Sintesis Struktur Mikro Nano ZnO Mengg

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL

FISIKA & PENDIDIKAN FISIKA

FMIPA UNY

ISBN :

978-602-50519-0-6

PEKAN ILMIAH FISIKA XX 2017

HIMPUNAN MAHASISWA FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

PEKAN ILMIAH FISIKA XX 2017

HIMPUNAN MAHASISWA FISIKA

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

HIMA FISIKA UNY, GELANGGANG ORMAWA FMIPA UNY KAMPUS KARANGMALANG YOGYAKARTA 55286

PROSIDING SEMINAR NASIONAL

FISIKA DAN PENDIDIKAN FISIKA

2017

Prosiding

Seminar Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika 2017

Peran Fisika dan Pendidikan Fisika dalam Implementasi Teknologi Melalui Pengembangan Riset Demi Terciptanya Generasi Emas Berdaya Saing Global.

Yogyakarta, 7 Oktober 2017

ISBN : 978-602-50519-0-6

Reviewer :

R. Yosi Aprian Sari, M.Si Dr. Sukardiyono, M.Si

Editor :

Adi Wicaksono Nurul Latifah Arnum Sari K

Desain Cover : Fajar Ria Hening

Penerbit :

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta

Jl. Colombo, Karangmalang, Yogyakarta 55281 Telp. (0274) 58618, Fax. (0274)548203

Website: http://www.uny.ac.id

Cetakan pertama, Oktober 2017 Hak cipta dilindungi undang-undang

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena atas karunia-Nya Prosiding Seminar Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika dapat diterbitkan. Seminar dengan tema “Peran Fisika dan Pendidikan Fisika dalam Implementasi Teknologi Melalui Pengembangan Riset Demi Terciptanya Generasi Emas Berdaya Saing Global” telah dilaksanakan pada tanggal 7 Oktober 2017 di Ruang Seminar Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNY. Acara ini merupakan serangkaian dari Pekan Ilmiah Fisika XX (PIF XX) yang diselenggarakan oleh Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) dan Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan alam Universitas Yogyakarta.

Seminar ini diselenggarakan sebagai media sosialisasi hasil penelitian di bidang fisika. Seminar Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika dijadikan sebagai media tukar menukar informasi dan pengalaman, ajang diskusi ilmiah, peningkatan kemitraan di antara peneliti dengan praktisi, mempertajam visi pembuat kebijakan dan pengambil keputusan, serta peningkatan kesadaran kolektif terhadap pentingnya aplikasi ilmu fisika dalam bidang teknologi.

Prosiding ini memuat karya tulis dari berbagai hasil penelitian, yang terdiri dari dua makalah utama dan makalah dari peserta pemakalah.. Makalah-makalah tersebut berasal dari berbagai peneliti instansi pemerintah maupun swasta di Indonesia.

Semoga penerbitan prosiding ini dapat digunakan sebagai data sekunder dalam pengembangan penelitian di masa akan datang, serta dijadikan bahan acuan dalam pengaplikasian ilmu fisika di bidang kebencanaan. Buku prosiding ini masih membutuhkan kritika dan saran serta masukan dari berbagai pihak guna penyempurnaan lebih lanjut. Akhir kata kepada semua pihak yang telah membantu, kami mengucapkan terima kasih.

Yogyakarta, 15 September 2017

SAMBUTAN KETUA PANITIA

Dengan memanjatkan puji syukur atas kehadirat Allah SWT , Alhamdulillah telah

selesai penyusunan prosiding Seminar Nasional Fisika Dan Pendidikan Fisika dengan tema

“

Peran Fisika dan Pendidikan Fisika dalam Implementasi Teknologi Melalui Pengembangan Riset Demi Terciptanya Generasi Emas Berdaya Saing Global

”. Seminar ini merupakan serangkai

an

acara Pekan Ilmiah Fisika (PIF) XX yang setelahnya akan dilaksanakan Liga Fisika SMP dan

SMA tingkat nasional juga Lomba Karya Tulis Ilmiah Mahasiswa.

Prosiding ini merupakan kumpulan presentasi pada seminar nasional fisika yang

terdiri dari dua pembicara utama yaitu Dr. Alamta Singarambun, M.Eg dan Dr. Eng.

Nugroho Agung Pambudi dan juga terdiri dari beberapa makalah yang dipresentasikan oleh

pemakalah dalam seminar paralel, dengan rincian judul yang terlampir pada daftar isi.

