A. JUDUL

Pengembangan Kaca Helm Anti Embun Menggunakan Teknologi Nano

B. LATAR BELAKANG MASALAH

Helm merupakan perangkat yang sangat dibutuhkan bagi pengendara

sepeda motor. Kaca helm merupakan bagian dari helm yang juga sangat penting

fungsinya, kaca helm melindungi kepala bagian depan atau wajah dari terpaan

angin, debu, kotoran maupun hewan-hewan kecil yang beterbangan di jalan.

Saat musim hujan biasanya terbentuk butiran embun kaca helm yang dapat

mengganggu penglihatan. Hal ini akibat adanya perbedaan suhu udara sekitar di

dalam dan luar helm serta adanya sirkulasi pernafasan di dalam helm. Kejadian

tersebut otomatis membuat jarak pandang serta konsentrasi menjadi buyar. Dalam

kondisi seperti ini dibutuhkan kaca helm anti embun atau yang lebih dikenal

dengan kaca helm antifog.

Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi atau alat pada

ukuran sangat kecil. Materi atau alat ini berukuran antara (1 – 100) nanometer. Satu

nm sama dengan satu-per-milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih

kecil dari ukuran rambut manusia. Ukuran (1 – 100) nm ini disebut juga dengan

skala nano (nanoscale) (wikipedia.org).

Titania dapat diaplikasikan sebagai bahan fotokatalisis, sensor gas,

pembersih polutan yang ada di udara, tanah danair, sebagai bahan campuran cat

agar tahan korosi, pelapisalat-alat dibidang kedokteran, kosmetik, sel surya,

penyerapgelombang elektromagnetik dan lain-lain. Sebagian besartitanium dioksida

yang dipakai aplikasi berukuran nanometer(Castro, 2008).

Penambahan titania dioksida pada kaca helm dapat membersihkan embun

yang dapat terbentuk pada kaca helm. Titania nano ini dideposisi ke kaca helm

sehingga dapat menempel pada bagian kaca helm tersebut.

C. PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah yang dapat

disusun dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimanakah cara pembuatan TiO2sehingga dapat dipakai untuk melapisi

kaca helm ?

1

2. Variabel apa sajakah yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan plastik berlapis nanokristal TiO2 dengan sifat hidrofilik dan transparansi yang tinggi ?

D. TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini yaitu :

1. Mengetahui cara pembuatan TiO2 nanopartikel dengan metode yang efisien

dan terjangkau.

2. Membuat prototype kaca helm anti embun yang dapat dipakai bagi

pengendara sepeda motor.

3. Mengetahui berbagai variabel yang dapat mempengaruhi tingkat

transparansi dan sifat hidrofilik TiO2.

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah artikel dalam jurnal

ilmiah.

F. MANFAAT

Manfaat dari penelitian ini antara lain:

1. Bagi mahasiswa, memberikan pengalaman dan wawasan untuk melakukan

serangkaian kegiatan/percobaan pembuatan titania nano sesuai

denganmetodologi penelitian.

2. Bagi masyarakat,memberikan inovasi kaca helm anti embun yang dapat

bermanfaat bagi masyarakat kedepannya.

G. TINJAUAN PUSTAKA

Titanium adalah logam berlimpah nomor empat di duniasetelah aluminium,

besi, dan magnesium. Selain itu, titaniumjuga merupakan elemen berlimpah

kesembilan (mencakup0,63% pada kerak bumi) ditemukan pada tahun 1791

diInggris oleh Reverend William Gregor, yang diberi namasebagai ilmenite. Elemen

ini ditemukan kembali beberapatahun kemudian oleh German Chemist Heinrich

2

Klaporthdalam bentuk rutile. Logam titanium tidak pernah ditemukansendirian,

keberadaannya selalu berikatan dengan minerallainnya seperti rutile, ilmenite,

leucoxene, anatase, brookite,perovskite, dan sphene yang ditemukan dalam titanat

danbeberapa besi ore. Titanium juga ditemukan dalam batu bara,abu, tanaman dan

dalam tubuh manusia (O. Carp, 2004).

Titanium dioksida mentah dimurnikan melalui konversi ke titanium

tetraklorida dalam proses klorida. Dalam proses ini, bijih mentah (yang

mengandung setidaknya 70% TiO2) dikurangi dengan karbon, teroksidasi dengan

klorin untuk memberikan titanium tetraklorida, yaitu, klorinasi carbothermal.

