BAB II TINJAUAN PUSTAKA

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Nanofiber

Nanofiber merupakan salah satu jenis serat yang memiliki diameter kurang dari 500 nm [5]. Sifat-sifat identik yang dimiliki nanofiber misalnya sangat kuat, rasio luas bagian permukaan serat terhadap volume tinggi dan juga mempunyai struktur berpori. Sifat tersebutlah yang menjadikan nanofiber sebagai bahan yang sangat baik untuk dimanfaatkan pada berbagai bidang industri. Sifat dari nanofiber itu permukaannya lebih fleksibel dan memiliki kekuatan yang tinggi [6]. Nanofiber memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan serat konvensional pada umumnya yaitu selain memiliki luas permukaan serat yang sangat luas, nanofiber juga amat ringan, elastis serta mampu mengurangi ruang yang diperlukan dalam pengaplikasiannya dan juga bisa bekerja secara optimal dibandingkan serat konvensional serta bernilai ekonomis [7].

Berbagai jenis polimer digunakan dalam pembuatan nanofiber, seperti PVP, PVAc, PVA dan lain sebagainya. Penelitian ini menggunakan material PVP dan PVAc yang merupakan sebuah polimer hidrofilik, selain itu PVP dan PVAc juga tidak beracun, larut dalam air dan juga memiliki biokompatibilitas yang bagus [8]. Pada Gambar 2.1. Di bawah ini dapat dilihat salah satu contoh morfologi dari silk fibroin nanofiber

Gambar 2. 1. Silk Fibroin Nanofiber [9] .

2.2 Electrospinning

Pembuatan nanofiber memiliki beberapa metode yang bisa digunakan seperti teknik pemintalan serat multikomponen, hembusan leleh (melt blowing) serta electrospinning. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan electrospinning, hal itu dikarekanakan teknik ini cukup sederhana tetapi bisa menciptakan ukuran serat dengan rentang 0,04 hingga 2 mikrometer [10]. Electrospinning adalah satu dari sekian banyak metode yang digunakan pada pembuatan nanofiber dengan memanfaatkan dampak atau efek medan listrik dalam membentuk pancaran atau jet larutan yang memiliki muatan listrik [2].

Medan listrik tersebut dihasilkan oleh larutan yang telah terinduksi muatan dari power supply positif dan collector drum dari power supply negatif dengan jarak r.

Hal tersebut dapat diketahui berdasarkan rumus di bawah ini:

2

E kq

 r (2.1)

Selain itu, juga terdapat beda potensial yaitu:

V kq

 r (2.2)

Berdasarkan persamaan di atas maka diperoleh hubungan medan listrik dan beda potensial. Dapat dilihat pada persamaan (2.3)

E V

 r (2.3)

Sehingga dapat disimpulkan bahwa medan listrik berbanding lurus dengan potensial.

Keterangan :

E = medan listrik (N/C)

k = konstanta = 9 x 10⁹ Nm²/C² q = muatan listrik (C)

V = beda potensial (V)

r = jarak antara ujung jarum terhadap kolektor (m)

Electrospinning yang berhasil menghasilkan nanofiber memiliki ciri yang menarik dan unik, misalnya luas bagian permukaan serat lebih besar jika dibandingkan dengan volume serta massanya, memiliki sifat kimiawi, konduktivitas serta sifat optic tertentu [6].

2.2.1 Sistem electrospinning tegangan konstan

Mekanisme pembuatan nanofiber menggunakan electrospinning tegangan tetap yaitu tegangan tinggi dari power supply bermuatan positif dihubungkan ke ujung jarum suntik atau nozzle dan tegangan tinggi berumuatan negative dihubungkan kepada collector drum. Kemudian larutan polimer yang berada pada jarum suntik didorong keluar melalui ujung spinerete berdasarkan laju alir yang telah ditetapkan sebelumnya.

Larutan yang keluar tersebut akan membentuk bulir atau biasa disebut droplet. Droplet yang telah terinduksi listrik tersebut akan mengalami gaya elektrostatik dan mjuga medan listrik yang kemudian akan membentuk kerucut taylor atau taylor cone. Setelah proses tersebut berlangsung, maka larutan tersebut akan tertarik pada collector drum dikarenakan adanya beda potensial dan selama proses tersebut juga diiringi dengan proses penguapan pelarut yang ada pada larutan sehingga yang tersisa pada collector drum tersebut hanyalah serat dari polimernya saja [10].

Gaya elektrostatis pada proses electrospinning muncul karena adanya pemberian tegangan tinggi oleh power supply kepada larutan melalui jarum suntik. Ilustrasi proses electrospinning dapat dilihat pada Gambar 2.2. Larutan polimer yang digerakkan oleh pompa jarum menggunakan laju alir yang telah ditetapkan, juga diberi tegangan tinggi sehingga menciptakan medan listrik antara nozzle atau jarum suntik dan collector drum. Penyebab dari terbentuknya kerucut jet pada droplet yang berada pada ujung jarum suntik adalah disebabkan adanya gaya tegangan permukaan yang berlawanan dengan medan listrik.. Bentuk kerucut tersebut dinamai “taylor cone”. Kerujut taylor memiliki kedudukan penting pada proses electrospinning, beberapa studi mengamati bentuk dari kerucut taylor tersebut merupakan bentuk dari fungsi arus dan tegagan listrik serta laju alir dari larutan [11].