Akhirnya, kami sampaikan ucapan terika kasih dan penghargaan yang

setinggi-tingginya atas kerja dari semua pihak yang berperan dalam penyelenggaraan Seminar

Nasional Fisika dan Pendidikan Fisika HIMAFI 2017 dan prosiding ini.

Yogyakarta, 15 September 2017

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... ii

Lembar Editor ... iii

Kata Pengantar... iv

Sambutan Ketua Panitia ... v

Daftar Isi ... vi

MAKALAH UTAMA

Membentuk Kesuksesan dengan

Growth Mindset

... 1

Pengembangan Inovasi Teknologi di Bidang Pendidikan Fisika dalam Upaya Meningkatkan

Kualitas Pembelajaran ... 5

MAKALAH PARALEL

Uji Intesitas Cahaya Lampu dan Tegangan Keluaran pada Akumulator Basah dengan

Penambahan Variasi Konsentrasi Nanopartikel Perak (Ag) ... 8

Efek Variasi Sudut Doppler terhadap Indeks Velocimetry Arteri Karotis ...15

Sintesis Struktur Mikro - Nano ZnO Menggunakan Metode Hidrotermal Sederhana Bersuhu

Rendah ... 23

Deteksi Overshooting Top Menggunakan Infrared Brightness Temperature dan Visible

Channel (Studi Kasus Tanggal 24 September 2016) ...27

Metode Pembelajaran FisMud Berbasis Media Elektronik Untuk Mengatasi Kesan Sukar

Terhadap Pelajaran Fisika Pada Siswa Kelas X SMA ... 34

AdGoNS (Adventure Game of Natural Science) Berbasis Macromedia Flash Sebagai Media

Pembelajaran Bagi Siswa Sekolah Dasar ... 40

Model Pembelajaran CORE (

Connecting, Organizing, Reflecting, and Extending

) untuk

Meningkatkan Kemampuan Berpikir Kritis Materi Fluida Dinamis pada Siswa SMA ... 56

Model Pembelajaran Kooperatif Tipe

The Power Of Two

untuk Memaksimalkan Belajar

Kolaboratif dalam Pembelajaran Fisika Materi Fluida Dinamis pada Siswa SMA ... 65

Pembuatan Media Pembelajaran Fisika Dalam Bentuk Maket of Renewable Energy Pada Sub

Materi Alternatif Solusi Energi Untuk Siswa Kelas XI SMA ... 76

Penerapan Strategi Pembelajaran Aktif Tipe Index Card Match untuk Meningkatkan

Kemampuan Kerjasama Siswa pada Pokok Bahasan Getaran dan Gelombang ... 90

Penerapan Metode GASING (Gampang, Asyik Dan Menyenangkan) untuk Meningkatkan

Motivasi Belajar Siswa pada Materi Fluida Dinamis Kelas XI SMA ... 97

Pengembangan Alat Praktikum Optika Geometri dengan Alat Pemekar Berkas Cahaya

Sejajar Untuk Meningkatkan Keterampilan Proses Sains Siswa ... 106

Pengembangan Media Pembelajaran Fisika Menggunakan Permainan Dakon untuk

Meningkatkan Minat Belajar, Kreativitas serta Kerjasama Siswa Sekolah Menengah Atas

(SMA) ... 111

Penggunaan Model Pembelajaran

Quantum Learning

Menggunakan

I-Card (Interactive

Card)

pada Materi Momentum untuk Meningkatkan Motivasi Belajar Siswa ... 121

Penyadaran Ilmu, Cara Ilmiah, dan Metafisika : Melalui Kuliah Fisika Matematika 4 ... 129

Peranan Model Pembelajaran Kooperatif Tipe

Group Investigation

melalui Metode

Eksperimen untuk Menunjang Pemahaman Siswa dalam Pembelajaran Fisika SMA Materi

Pemuaian ... 135

Perancangan Media Pembelajaran Fisika Berbasis

Spreadsheet Excel

pada Materi Pembiasan

Cahaya SMA Kelas XI Semester Genap ... 146

Perancangan Media Pembelajaran BALING PUB

(Global Warming Pop Up Book)

untuk

Meningkatkan Hasil Belajar Siswa pada Materi

Global Warming

SMA Kelas XI ... 159

PTE (Poly To Elevate): Media Pembelajaran Fisika Guna Meningkatkan Keterampilan High