Tabel 1.Sifat Kimia dan Sifat Fisika TiO2

Keterangan BesaranMassa molekul ( gram/mol ) 79,866Bentuk PadatanWarna PutihDensitas ( gram/cm3 ) 4,23Titik leleh ( ˚C ) 1843Titik didih ( ˚C ) 2972

( en.wikipedia.org )

Banyak cara yang dapat dilakukan untuk membuat titanium nano, yaitu :

1. Chemical Vapor Deposition Method (CVD)

Metode ini menggunakan bahan baku (precursor)TTIP (Titanium Tetra

Isopropoxide). Pada metode CVD, lapisan nanopori TiO2 pada lapisan

semikonduktor diperoleh melalui proses deposisi dari precursor penyusunnya

( Maki, K. et.al.,2003 ). Uap gas TTIP dialirkan kedalam reaktor vakum,

kemudian gas tersebut akan terurai dan terdeposisi pada kaca. Kelemahan dari

metode ini adalah:

a) Biaya fabrikasi dan investasi peralatan yang mahal.

b) Proses fabrikasi yang rumit karena membutukan temperatur

dan tekanan yang tinggi untuk memperoleh kondisi vakum.

3

c) Memerlukan waktu proses produksi yang lama karena

banyaknya langkah kerja yang harus dilakukan.

2. Metode Sol-Gel (Sol-Gel Method)

Metode Sol-Gel didasarkan pada perubahan bentuk dari suatu sol.

Partikel yang tersuspensi dalam sol dipolimerisasi pada temperatur rendah

menjadi gel basah. Gel ini kemudian dipanaskan dan dilanjutkan dengan

pendinginan (annealing)untuk menghasilkan nano-partikel TiO2. Nano-partikel

TiO2kemudiandidispersikan dan disemprotkan pada kaca.

Kelemahan dari metode ini meliputi :

a) Proses pengubahan sol menjadi gel dan proses annealing

membutuhkan waktu yang lama.

b) Proses pelapisan TiO2 dengan cara penyemprotan (spray)

menyebabkan gaya adhesi antara TiO2 dan kaca rendah sehingga lapisan

TiO2 mudah mengelupas.

c) Jangka waktu (lifetime) penggunaan kaca swa-bersih tidak lama.

3. Metode Pelapisan Nano-partikel dengan Pencelupan (Dip Coating)

Metode ini dilakukan dengan mencelupkan substrat (kaca) ke dalam

larutan TiO2 kemudian substrat tersebut diangkat dengan kecepatan lambat pada

suhu tertentu. Proses selanjutnya adalah menguapkan pelarut (solvent) dari

lapisan TiO2 yang telah menempel pada kaca. Proses pengangkatan dan

pencelupan ini dilakukan secara berulang kali. Ketebalan lapisan bergantung

kepada kecepatan pengangkatan, kekentalan (viskositas) cairan dan kandungan

substrat.

4. Metode Pelapisan Nano-partikel dengan Sputtering

Menurut Hoshi Y. ( 1999 ), Sputtering adalah suatu metode pemercikan

material yang dideposisikan pada substrationisasi target oleh bombardir

elektron.Kelemahan dari metode ini antara lain :

4

a) Biaya untuk inventarisasi dan bahan kimia yang digunakan

sangat mahal.

b) Peralatan-peralatan teknologi vakum mahal karena reaktor-

nya harus kuat untuk menahan tekanan yang rendah.

5. Metode Direct Deposition by Flame (DDF)

Metode DDF merupakanmetode deposisi langsung dengan

menggunakan reaktor flame. Dalam metode DDF berlangsung tiga proses

penting yang dapat dilakukan dalam satu kali pemrosesan, yaitu :

a. Proses pembuatan material nano-partikel TiO2,

b. Proses deposisi nano-partikelTiO2 pada substrat kaca, dan

c. Proses pemanasan lapisan nano-partikel TiO2 untuk

memperbaiki sifat adhesinya.

Pada proses DDF, nano-partikel TiO2 dibuat secara langsung dalam

sebuah reaktor flame, kemudian dilanjutkan dengan proses deposisi langsung

dan proses pemanasan yang dilakukan secara in-situ.

6. Metode Spray

Berbagai proses pembuatan nanopartikel dilakukan para peneliti

sekarang salah satu diantaranya dengan proses Spray. Proses Spray adalah

pembangkitan droplet-droplet kecil dari medium fase cair dan salah satu metoda

umum yang digunakan dalam sintesis padatan partikel nanostruktur. Proses

Spray terdiri dari Spray Drying dan Spray Pyrolysis. Flame spray pyrolysis

merupakan metode pembuatan nanopartikel yang memanfaatkan atomisasi atau

penyemprotan larutan berupa droplet kedalam api (flame) dan akan

menghasilkan partikel serbuk. Menurut Nuryadin B.W (2008), faktor utama

pembentuk partikel sangat dipengaruhi proses spray (pembentukan droplet) dan

proses pemanasan. Selain itu menurut Choa, Changa et all (2009), ada

beberapa faktor lain yang mempengaruhi proses pembentukan nanomaterial

diantaranya konsentrasi prekursor, dan jenis starting material. Serta lama waktu

kontak dengan api (residence time) menurut Cho, J S et all (2008).

