SINTESIS DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK
NANOKOMPOSIT PVA/ZnS DENGAN METODE
SIMPLE MIXING
Oleh:
Rizki Julia Sartika
NIM 408221043
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
iv
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim…
Dengan mengucapkan Alhamdulillahirobbil’alamin, rasa syukur yang
tidak terhingga penulis ucapkan kepada ALLAH SWT Tuhan semesta alam yang
telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyusun dan
menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains di Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan. Adapun judul skripsi ini adalah
“Sintesis dan Karakterisasi Sifat Mekanik Nanokomposit PVA/ZnS Dengan
Metode Simple Mixing”
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan
rasa hormat kepada berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi
ini, mulai dari pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan, sampai penyusunan
skripsi, antara lain Bapak Drs. Makmur Sirait, M.Si, selaku Dosen Pembimbing
skripsi, yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis
sejak awal penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. dan Bapak
Prof. Drs. Motlan, M.Sc, Ph.D selaku Dosen Penguji I, Bapak Drs. Rahmatsyah,
M.Si selaku Dosen Penguji II, Ibu Dewi Wulandari, M.Si selaku Dosen Penguji
III, yang telah memberikan kritikan dan masukan demi penyempurnaan skripsi
ini. Bapak Drs. Pintor Simamora, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik
yang telah memberikan bimbingan dan nasehat selama masa perkuliahan dan yang
telah banyak membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Bapak Prof. Drs. Motlan,
M.Sc, Ph.D sebagai Dekan FMIPA UNIMED, Bapak Drs. P.Maulim Silitonga,
M.S selaku pembantu Dekan FMIPA UNIMED, Ibu Dra. Derlina, M.Si sebagai
Ketua Jurusan, Bapak Abd. Hakim, M.Si sebagai sekretaris jurusan Fisika FMIPA
UNIMED, dan Bapak Drs. Pintor Simamora, M.Si sebagai Ketua Prodi Fisika.
Bapak dan Ibu Dosen atas bimbingannya kepada penulis selama masa perkuliahan
dan penulisan skripsi beserta Staf Pegawai Jurusan Fisika FMIPA UNIMED yang
Ucapan terimakasih yang teristimewa penulis sampaikan kepada kedua
orang tua tercinta, ayahanda Muhammad Idris dan ibunda Yasmiatty yang telah
banyak memberikan doa, dukungan dan kasih sayang serta semangat baik berupa
materil maupun moril untuk keberhasilan penulis. Dan kepada Kakak dan adik
penulis, Anda Wahyu Ramadhan, S.S, Imam Qymmy, dan Nasuha Alsakinah
yang telah banyak memberikan dukungan semangat dan materil.
Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada teman teristimewa
“Eko Julanda, S.T” dan sahabat-sahabat terbaik, yaitu Liani, Maulidya Dara,
Dedek Febriana, dan Unita S.Z Nasution yang telah sama-sama berjuang dan
saling memberikan semangat dari awal perkuliahan hingga akhir penyelesaian
skripsi ini. Kepada teman satu penelitian Henny W. Ompusunggu yang telah
berjuang bersama-sama dalam penelitian skripsi ini yang memberikan dukungan
semangat dan doa. Dan terimakasih kepada koordinator asisten Laboratorium
Kimia Fisika USU Tisna Hermawan, S.Si dan teman satu laboratorium penelitian
Riani Sari Sembiring, S.Si yang sudah memberikan saran dan motivasi. Buat
teman seperjalanan stambuk 2008 Fisika Nondik UNIMED khususnya kelompok
melati yaitu Agustina Panggabean, Arny, Berliana S, Elsa F.S, Junita M, Jenika
K.S, Henny Elika S, Jennyari S, Albarra Harahap, Berkat, Indra, Ferdinand AKZ,
Ryanto C.S, kepada abang dan kakak stambuk yang telah memberikan saran dan
nasehat penulis ucapkan terimakasih atas dukungannya.