Gambar 2. 2. Diagram sistem electrospinning tegangan konstan [12].

Parameter yang paling mempengaruhi proses electrospinning dapat dibedakan menjadi tiga bagian utama yaitu karakteristik larutan seperti viskositas larutan atau konsentrasi, kerapatan muatan larutan, gaya tegangan permukaan, berat dari molekul polimer, momen dipol dan konstanta dielektrik, yang kedua yaitu control variable yang terdiri dari tegangan inputan, jarak antara ujung jarum dan collector drum, laju alir, collector drum dan desain dari ujung jarum tempat larutan keluar, dan yang terakhir adalah faktor lingkungan seperti suhu, kelembaban dan kecepatan udara [11].

2.2.2 Sistem electrospinning arus konstan

Metodenya hampir sama dengan sistem electrospinning tegangan konstan hanya saja pada sistem ini, arus dijaga kestabilannya sementara pada sistem electrospinning tegangan konstan maka arusnya yang dijaga kestabilannya. Kontrol arus agar dapat konstan dilakukan dengan menggunakan masukan manual menggunakan software electrospinning Nachriebe 650 yang telah terpasang pada perangkat komputer atau laptop. Salah satu parameter yang penting dalam nanofiber adalah diameter serat dan keseragamannya, beberapa peneliti mengklaim bahwa keseragaman diameter serat dipengaruhi oleh tegangan yang diberikan.

Namun, oleh Munir dkk, [13], hal tersebut dibantah dengan membuktikan secara eksperimen bahwa keseragaman diameter serat lebih dominan dipengaruhi oleh

arus. Munir dkk[4] juga telah mengembangkan untuk yang pertama kali sistem electrospinning dengan pengaturan arus konstan, dengan menjaga kestabilan arus, maka keseragaman diameter serat yang baik dapat diperoleh.

Langkah awal yang dilakukan dalam menggunakan sistem electrospinning arus konstan ini menghubungkan kabel penghubung ke panel HV, kemudian hubungkan kabel konektor ground menjadi satu sedangkan kabel pengurus arus dipasangkan pada bagian konektor ground yang ada di bagian belakang collector drum. Setelah dipastikan terhubung maka langkah selanjutnya adalah melakukan pemasangan aplikasi atau software pada perangkat komputer yang digunakan. Ada beberapa driver dan software yang harus diinstall yaitu driver PL2303 Prolific, driver USB to TTL, Driver Com to Com, Software CCam dan software PIDa. Semua driver dan software tersebut telah dapat disediakan pada CD electrospinning Nachriebe 650.

Ketika langkah di atas telah dilakukan maka selanjutnya adalah menhubungkan USB komputer dan kamera ke sebuah laptop. selanjutnya dilakukan pengaturan kamera dengan menggunakan software CCam, kamera diatur sedemikian rupa agar dapat jelas melihat bentuk dari droplet yang akan keluar melalui ujung jarum.

Setelah itu hubungkan software kamera dengan PIDa, pada software PIDa ini dapat ditentukan diameter jarum dan laju alir yang digunakan. Syringe pump akan mendorong larutan keluar melalui jarum, pada saat inilah atur mulai diatur. Arus diatur secara manual dengan memperhatikan bentuk dari larutan melalui kamera.

Apabila bentuk kerucut belum stabil maka diperlukan pengaturan arus kembali hingga bentuk dari kerucut stabil dan kemudian bisa dilanjutkan dengan mengambil gambar. Gambar 2.3. menunjukkan diagram sistem electrospinning arus konstan yang digunakan dalam membuat nanofiber.

Gambar 2. 3. Diagram sistem electrospinning arus konstan.

2.3 Scanning Electron Microscope (SEM)

Beberapa karakterisasi yang digunakan untuk melihat struktur morfologi dari nanofiber antara lain Scanning Electron Miscroscope (SEM), Field Emission SEM (FE-SEM) dan Transmission Electron Miscroscope (TEM) [3]. SEM merupakan salah satu dari sekian jenis mikroskop elektron yang memiliki kemampuan untuk menggambar specimen dengan melakukan scanning menggunakan sinar elektron yang memiliki energy tinggi sehingga mampu mengirim gambar pada detector dalam pola raster[14]. Mekanisme SEM dalam mengkarakterisasi material adalah dengan memanfaatkan pantulan electron. SEM di dalamnya memiliki electron gun yang berfungsi menembakkan electron ke sampel. Pada electron gun ini terdapat filamen yang berfungsi sebagai katoda dimana filament ini dipanaskan dengan cara dialiri arus listrik. Agar elektron bisa ditembakkan, maka anoda yang memiliki lubang di tengahnya ditempatkan di dekat filament sehingga elektron yang bermuatan negatif akan tertarik oleh anoda dan kemudian elektron ditembakkan melalui lubang yang ada pada anoda tersebut. Elektron memiliki kecepatan yang bisa dikontrol dengan cara mengatur tegangan dari anoda dan katoda. Elektron yang dihasilkan oleh electro gun cenderung menyebar dan tidak terarah, maka dari itu digunakan lensa magnetic. Lensa tersebut tersusun dari lilitan kawat yang dialiri arus listrik sehingga akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet tersebut akan menyebabkan elektron dapat bergerak secara spiral melewati lensa magnetic [15] Gambar 2.4. merupakan susunan dari alat karakterisasi yaitu SEM.

Gambar 2. 4. Susunan dari scanning electron miscroscope[16].