PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA. SINTESIS DAN KARAKTERISASI CdSe SEMIKONDUKTOR QUANTUM DOTS NANOPARTIKEL SKRIPSI

(1)

PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A SINTESIS DAN KARAKTERISASI CdSe SEMIKONDUKTOR

QUANTUM DOTS NANOPARTIKEL

SKRIPSI

NURUL FITRIATUL ANDRIYANI

PROGRAM STUDI S-1 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA

(2)

(3)

(4)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A 4

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan di lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.

Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga.

(5)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A Nurul Fitriatul Andriyani, 2016. Sintesis dan Karakterisasi CdSe Semikonduktor Quantum Dots Nanopartikel. Skripsi ini dibawah bimbingan Drs. Adri Supardi, MS dan Dr. Andi Hamim Zaidan, S.Si, M.Si Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

ABSTRAK

Penelitian ini tentang sintesis dan karakterisasi CdSe semikonduktor quantum dots nanopartikel. Sintesis dilakukan menggunakan metode organometalik. Dengan prosedur ini, warna larutan CdSe berubah dari bening menjadi kuning dalam waktu 60 menit setelah penambahan larutan Se. Hal ini menandakan adanya perubahan ukuran dan band gap quantum dots seiring bertambahnya waktu. Dengan kata lain ukuran dan band gap quantum dots dapat dikontrol dengan menentukan waktu pertumbuhan yaitu setelah penambahan Selenium (Se). Quantum dots CdSe yang telah disiapkan dikarakterisasi dengan uji spektrum absorbansi, fluoresensi dan TEM. Panjang gelombang serapan maksimum hasil karakterisasi adalah 490 nm, 505 nm dan 510 nm. Sedangkan panjang gelombang emisinya 519,75 nm; 523,05 nm dan 531,08 nm. Intensitas fluoresensi yang dihasilkan sudah cukup tinggi yaitu 4347,84 a.u.; 4392,89 a.u. dan 5879,72 a.u. hasil uji TEM menunjukkan ukuran quantum dots yang dihasilkan telah berukuran nanometer tetapi tidak homogen sebesar 20,18 nm; 21,73 nm; 22,28 nm; 24,78 nm; 29,87 nm; 31,52 nm; 33,40 nm; 33,78 nm dan 46,92 nm sehingga berpotensi untuk mendeteksi sel kanker sedini mungkin.

Kata kunci : quantum dots, CdSe, nanopartikel.

(6)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A Nurul Fitriatul Andriyani, 2016. Synthesis and Characterization of CdSe Quantum Dots Semiconductor Nanoparticles. This research was under the guidance of Drs. Adri Supardi, MS and Dr. Andi Hamim Zaidan, S.Si, M.Si Department of Physics Faculty of Science and Technology University.

ABSTRACT

The research about the synthesis and characterization of semiconductor quantum dots CdSe nanoparticles. CdSe quantum dots have been synthesized by Organometallic method. In this procedure, the color of the solution changed from transparant to yellow in 60 minutes after Se solution had been added. This indicated a change in size and the band gap of quantum dots as the time increased. In other words, the size of the quantum dots and the band gap could be controlled by determining the time of growth after Selenium (Se) has been added. CdSe quantum dots have been characterized by absorption spectrum test, fluorescent test and TEM test. The results of maximum absorption spectrum characterization were defined on the wavelength 490 nm, 505 nm and 510 nm. Besides that, the emission wavelength were 519.75 nm; 523.05 nm and 531.08 nm. The results of fluorescence intensity were high enough on 4347.84 a.u.; 4392.89 a.u. and 5879.72 a.u. TEM test results indicated that the size of the quantum dots results have nanometer-sized but not homogeneous on 20.18 nm; 21.73 nm; 22.28 nm; 24.78 nm; 29.87 nm; 31.52 nm; 33.40 nm; 33.78 nm and 46.92 nm, so it has a potency to detect cancer cells as early as possible.

Keywords: quantum dots, CdSe, nanoparticles.

(7)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang senantiasa melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya sehingga skripsi yang berjudul “Sintesis dan Karakterisasi CdSe Semikonduktor Quantum Dots Nanopartikel”. Ini dapat terselesaikan dengan baik Shalawat serta salam tetap terlimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW sebagai teladan yang baik bagi umat

manusia.