Order Thinking untuk Menghadapi Ujian Nasional SMA ... 167

Upaya Peningkatan Hasil Belajar Siswa Melalui Model STEM

(Science, Technology, Engineering, and Matemathics)

dengan Pendekatan Literasi dan Al Quran Sub Pokok

Bahasan Getaran dan Gelombang pada Siswa Kelas VIII As Syams SMP IT Al-Haraki

Depok ... 179

Perbedaan Penerapan Model Pembelajaran

Project Based Learning

dan

Direct Instruction

Terhadap Peningkatan Motivasi dan Hasil Belajar Fisika Siswa

Achievement

... 191

Upaya Meningkatkan Minat dan Potensi Siswa pada Pembelajaran Fisika dengan Metode

MAM ( Make a Match) ... 198

Sintesis Struktur Mikro - Nano ZnO Menggunakan Metode

Hidrotermal Sederhana Bersuhu Rendah

Suhufa Alfarisa1_{, Atina}1_{, Parmin Lumban Toruan}1

1_{Program Studi Fisika FMIPA Universitas PGRI Palembang,}

Jl. A. Yani Lrg. Gotong Royong 9/10 Palembang 30251 e-mail: suhufaalfarisa@univpgri-palembang.ac.id

Intisari – Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan struktur nano seng oksida (ZnO) menggunakan metode hidrotermal sederhana bersuhu rendah. Prekursor seng nitrat tetrahidrat dan heksametilentetramin dicampurkan ke dalam akuades dan diultasonikasi selama 30 menit sebelum diaduk dan dilanjutkan dengan proses hidrotermal pada suhu 95C selama 4 jam di dalam oven. Analisis mikroskop elektron menunjukkan terbentuknya struktur batang mikro-nano heksagonal ZnO dengan diameter ratusan nanometer hingga beberapa mikrometer . Dari analisis difraksi sinar-X diketahui bahwa sampel ZnO yang dihasilkan tergolong ke dalam struktur kristal heksagonal dan grup P63mc. Analisis ini sesuai dengan pengamatan struktur ZnO melalui mikroskop elektron. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa struktur batang heksagonal nano ZnO bisa dihasilkan melalui metode hidrotermal sederhana bersuhu rendah dengan mengoptimalkan beberapa parameter sintesis. Struktur ZnO ini juga memiliki beberapa potensi aplikasi di berbagai bidang, misalnya untuk penyerapan logam berat ataupun bahan di dalam piranti elektrik dan optik.

Kata kunci: struktur nano, seng oksida, hidrotermal, mikroskop eletron, difraksi sinar -x

Abstract –This research aimed to producezinc oxide (ZnO) nanostructure via a low temperature hydrothermal process. Zinc nitrate tetrahydrate and hexamethylenetetramine precursors were mixed into aquades and ultrasonically cleaned for 30 minutes before stirred and followed by hydrothermal process at 95 C for 4 hours in an oven. Scanning electron microscope (SEM). analysis showed the formation of hexagonal ZnO micro-nanorod structures with diameter range from hundreds nanometers to several micrometers. XRD analysis revealed that the synthesized ZnO has hexagonal crystal structure, belong to P63mc space group which was in coordination with SEM analysis. It can be conclude that ZnO micro-nanorod structure can be produced via a low temperature hydrothermal method by optimizing the synthesis parameter. ZnO also has potential apllications in various fields, such as heavy metal remover and material for electrical and optical devices.

Key words:nanostructure, zinc oxide, hydrothermal, electron microscope, x-ray diffraction

I. PENDAHULUAN

Sintesis struktur nano oksida logam seperti seng oksida (ZnO), timah (IV) oksida (SnO2) dan titanium dioksida (TiO2)

merupakan salah satu penelitian yang banyak dilakukan dan terus dikembangkan oleh para peneliti bidang material nano. Hal ini dikarenakan struktur nano oksida logam memiliki luas permukaan yang tinggi dan relatif mudah untuk disintesis dibandingkan material nano lainnya yang memerlukan peralatan yang mahal dan canggih. Salah satu di antaranya, struktur nano ZnO merupakan material populer yang banyak dikaji oleh para peneliti. Ini dikarenakan ZnO dapat disintesis menjadi struktur atau morfologi yang beragam dengan cara mengubah parameter sintesisnya, memiliki sifat elektrikal dan optikal yang unik, serta stabilitas termal dan kimia yang baik [1]. Struktur nano ZnO juga dapat diterapkan dalam berbagai bidang aplikasi seperti sensor ultraviolet (UV) [2], sel surya [3], penyerapan logam berat [4] serta piranti optik dan elektronik lainnya [5].