Penulis telah berupaya dengan semaksimal mungkin dalam menyelesaikan
skripsi ini, namun penulis menyadari masih banyak kelemahan baik dari segi isi
maupun tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang
bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini. Akhir kata
penulis ucapkan banyak terimakasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita
semua. Amin.
Medan, Desember 2012 Penulis,
iii
SINTESIS DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK NANOKOMPOSIT PVA/ZnS DENGAN METODE SIMPLE MIXING
Rizki Julia Sartika (408221043)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui proses pembuatan nanokomposit dengan pencampuran PVA dan nanopartikel ZnS. Nanopartikel ZnS dibuat melalui pencampuran Zinc asetat (Zn(CH3COO)2) dengan Thiuorea (CH4N2S) dengan metode sintesis kimia. Untuk mengetahui struktur kristal nanopartikel ZnS digunakan uji X-Ray Diffraction (XRD). Untuk mengetahui karakterisasi sifat mekanik nanokomposit PVA/ZnS dilakukan dengan uji tarik di LIPI.
Metode yang dilakukan untuk membuat nanopartikel ZnS dengan metode sintesis kimia. Setelah pencampuran Zinc Asetat dengan Thiuorea kemudian ditetesi amonia sebanyak 4ml selanjutnya dipanaskan dengan suhu 300C selama 6 jam. Sedangkan metode yang dilakukan untuk membuat nanokomposit menggunakan metode simple mixing melalui pencampuran PVA dengan nanopartikel ZnS yang diaduk menggunakan magnetik stireer agar campuran menjadi homogen dan dipanaskan dengan suhu 750C selama 5 jam. Selanjutnya menambahkan nanopartikel ZnS dengan variasi 0%, 1%, dan 2%.
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Ikatan kimia PVA
Gambar 2.2. Zinc Blende dan Wurtzite Gambar 2.3. Instrumentasi XRD
Gambar 2.4. Kurva Tegangan-Regangan Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 4.1. Sampel ZnS
Gambar 4.2. Grafik XRD sampel ZnS
Gambar 4.3. Identifikasi pola difraksi sinar-x sampel ZnS
Gambar 4.4. Hubungan perpanjangan sampel 0% dengan gaya tarik Gambar 4.5. Hubungan perpanjangan sampel 1% dengan gaya tarik Gambar 4.6. Hubungan perpanjangan sampel 2% dengan gaya tarik Gambar 4.7. Grafik hubungan perpanjangan dengan gaya tarik
pada sampel
Gambar 4.8. Sampel komposit PVA tanpa nanopartikel ZnS Gambar 4.8. Sampel komposit PVA dengan penambahan
nanopartikel ZnS 1%
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. ZnS Standar 42
Lampiran 2. Laporan Hasil Pengujian 46
Lampiran 3. Perhitungan Kekuastan Mekanik 51
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini, bidang material nanokomposit mendapatkan perhatian yang
serius dari para ilmuwan. Berbagai penelitian yang dilakukan dengan sangat
cermat terus menerus dilakukan. Penelitian dilakukan berdasar pada pemikiran/ide
yang sangat sederhana, yaitu menyusun sebuah material yang terdiri atas
blok-blok partikel homogen dengan ukuran nanometer. Hasil penelitian tersebut
sungguh mengejutkan. Sebuah material baru lahir dengan sifat-sifat fisis yang
jauh lebih baik dari material penyusunnya. Hal ini memicu perkembangan
material nanokomposit di segala bidang dengan memanfaatkan ide yang sangat
sederhana tersebut. Salah satu contoh yang sangat terkenal (terjadi dengan
sendirinya di alam) adalah tulang. Tulang memiliki ‘bangunan’ nanokomposit
yang bertingkat-tingkat yangterbuat dari tablet keramik dan ikatan-ikatan organik.
Partikel-partikel nanokomposit tersebut memiliki struktur, komposisi dan sifat
yang berbeda-beda. Hal ini memberikan fungsi yang beragam. Dengan demikian
material tersebut dapat menjadi multiguna. Sehingga pada akhirnya didapatkan
material baru yang memiliki beberapa fungsi dalam waktu yang sama dan dapat
digunakan pada beberapa aplikasi. Dari sinilah para ilmuwan mulai memikirkan
berbagai cara untuk mendapatkan material nanokomposit, karena material tersebut
memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan material konvensional.