Penulisan skripsi ini merupakan langkah awal dalam mengerjakan skripsi di Program Studi S1–Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga. Selama proses penulisan skripsi ini, penulis telah banyak mendapatkan berbagai ilmu pengetahuan, pengalaman serta pelajaran yang sangat berharga. Oleh karena itu, penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih kepada :

1. Allah SWT dengan pertolongan dan petunjuk-Nya semua ini dapat berjalan dengan lancar

2. Mama, Papa, Yasin, Doni dan Affa yang selalu melantunkan doa, memberi semangat yang luar biasa serta rasa kasih sayang yang tak pernah putus untuk dapat menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Moh.Yasin, M.Si selaku Kepala Prodi S1–Fisika sekaligus Kepala Departemen Fisika yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyusun skripsi ini

4. Bapak Drs. Adri Supardi, MS selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Andi Hamim Zaidan, M.Si, Ph.D selaku Dosen Pembimbing II yang selalu meluangkan waktunya untuk berkonsultasi, memberi ilmu pengetahuan, saran dan masukan yang sangat berharga serta selalu memberikan dukungan penuh dalam penyusunan skripsi ini.

5. Bapak Siswanto, M.Si dan bapak Sami`an, S.Si, M.Si selaku dosen penguji, terimakasih atas koreksi dan saran yang bersifat membangun demi peningkatan ilmu dan hasil yang akan dicapai penulis.

6. Dosen-dosen dan seluruh staf karyawan Program Studi S1 Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga yang telah banyak membantu kelancaran dalam penyusunan skripsi ini

(8)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A 7. Bidadari terbaik (Bhintari, Winda dan Fiona), Derian dan Dheal serta

seluruh teman-teman Program S1 Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Angkatan 2011 yang telah banyak memberi saran, kritik dan dukungan yang luar biasa dalam penyusunan skripsi ini.

8. Ainal Yakin selaku tunangan dan calon mertua serta ipar yang selalu memberi semangat dan motivasi penulis dalam pengerjaan skripsi ini.

Penulis sangat menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun dari semua pihak akan sangat berguna bagi penulis. Semoga skripsi ini dapat menjadi pijakan penelitian selanjutnya dan dapat memberikan manfaat bagi umat manusia.

Surabaya, 28 Januari 2016 Penulis,

Nurul Fitriatul Andriyani

(9)

(10)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL………... i

LEMBAR PERSETUJUAN ………..… ii

LEMBAR PENGESAHAN ………..……… iii

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ………..… vi

ABSTRAK ………..……….…….. v

ABSTRACT ………...………...….... vi

KATA PENGANTAR ………..………...…… vii

SURAT PERNYATAAN TENTANG ORISINALITAS………... ix

DAFTAR ISI ………...………... x

DAFTAR TABEL ………...………..…... xii

DAFTAR GAMBAR ………...……….…….. xiii

DAFTAR LAMPIRAN ………..………..……. xv BAB I PENDAHULUAN ………... 1 1.1.Latar Belakang ... 1 1.2.Rumusan Masalah ... 4 1.3.Batasan Masalah ... 5 1.4.Tujuan Penelitian ... 5 1.5.Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1.Nanopartikel ... 6