Tidak dapat dipungkiri bahwa penelitian yang berkaitan dengan nanoteknologi memerlukan biaya yang sangat besar mulai dari peralatan untuk memproduksi materialnya, karakterisasi, dan aplikasinya ke dalam piranti. Hal ini menjadi tantangan tersendiri bagi para peneliti di negara-negara sedang berkembang termasuk Indonesia yang melakukan penelitian di dalam negeri. Telah ada peningkatan yang signifikan terhadap kajian nanoteknologi di dalam negeri seperti beberapa di antaranya mengenai struktur nano ZnO yang dipublikasikan oleh tim peneliti dari Universitas Indonesia, Universitas Airlangga, Institut Teknologi Bandung dan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia [6-9]. Namun, penelitian mengenai nanoteknologi di dalam negeri masih terpusat di universitas-universitas ternama dan lembaga penelitian di pulau Jawa yang telah tersedia fasilitas, sarana dan prasarana penelitian dengan cukup baik.

Dalam kajian sebelumnya kami telah berhasil mensintesis struktur batang mikro-nano ZnO melalui metode hidrotermal suhu rendah dengan konsentrasi prekursor berbeda yaitu 0,05 dan 0,1 M. Hasil analisis mikroskop elektron (SEM) dan difraksi sinar-x (XRD) menunjukkan bahwa sampel ZnO yang dihasilkan menggunakan konsentrasi prekursor 0,05 memiliki morfologi dan sifat struktural yang lebih baik daripada sampel 0,1 M. Namun hasil SEM menunjukkan masih kurangnya keseragaman struktur ZnO dan hasil XRD juga menunjukkan masih adanya puncak senyawa Zn(OH)2 kompleks. Hal ini

menandakan masih kurangnya kemurnian ZnO yang dihasilkan sehingga perlu optimasi parameter lebih lanjut. Dalam kajian ini kami memberi perlakuan ultrasonikasi terhadap larutan prekursor ZnO selama 30 menit sebelum proses pengadukan dan sintesis. Hal ini terbukti mampu meningkatkan kualitas sampel ZnO yang dihasilkan

II. METODE PENELITIAN

Struktur batang mikro-nano ZnO disintesis melalui metode hidrotermal. Larutan prekursor ZnO 0,05 M disiapkan mencampur 2,6 g seng nitrat tetrahidrat (Zn(NO3)2.4H2O) dan 1,4 g heksametilen

tetramin (HMT, C6H12N4) ke dalam 200 ml

akuades. Larutan ini kemudian di masukkan ke dalam pembersih ultrasonik (frekuensi operasi 48 KHZ, daya 68 W) selama 30 menit dilanjutkan proses pengadukan selama 1 jam pada suhu ruang. Proses hidrotermal berlangsung selama 4 jam pada suhu 95C di dalam oven. Larutan ZnO kemudian disaring dan endapan ZnO dikeringkan untuk menghasilkan serbuk ZnO. Sampel kemudian dianalisis menggunakan SEM (SEM-JEOL JSM-6510LA) yang beroperasi pada tegangan akselerasi 20kV dan XRD (Rigaku Miniflex600) 40 kW 15mA Cu K-α.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 1 menunjukkan hasil karakterisasi SEM sampel ZnO. Dapat diamati bahwa struktur ZnO yang dihasilkan adalah berupa batang heksagonal dengan diameter ratusan hingga beberapa mikrometer. Tinggi batang ZnO juga teramati mencapai 4,7 m. Besarnya rentang diameter yang dihasilkan dapat terjadi karena proses penyaringan serbuk ZnO yang masih manual. Untuk mendapatkan rentang diameter batang nano ZnO yang lebih kecil dapat dicoba melalui proses sentrifugasi.

