam suatu material berukuran makro sebagai filler

dalam sebuah matriks. Material komposit terbagi atas dua bagian, yaitu filler

(penguat matriks) dan matriks (pelindung filler). Matriks yang paling umum

digunakan adalah polimer termoset. Polimer termoset terbentuk melalui reaksi

kimia secara in-situ, dimana resin dan hardener dicampurkan dalam satu tempat

maka akan terjadi proses pengerasan (polimerisasi). Sekali terjadi pengerasan,

termoset tidak dapat lagi dicairkan ataupun dibentuk kembali. Salah satu polimer

yang bersifat termoset adalah epoxy resin.

2.2. Epoxy resin

Epoxy resin didefinisikan sebagai molekul yang mengandung lebih dari

satu epoxy group. Epoxy group ini biasa disebut, oxirane atau ethoxyline group,

yang strukturnya ditunjukkan pada Gambar 2.1 (Hadiyawarman dkk, 2008).

Gambar 2. 1 Struktur grup epoxy

(sumber : Hadiyawarman dkk, 2008)

Secara umum epoxy resin biasa digunakan sebagai bahan adhesif dan

lapisan pelindung yang sangat baik karena memiliki kekuatan yang tinggi dan

daya rekat yang kuat. Selain itu epoxy resin bersifat dielektrik dan isolasi, serta

5

baik dalam ketahanan terhadap bahan kimia, korosi, suhu tinggi namun tidak

tahan sinar Ultra Violet (UV). Cat dengan bahan dasar epoxy resin banyak

digunakan untuk aplikasi adhesif logam terutama pada industri penerbangan,

otomotif, militer dan berbagai aplikasi industri yang lainnya. Epoxy resin

merupakan bagian dari dua komponen epoxy yang memerlukan hardener untuk

menentukan sifat mekanik atau perlakuan utama pada epoxy resin. Sifat sistem

epoxy resin bergantung pada karakteristik fisik dan kimia yang terdapat pada

epoxy resin dan hardener. Karakteristik kimia epoxy resin yang mempengaruhi

pemakaian hardener epoxy resin adalah tingkat viskositas, intensitas dan jenis

diluent dan filler yang digunakan pada epoxy resin. Sedangkan karakteristik fisik

yang mempengaruhi pemakaian hardener diantaranya temperatur daerah kerja,

temperatur sistem epoxy (seperti pamanasan resin).

2.6. Titanium Dioksida (TiO2)

Titanium dioksida merupakan kristal yang berwarna putih yang

mempunyai kestabilan yang tinggi, memiliki nilai kelistrikan yang rendah,

ketersediaan yang melimpah di alam, harga yang relatif murah dan tahan korosi

yang sangat bagus. Ketika permukaannya terekspos pada udara atau lingkungan

yang lain yang mengandung oksigen, lapisan oksida tipis dari titanium terbentuk,

kehadiran lapisan oksida tipis ini membuat titanium mempunyai ketahanan

terhadap korosi yang sangat bagus. Nanopartikel TiO2 merupakan material

semikonduktor tipe-n yang mempunyai ukuran partikel antara 10 sampai 50

nanometer (Smestad, 1998).

6

TiO2 memiliki 3 jenis struktur kristal yaitu anatase, rutile dan brookite.

Struktur anatase merupakan bentuk yang paling sering digunakan karena

memiliki luas permukaan serbuk yang lebih besar serta ukuran partikel yang lebih

kecil dibandingkan dengan struktur rutile dan struktur ini muncul pada rentang

suhu pemanasan dekomposisi senyawa titanium (400-6500 ˚C). Fasa-fasa Kristal

TiO2 dapat ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gambar 2. 2 Fasa-fasa kristal TiO2

( Sumber : ruby. Colorado.edu/smyt/min/tio2.html )

2.6. Fotokatalis Titanium Dioksida (TiO2)

Fotokatalis merupakan gabungan dua kata yaitu foto dan katalisis,

sehingga dapat diartikan sebagai suatu proses kombinasi reaksi fotokimia yang

memerlukan unsur cahaya dan material katalis (TiO2) untuk mempercepat

terjadinya transformasi kimia. Transformasi tersebut terjadi pada permukaan

material katalis yang disebut sebagai fotokatalis. Bahan yang dapat dijadikan

fotokatalis merupakan semikonduktor yang mampu mengabsorbsi foton. Proses

fotokatalis ditunjukkan pada Gambar 2.3.

7

Gambar 2. 3 Ilustrasi proses fotokatalis

(sumber : Subiyanto, 2009)

Ketika TiO2 diterangi oleh cahaya dengan energi yang lebih besar dari

energi gapnya maka elektron dalam TiO2 akan melompat dari pita valensi ke pita

konduksi sehingga terbentuklah elektron (e-) dan lubang (h+) pada permukaan

fotokatalis tersebut. Penyerapan sinar matahari (UV) oleh partikel fotokatalis

akan membentuk 2 pasang elektron dan hole. Elektron akan bereaksi dengan

oksigen dari larutan membentuk anion (O2-) yang mana akan mengoksidasi secara

kuat hidroksil radikal (OH-). Sedangkan hole akan mengoksidasi hidroksil yang

terlarut dan membuatnya menjadi radikal dengan energi yang besar.