Pada tahun 1995 Veprek, memulai menerapkan sebuah konsep rekayasa
material baru di bidang material keras yang dinamakan nanokomposit superkeras
(sekitar 40-50 GPa). Konsep peningkatan sifat fisis dan karakteristik material
dengan cara membuat nanokomposit multi-fasa (yang terbuat dari beberapa
material) sebenarnya bukanlah hal yang baru. Ide ini telah dipraktikkan sejak
peradaban dimulai dan umat manusia mulai menghasilkan material-material yang
efisien dengan fungsi-fungsi tertentu. Hal itu terlihat dari banyaknya
2
material nanokomposit. Sebagai contoh adalah lukisan bangsa Maya, peninggalan
purbakala yang terdapat di mesoamerika. Lukisan tersebut ternyata terdiri dari
matriks clay yang dicampur dengan molekul colorant (indigo) organik. Selain itu,
lukisan tersebut juga mengandung nanopartikel logam yang dibungkus oleh
substrat amorf silikat, dengan nanopartikel-oksida berada pada substrat.
Penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya menunjukkan beberapa hasil
pengujian sifat mekanik dari nanokomposit. Penambahan Silikon Dioksida (SiO2)
pada polimer epoxy resin dengan variasi komposisi bahan, waktu dan suhu, telah
berhasil menambah kekuatan polimer tersebut. Peningkatan kekuatan mekanik
material sebesar 24% dibandingkan dengan material tanpa penambahan
nanopartikel, ini terjadi pada penambahan fraksi massa SiO2 sebesar 0,0087.
(Abdullah, M.dkk.2008).
Penelitian mengenai sifat mekanik nanokomposit. Nanokomposit berbasis
Poliamid 6/Polipropilen dengan penambahan clay meningkatkan kekuatan tarik
dan flexural strength untuk kandungan clay <4 phr, sedangkan >4 phr
memberikan efek sebaliknya yakni menurunkan kekuatan. Adanya clay
meningkatkan modulus young dan flexural modulus dari matrik campuran
PA6/PP. Penurunan keuletan diperoleh pada nanokomposit PA6/PP dengan
adanya clay. (Kusmono. 2010)
Pada beberapa tahun belakangan ini sedang dilakukan secara intensif
penelitian yang berkaitan dengan bahan masa depan yang ideal dan harmoni
dengan lingkungan, yang layak srecara ekonomi, ramah, dan tanggap/peka
terhadap lingkungan serta dapat tahan lama dipakai. Bahan-bahan yang peka dan
dapat beradaptasi dengan perubahan lingkungan ini dikenal sebagai bahan cerdas
(intelligent material). Bahan ini merupakan bahan kebutuhan sehari-hari dengan
rentang aplikasi yang luas mulai dari bidang struktur, listrik dan elektronik, optik,
serta bahan bionaterial. Keunggulan dari bahan cerdas ini dibandingkan dengan
bahan konvensional adalah pada fungsi dasarnya antara lain bahan ini dapat
berfungsi sebagai sensor (mengkonversi suatu isyarat input ke suatu isyarat
output), effector (dapat berikatan dengan protein dan merubah fungsi kimianya),
sebagai actuator yaitu sebagai penggerak misalnya penggerak pada robot. Bahan
cerdas ini juga dapat berfungsi secara fisika dan kimia. Di bidang kimia, bahan
cerdas ini sangat dibutuhkan antara lain untuk mengatasi masalah-masalah
efisiensi dalam pemurnian dalam suatu campuran larutan, pemakaian obat secara
efisien dan ekonomis dalam penyembuhan penyakit. Beberapa aplikasi penting
teknologi yang didasarkan material nano antara lain: produksi bubuk nano
keramik dan material lain, nanokomposit, pengembangan sistem
nanoelektrokimia, aplikasi penggunaan tabung nano untuk menyimpan hidrogen,
chip DNA dan chip untuk menguji kadar logam dalam kimia ataupun biokimia.