5

Metoda Spray sangat umum dilakukan karena banyak keuntungan

dengan sistem yang sangat simpel, berbiaya murah, dan dengan skala yang

sangat besar. Bahkan beberapa penelitian mampu memanfaatkan teknik ini

untuk menghasilkan material berporos dan berbentuk route. Selain itu perangkat

yang digunakan dalam metoda spray mengunakan alat yang sederhana, murah,

dan mudah didapatkan tetapi diakui sebagai metoda pabrikasi partikel

nanostruktur. Hal ini sangat cocok untuk perkembangan teknologi dinegara kita

yang sedang berkembang baik secarapenelitian dan industri.

H. METODE PELAKSANAAN

H.1. ALAT DAN BAHAN

H.1.1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah

1. TTIP (Titanium Tetra Isopropoxide)

2. Aquadest

3. LPG

H.1.2. Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

-

- labu takar

- pipet volume

- pipet tetes

- botol semprot

- gelas beaker

- ultrasonic nebulizer

- magnetic stirrer

- erlenmeyer

H.1.3 Gambar Alat

6

Gambar Skema alat flame spray pyrolysis pada pembuatan TiO 2 nanopartikel

Keterangan :

1.

2. LPG

3. Flemix flame

burner

4. Flame reactor glass

5. Bag filter

6. Condenser

Water

Watertrap

Ultrasonic

Nebulizer

Vacum pump

H.2. LOKASI

Tempat yang digunakan untuk pelaksanaan kegiatan penelitian dilakukan di

Laboratorium Operasi Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret.

H.3. CARA KERJA

1) Pembuatan powder TiO2

- Mengencerkan larutan TTIP 0,1M dengan

menggunakan 100ml aquadest dan HNO3 1M .

- Merangkai alat

- Larutan tadi kemudian dimasukkan

kedalamultrasonic nebulizer

- Memasang nebulizer pada alat

7

- Mengatur aliran gas LPG

- Menghidupkan reactor flame

- Menghidupkan nebulizer dan mengatur flow gas

( udara pembawa )

- Menyedotnya dengan blower dan menangkapnya

partikel nano yang terbentuk dengan bag filter.

2) Pelapisan kaca helm dengan metode penyemprotan

SerbukTiO2 disemprotkan pada kaca helm yang dipanaskan, dengan suhu tertentu. Hal ini bertujuan supaya serbuk TiO2 mau menempel pada kaca helm yang terbuat dari polimer.

I. JADWAL KEGIATAN

Kegiatan

B

ulan

ke-1 2 3 4 5

1. Studi literature2. Penyiapan alat3. Penyiapan bahan

TTIP4. Pengambilan data

Variabel yang berpengaruh 5. Analisis dan pembahasan 6. Penyusunan laporan7. Seminar dan diskusi

J. RANCANGAN BIAYA

No Jenis Jumlah Satuan Harga/satuan

(Rp)

Total

(Rp)1. Bahan habis pakai

TTIP 100 ml 2.000.000 2.000.000

8

LPG 1 Tabung

(12 kg)

85.000 85.000

Kaca helm 2 sampel 20.000 40.000Analisa morfologi dan

penampang lintang

dari lapisan nano-

partikel TiO2

1 sampel 300.000 300.000

Analisa struktur

kristal dari lapisan

nano-partikel TiO2

1 sampel 550.000 550.000

Analisa kristalinitas

dan kemurnian fase

dari lapisan nano-

partikel TiO2

1 sampel 75.000 75.000

Analisa luas area

spesifik material

nanopori TiO2

1 sampel 150.000 150.000

2. Seminar hasilKonsumsi 50 paket 3.000 150.000Penggandaan makalah 50 eksemplar 2.500 125.000

3. Laporan penelitianKertas HVS 2 rim 38.000 76.000Tinta printer 3 set 20.000 60.000Penggandaan proposal 5 eksemplar 7.000 35.000Penggandaan laporan

hasil

5 eksemplar 15.000 75.000

4. Lain-lainDokumentasi 1 set 60.000 60.000CD 1 set 5.000 5.000Transportasi - - 100.000 100.000Publikasi ilmiah /

jurnal

1 kali 85.000 85.000

Total 3.894.500

K. DAFTAR PUSTAKA

9

A.L. Castro, M.R. Nunes, A.P. Carvalho, F.M. Costa , M.H. Florencio (2007).

Synthesis of Anatase TiO2 Nanoparticles with High Temperature Stability

And Photocatalytic Activity.

Carp, O., Huisman, C.L. & Reller, A. (2004). Photoinduced Reactivity of

Titanium Oxide. Progress in Solid State Chemistry.32: 33-177

Choa, K., H. Changa;, et al. (2009). Mechanisms of the Formation of Silica

Particles fromPrecursors with

Cho, J. S., D. S. Jung, et al. (2008). Spherical shape hydroxyapatite powders

prepared by flame spray pyrolysis.