2.2.Quantum Dots ... 10

2.3.Material Semikonduktor Cadmium Selenide (CdSe) ... 17

2.4.Aplikasi Quantum Dots Dalam Bidang Biomedis ... 19

2.5.Karakterisasi Quantum Dots Nanopartikel ... 20

2.5.1. Spektrofotometer UV-Vis ... 20

2.5.2. Spektrofotometer Fluoresensi... 25

2.5.3. Transmission Electron Microscope (TEM) ... 28

BAB III METODE PENELITIAN ... 30

3.1.Tempat dan Waktu Penelitian ... 30

3.2.Bahan dan Alat penelitian ... 30 x

(11)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A

3.2.1 Bahan penelitian ... ... 30

3.2.2 Alat penelitian ... 31

3.3.Diagram Alir Penelitian ... 31

3.3.1 Sintesis Quantum Dots CdSe ... 33

3.3.2 Karakterisasi Sampel ... 34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……….. 37

4.1.Visual dari Quantum Dots CdSe ………... 37

4.2.Karakterisasi Quantum Dots CdSe ……….. 40

4.2.1 Karakterisasi Sifat Optik Quantum Dots CdSe ………...…… 40

4.2.1.1Spektrum Absorbsi ………...………... 40

4.2.1.2Spektrum Fluoresensi ………... 44

4.2.2 Karakterisasi Sifat Fisik Quantum Dots CdSe ………... 46

4.2.2.1 Transmission Electron Microscope (TEM) ... 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………... 49

5.1.Kesimpulan ... 49

5.2.Saran ... 50

DAFTAR PUSTAKA ... 51

(12)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A DAFTAR TABEL

No. Judul Tabel Halaman

Tabel 2.1 Spektrum tampak dan warna komplementer ... 23

Tabel 4.1 Fase pelarut yang digunakan untuk metode sintesis koloid ... 40

Tabel 4.2 Hasil uji spektrum absorbsi dan band gap yang dihasilkan ... 42

Tabel 4.3 Hasil uji spektrum fluoresensi quantum dots ... 45

Tabel 4.4 Ukuran partikel quantum dots CdSe dengan menggunakan model Brus dan model Yu ... 48

(13)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Dua pendekatan sintesis nanopartikel : top-down dan bottom-up

(Winarti, 2013) ... 10

Gambar 2.2 Suspensi koloid quantum dots CdSe (Elizabeth M. Boatman, George C. Lisensky dan Karen J. Nordell, 2005) ... 11

Gambar 2.3 Pelapisan quantum dots dengan TOPO (Talapin, et al. 2001) ... 13

Gambar 2.4 Hubungan panjang gelombang dan ukuran quantum dots (Ooba, 2006) ... 16

Gambar 2.5 Reaksi pembentukan quantum dots CdSe (R.M. Hodlur dan M.K. Rabinal, 2014) ... 18

Gambar 2.6 Struktur kristal CdSe (Murray, C.B.; Kagan, C.R.; Bawendi, M.G., 2000) ... 18

Gambar 2.7 In vivo pencitraan fluoresensi dari tumor (lihat panah) sebelum dan sesudah injeksi (Maoquan chu dan rekannya, 2012) ... 19

Gambar 2.8 Komponen alat spektrofotometer UV-Vis (Nuryadin, 2012) ... 23

Gambar 2.9 Komponen-komponen spektrofotometer fluoresensi (Indah, 2015) ... 26

Gambar 2.10 Prinsip Transmission Electron Microscope (TEM) (Dann, 2000) . 28 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ... 32

Gambar 3.2 Seperangkat alat spektrofotometer UV-Visible ... 34

Gambar 3.3 Seperangkat alat spektrofotometer fluoresensi ... 35

Gambar 3.2 Peralatan Transmission Electron Microscope (TEM) ... 36

Gambar 4.1 Visual dari hasil sintesis pertama (a) dengan cahaya ruang dan (b) dengan cahaya lampu UV ... 37

Gambar 4.2 Visual dari hasil sintesis kedua (a) dengan cahaya ruang dan (b) dengan cahaya lampu UV ... 38

Gambar 4.3 Spektrum absorbsi quantum dots CdSe sampel 1 ... 41

Gambar 4.4 Spektrum absorbsi quantum dots CdSe sampel 2 ... 41

Gambar 4.5 Spektrum absorbsi quantum dots CdSe sampel 3 ... 42 xiii

(14)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A Gambar 4.6 Spektrum fluoresensi CdSe dengan pelarut hexane ... 44 Gambar 4.7 Merupakan hubungan antara penyerapan dan emisi energi untuk

molekul terpisah (kiri) dan untuk nanopartikel semikonduktor (kanan) ... 46 Gambar 4.8 Hasil TEM quantum dots CdSe sampel 1 ... 47

(15)

SKRIPSI SINTESIS DAN KARAKTERISASI NURUL FITRIATUL A DAFTAR LAMPIRAN

1. Proses sintesis quantum dots CdSe 54

2. Peralatan karakterisasi quantum dots CdSe 57

3. Hasil uji spektrofotometer UV-Vis 58

4. Hasil uji spektrofotometer fluoresensi 59

5. Hasil uji TEM (Transmission Electron Microscopy) 60

6. Perhitungan band gap quantum dots CdSe 61

7. Perhitungan diameter quantum dots CdSe dengan persamaan Brus 62 8. Perhitungan diameter quantum dots CdSe dengan persamaan Yu 65