Teknologi nano juga digunakan dalam mendeteksi gen maupun mendeteksi obat
dalam bidang kedokteran. Selain itu, juga dapat digunakan dalam alat-alat
nanoelektronik. Pengembangan teknologi nano lebih lanjut dapat diaplikasikan
dalam pebuatan laser jenis baru, nanosensor, nanokomputer (yang berbasis tabung
nano dan material nano), dan banyak lagi aplikasi lainnya.
Polyvinyl Alcohol (PVA) dapat digunakan sebagai lapisan tipis yang
sensitive khususnya dalam matrik immobilisasi untuk berbagai aplikasi. Jaringan
polimerik Polyvinyl Alcohol dihasilkan dari penggunaan glutaraldehyde atau
dengan teknik pembuatan gel agar menjadi polimer yang sensitif terhadap cahaya.
Polyvinyl Alcohol juga dapat digunakan untuk membuat serat tiruan. Saat ini
dipakai untuk benang ban mobil, ban mesin dan juga dalam berbagai industry lain,
seperti pembuatan kertas, pakaian, pelindung keju dari gangguan jamur. (Saxena,
S.K., .2004)
ZnS adalah logam semikonduktor II-VI yang materialnya dapat
diaplikasikan di dunia industri optoelektronik (untuk perangkat elektroluminisens,
sel surya dan peralatan optoelektronik lainnya). Sifat optik dan listrik dari seng
sulfida bergantung pada ukuran partikel. Dimana zinc sulfida adalah
semikonduktor II-VI dengan celah pita yang besar 3,50-3,70 eV dalam rentang
UV. Hal ini digunakan sebagai bahan utama untuk memancarkan dioda cahaya.
Nanopartikel ZnS dapat disintesis dengan metode kimia menggunakan polyvinil
alkohol sebagai matriks dengan mereaksikan antara 1M ZnCl2 dan 1M Na2S. Pada
4
kemudian dibiarkan. ZnS yang dihasilkan adalah larutan putih seperti larutan
susu. Dengan hasil ukuran partikel 4,9–6,6 nm. (Borah, J.P.dkk.2008).
Berdasarkan uraian di atas maka peneliti tertarik untuk menguji sifat
mekanik nanokomposit ZnS sebagai penguat dan PVA sebagai matriks. Adapun
judul penelitian ini adalah “Sintesis Dan Karakterisasi Sifat Mekanik
Nanokomposit PVA/ZnS Dengan Metode Simple Mixing”.
1.2 Batasan Masalah
Untuk memberi ruang lingkup yang jelas dalam penelitian ini peneliti
membatasi hanya pada proses pembuatan nanopartikel ZnS melalui pencampuran
CH4N2S. H20 0.2M dan Zn(CH3COO)2. H2O 0.2M. Dengan reaksi kimia
nanokomposit dengan pencampuran nanopartikel ZnS dengan PVA. Dan
mengetahui Karakterisasi Sifat mekanik nanokomposit PVA/ZnS.
1.3 Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana proses pembuatan nanopartikel ZnS?
2. Bagaimana proses pembuatan nanokomposit PVA/ZnS dengan metode
simple mixing?
3. Bagaimana Karakterisai sifat mekanik nanokomposit PVA/ZnS?
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui proses pembuatan nanopartikel ZnS.
2. Mengetahui proses pembuatan nanokomposit PVA/ZnS dengan
metode simple mixing.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk membuat suatu
material yang digunakan antara lain untuk:
1. Untuk mendapatkan bahan material yang memiliki kekuatan yang lebih
tinggi.
2. Sebagai material industry.
39
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Hasil pembuatan nanopartikel ZnS melalui pencampuran zinc asetat dengan thiuorea
menggunakan metode sintesis kimia memperoleh ukuran kristal 58 nm.
2. Nanokomposit yang memiliki kekuatan tarik terbesar pada penambahan nanopartikel
ZnS 1% dengan tegangan maksimum 82,19 MPa dan regangan maksimum sebesar
312,7% serta modulus elastisitas sebesar 26,28 MPa.