Gambar 1. Hasil karakterisasi SEM sampel

ZnO

Gambar 2 menunjukkan hasil karakterisasi XRD sampel ZnO dibandingkan dengan sampel sebelumya tanpa proses ultrasonikasi. Secara umum posisi puncak-puncak XRD yang terdeteksi pada sampel ZnO 0,05 M dengan ultrasonikasi sama dengan sampel sebelumnya. Orientasi pertumbuhan yang paling dominan yaitu pada bidang nonpolar

a hkl 101. Orientasi ini menunjukkan bahwa pertumbuhan ZnO paralel terhadap bidang dengan struktur piramida [10]. Karakteristik XRD sampel ZnO dengan proses ultrasonikasi ini memiliki intensitas yang lebih tinggi, lebih sempit dan tajam, yang menandakan bahwa kualitas kristalinitas sampel lebih baik. Selain itu, puncak pada 2 sekitar 32 yang menunjukkan karakteristik Zn(OH)2 tidak teramati lagi

pada sampel ini. Hal ini membuktikan bahwa dengan adanya proses ultasonikasi,

dapat membantu meningkatkan kemurnian sampel ZnO.

Gambar 2. Puncak difraksi sinar-X struktur ZnO dengan konsentrasi 0,05 M dengan dan tanpa proses ultrasonik

Proses ultrasonikasi mampu memecah atau mendekomposisi-kan senyawa Zn(OH)2

menjadi kristal ZnO dan H2O dengan baik.

Hal ini seperti yang dilaporkan dalam [11] bahwa radiasi ultrasonik yang kuat mampu menginduksi molekul dalam proses reaksi kimia dan memecah ikatan kimia material di dalam medium cair. Di dalam proses sintesis ZnO dengan bantuan proses ultrasonik ini, material prekursor (zinc nitrat) dan stabiliser (HMT) yang mnggumpal dapat dipecah sehingga dihasilkan larutan ZnO yang lebih homogen dan proses reaksi yang lebih seragam.

IV. KESIMPULAN

Struktur mikro-nano ZnO telah berhasil disintesis menggunakan metode hidrotermal sederhana bersuhu rendah dengan bantuan ultrasonikasi. Hasil uji SEM menunjukkan ZnO yang dihasilkan memiliki struktur batang heksagonal dengan rentang diameter dari ratusan nanometer hingga beberapa mikrometer. Hasil XRD juga menguatkan bahwa struktur kristal ZnO yang dihasilkan merupakan heksagonal yang termasuk ke dalam grup P63mc dengan pertumbuhan yang dominan pada orientasi bidang nonpolar a dengan indeks hkl 101.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terimakasih kepada Kementrian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi Indonesia yang telah mendanai penelitian melalui dana hibah Penelitian Dosen Pemula tahun anggaran 2017 dan Universitas PGRI Palembang atas dukungan teknis dalam penelitian ini.

PUSTAKA

[1] Malek, M.F., et al., Sonicated sol-gel preparation of nanoparticulate ZnO thin films with various deposition speeds: The highly preferred c-axis (0 0 2) orientation enhances the final

properties. Journal of Alloys and Compounds, 2014. 582: p. 12-21. [2] Mamat, M.H., et al., Effects of

annealing environments on the solution-grown, aligned aluminium-doped zinc oxide nanorod-array-based ultraviolet photoconductive sensor. Journal of Nanomaterials, 2012. 2012: p. 8. [3] Flickyngerová, S., V. Tvarožek, and P.

Gašpierik, Zinc Oxide –– A Unique Material for Advanced Photovoltaic Solar Cells. Journal of Electrical Engineering, 2010. 61(5): p. 291-295. [4] Mahdavi, S., A. Afkhami, and H.

Merrikhpour, Modified ZnO [5] nanoparticles with new modifiers for

the removal of heavy metals in water.

Clean Technologies and Environmental Policy, 2015. 17(6): p. 1645-1661. [6] Ümit, Ö., et al., ZnO devices and

applications: a review of current status and future prospects. Proceedings of the IEEE, 2010. 98(7): p. 1255-1268. [7] Prihantini, A., et al., Synthesis and

characterization of zinc oxide nanoparticles-based dental cement.

Jurnal Sains Materi Indonesia, 2012.

14(4).

[8] Sholehah, A. and A.H. Yuwono. Stress-Strain Analysis on ZnO Nanostructures Synthesized via Wet Chemistry

Method. in Advanced Materials Research. 2015.

[9] Saleh, R. and N.F. Djaja, Transition-metal-doped ZnO nanoparticles: Synthesis, characterization and

photocatalytic activity under UV light.

Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2014.

130: p. 581-590.

[10]Yuliarto, B., et al., The effect of tin addition to ZnO nanosheet thin films for ethanol and isopropyl alcohol sensor applications. Journal of Engineering and Technological Sciences, 2015.

47(1): p. 76-91.