Keunggulan TiO2 sebagai fotokatalisis (Linsebigler, 1995; Sopyan, 1998) :

1. Mempunyai celah pita (band gap) yang besar (3,2 eV anatase dan 3,0 eV

untuk rutile), sehingga  memungkinkan banyak terjadinya eksitasi elektron ke

pita konduksi dan pembentukan hole pada pita valensi saat diinduksi cahaya

ultraviolet.

8

2. TiO2 mempunyai sifat stabil terhadap cahaya (fotostabil).

3. Mampu menyerap cahaya ultraviolet dengan baik.

4. Bersifat inert dalam reaksi.

5. Tidak baracun dan tidak larut dalam kondisi eksperimen.

6. Secara umum memiliki aktivitas fotokatalisis yang lebih tinggi dari pada

fotokatalis lain seperti ZnO, CdS, WO2, dan SnO2.

7. Memiliki kemampuan oksidasi yang tertinggi, termasuk zat organik yang sulit

terurai sekalipun haloaromatik, polimer, herbisida dan pestisida.

2.6. Sifat Listrik

Salah satu sifat listrik material yang sering dibahas adalah konduktivitas

listrik. Konduktivitas adalah kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan arus

listrik. Konduktivitas timbul karena elektron mudah bergerak dalam kisi dan

tahanan terjadi akibat hamburan gelombang oleh ketidakteraturan dalam susunan

kisi. Ketidakteraturan ditimbulkan oleh beberapa sumber penyebab seperti

temperatur, perpaduan, deformasi atau iradiasi nuklir yang semuanya

menimbulkan gangguan pada keteraturan kisi (Smallman dkk, 2000).

Konduktivitas listrik dapat diukur dengan menggunakan persamaan 2.1 dan 2.2.

(2.1)

(2.2)

dengan :

= resistansi suatu bahan (S-1)

9

= resistivitas suatu bahan (S-1.m)

= panjang cuplikan pengukuran sampel (m)

= luas penampang sampel (m2)

= konduktivitas listrik suatu bahan (S/m)

Berdasarkan sifat konduktivitasnya semua material dikelompokkan

menjadi tiga jenis, yaitu konduktor, semikonduktor dan isolator. Konduktor

merupakan material yang memiliki banyak elektron bebas. Elektron tersebut tidak

terikat di dalam material, sehingga bebas bergerak dan dapat mengalirkan arus

listrik. Semikonduktor merupakan material yang memiliki sifat listrik diantara

konduktor dan isolator. Dalam kondisi tertentu semikonduktor dapat berperilaku

seperti konduktor, dan pada kondisi lain seperti isolator (Nevile, 1995). Spektrum

konduktivitas listrik dan resistivitas dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2. 4 Spektrum konduktivitas listrik dan resistivitas

(Sumber: Mihardi, 2008)

2.6. Sifat Optik

Sifat optik adalah respon suatu material terhadap radiasi elektromagnetik

khususnya cahaya tampak. Jika suatu radiasi elektromagnetik menimpa suatu

10

materi dan pada materi tersebut terjadi absorbsi selektif, materi akan menyerap

komponen radiasi tersebut.

Tingkat serapan tersebut berbeda untuk panjang gelombang berbeda.

Tingkat absorbsi sebagai fungsi panjang gelombang disebut sebagai spektrum

absorbsi. Spektrum absorbsi merupakan karakteristik suatu bahan. Tingkat

absorbsi cahaya pada panjang gelombang tertentu dapat digunakan untuk

menentukan konsentrasi suatu sampel. Dasar penentuan kuantitatifnya dengan

menggunakan hukum Beer-Lambert yang dapat dilihat pada persamaan 2.3.

(2.3)

sehingga dapat ditulis dalam persamaan 2.4.

(2.4)

dengan transmisi efektif (%T) ditulis dengan persamaan 2.5.

(2.5)

dengan:

= intensitas cahaya setelah melewati material

= intensitas cahaya awal sebelum memasuki material

= transmisi cahaya yang diteruskan oleh material

= absorbsi cahaya

= transmisi efektif dari material.

Jika material disinari dengan gelombang elektromagnetik maka foton akan

diserap oleh elektron dalam material. Setelah menyerap foton, elektron akan

berusaha meloncat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Jika energi foton yang

11

diberikan kurang dari lebar celah pita energi maka elektron tidak sanggup

meloncat ke pita konduksi. Elektron tetap berada pada pita valensi. Dalam

keadaan ini elektron dikatakan tidak menyerap foton. Radiasi yang diberikan pada

material diteruskan menembus material (transmisi). Elektron baru akan meloncat

ke pita konduksi hanya jika energi foton yang diberikan lebih besar dari pada

lebar celah pita energi. Elektron menyerap energi foton tersebut. Dalam hal ini

dikatakan terjadi absorbsi gelombang oleh material. Ketika mengubah-ubah

frekuensi gelombang elektromagnetik yang dijatuhkan ke material maka energi

gelombang tempat mulai terjadinya penyerapan oleh material bersesuaian dengan

lebar celah pita energi material (Abdullah, 2008).

12

5