3. Nanokomposit PVA tanpa penambahan nanopartikel ZnS memiliki kekuatan tarik
dengan tegangan maksimum 70,70 MPa dan regangan maksimum sebesar 69,37%
serta modulus elastisitas sebesar 101,92 MPa.
4. Nanokomposit yang memiliki kekuatan tarik terkecil pada penambahan nanopartikel
ZnS 2% dengan tegangan maksimum 35,66 MPa dan regangan maksimum sebesar
334,21% serta modulus elastisitas sebesar 10,67 MPa. Ini menandakan bahwa tidak
selamanya dengan menambahkan nanopartikel ZnS sebagai penguat akan
meningkatkan sifat mekaniknya.
5.2 Saran
Untuk peneliti selanjutnya apabila menggunakan bahan yang sama dengan peneliti
ini, untuk hasil yang lebih baik lagi hendaknya :
1. Melakukan perbandingan yang lebih baik lagi antara pengisi dengan bahan utamanya.
2. Membuat nanokomposit dengan fraksi massa yang lebih variatif lagi.
3. Melakukan pengadukan yang lebih maksimal lagi (lebih merata) agar tingkat ke
homogenitas bahan tersebut semakin baik.
4. Untuk sampel yang lebih bagus lagi, hendaknya setelah sampel di keringkan di udara
terbuka dan sudah mengeras kemudian dimasukkan kedalam oven pengeringan lagi
agar sampel semakin mengeras.
5. Pada saat larutan dimasukkan ke dalam cetakan , sebaiknya larutan dilebihkan karena
pada saat pengeringan terjadi penyusutan. (ukuran sampel harus sesuai dengan ASTM
D-638 yang dipakai).
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M., Hadiyawarman, Agus Rijal, dan Bebeh Wahid Nuryadin, (2008), Fabrikasi Mterial Nanokomposit Super Kuat dan Transparan menggunakan Metode Simple Mixing, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi, 2:1-5.
Abdullah,M., Yudistira Virgus, Nirmin, dan Khairurrijal, (2008), Sintesis Nanomaterial. Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. 1 : 33-57.
Arumaarifu, (2010), what is nanoparticle. http://arumaarifu.wordpress.com/2011 /08/06/what is nanoparticle/.
Borah, J.P., dkk, (2008), Structural and Optical Properties of ZnS Nanoparticles, Chalcogenide Letters 5 : 201-208
Damawisnu, (2009), www.wordpress.com.
Dumbrava, A., Badea, Prodan, Popovici, dan Ciupina, (2009), Zinc Sulfide Fine
Particles Obtained At Low Temperature. Chalcogenide Letters 6 : 437-
443.
Erizal dan Rahayu, (2009), Thermo-Responsive Hydrogel of Poli Vinyl Alcohol (PVA)-Co-N- Isopropyl Acrilamyde (Nipaam) Prepared By - Radiation As A Matrix Pumping/On-Off System, Jurnal KimiaI, 9: 19-27.
Garmanage, (2000), http://www.chemistry.com/atelier/index.cgi?path=public &B&Energystorage&B&Supercapacitors&B&Model.
Hans, E.S., (2009), Nanoscience, Fak. Mathematik und Physik Institut für
Theoretische und Angewandte Physik, Germany
Khairiah, (2011), Sintesis dan Karakterisasi Pertumbuhan Nanopartikel ZnS dengan Metode Kopresipitasi, Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.
Kusmono, (2010), Studi Sifat Mekanik Dan Morfologi Nanokomposit Berbasis poliamid6/polipropilen/clay. Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. 1 : 33-57
Mohlis, J., (2006), http://www.chem_is_try.org.
Saxena, S.K., (2004), Polyvinyl Alcohol (PVA), www.pgpva.com/pvacont.htm.
Senthilkumaar., S. dan R. Thamiz Selvi., (2009), Formation of hexagonal shaped
wurtzite zinc sulphide nano rods,4 : 123-129
41