Hoshi, Y.; Ohki, R. (1999). Low energy rf sputtering system for the deposition of

ITO thin films. Electrochimica Acta 44: 3927-3932.

Maki, K. et.al. 2003. Fabrication of thin films of ITO by aerosol CVD. Thin Solid

Films 445: 224-228.

Nuryadin, B.W., 2008, Rancang Bangun Reaktor Spray Drying Dan Spray

Pyrolysis Mengunakan Ultrasonic Nebulizer Dan Pemanas Bertingkat,

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

www.en.wikipedia.org

10

L. LAMPIRAN

1. BIODATA KETUA DAN ANGGOTA KELOMPOK

a. Ketua Pelaksana Kegiatan

Nama Lengkap : Dien Nurfathia

NIM : I 0509012

Fakultas / program studi : Teknik / S1 Reguler

Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret

Alamat rumah : Jl Perdata 3 no. 12, Tangerang,

Banten

No. HP : 08568057042

Email :sidien_13@yahoo.com

Waktu untuk kegiatan : 15 jam / minggu

Ketua Pelaksana Kegiatan,

(Dien Nurfathia)

b. Anggota pelaksana

1) Nama Lengkap :Ulfa Hardyanti

NIM : I 0509041

Fakultas / program studi : Teknik / S1 Reguler

Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret

11

Waktu untuk kegiatan : 15 jam / minggu

Anggota Kelompok,

(Ulfa Hardyanti)

2) Nama Lengkap : Ditia Alliandira Haryanto

NIM : I 0510010

Fakultas / program studi : Teknik / S1 Reguler

Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas Maret

Waktu untuk kegiatan : 15 jam / minggu

Anggota Kelompok

(Ditia Alliandira H.)

2. BIODATA DOSEN PEMBIMBING

a. Nama Lengkap : Agus Purwanto

b. Tempat dan tanggal lahir : Sragen, April 11, 1975

c. Alamat : Perumahan Grand Tembalang

Regency Blok D3 no 6, Bulusan,

Tembalang, Semarang

d. NIP : 197504111999031001

e. Golongan / Pangkat : III C / Penata

f. Jabatan Fungsional : Lektor

g. Fakultas/Program Studi : Teknik/S1 Reguler

h. Perguruan Tinggi : Universitas Sebelas

Maret

i. Bidang Keahlian : Nanopartikel

j. Pendidikan Formal : S1 Teknik Kimia ITS

S2 Teknik Kimia ITS

12

S3 Chemical engineeringHiroshima

University, Japan

k. Waktu untuk Kegiatan : 15 jam / minggu

l. Pengalaman kerja:

Institusi Jabatan Periode

KerjaJurusan Teknik Kimia,

FT- UNS

Dosen 1998 -

sekarang

m. Pengalaman Penelitian:

1. Purwanto, A dan Mastuti, E., 2002 ,“Koefisien Perpindahan Massa

Menggunakan Shrinking Core Leaching Model Pada Ekstraksi Enceng

Gondok dengan Pelarut Karbondioksida Superkritis”, Penelitian Dosen

Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.

2. Purwanto, A, Jumari,A., 2002,“Kajian Model Matsuoka Pada Korosi Baja

Tulangan Beton”, DIK-UNS.

3. Jumari, A. dan Purwanto, A., 2004, “Koefisien Diffusi Ion Klorida pada

Lapisan Abu Sekam-Semen untuk Aplikasi Proteksi Korosi Baja Tulangan

Beton”, Penelitian Dosen Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.

4. Purwanto, A dan Paryanto, 2004,“Ekstraksi Minyak Buah Mengkudu

Secara Proses Alir”, Penelitian Dosen Muda, P4M, DIKTI-DEPDIKNAS.   

n. Daftar publikasi:

1. I Made Joni, Agus Purwanto, Ferry Iskandar, Manabu

Hazata, and Kikuo Okuyama, Intense UV-light absorption of ZnO

nanoparticles prepared using a pulse combustion-spray pyrolysis

method, Chem. Eng. J., 2009, in press.

2. Samsudin Affandi, Heru Setyawan, Sugeng Winardi, and

Agus Purwanto, A Facile Method for Production of High-Purity Silica

Xerogels from Bagasse Ash, Adv. Powder Technol., 2009, in-press.

13

3. Agus Purwanto, Hendri Widiyandari, Darmawan Hidayat,

Ferry Iskandar, and Kikuo Okuyama, A Facile Method for the

Fabrication of Vertically Aligned ITO Nanopillars with Excellent

Properties. Chem. Mater., 2009, in-press.

Dosen Pembimbing

Dr.Eng Agus Purwanto

NIP. 197504111999031001

14