Pembuatan Nanokomposit Semikonduktor Nas pdf

1

Pembuatan Nanokomposit Semikonduktor (Naseko) Bermatrix
Limbah Botol Plastik Polietilen Tereftalat (PET) dengan
Penambahan Cu dan Fe
BAB I PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang Masalah

Semikonduktor merupakan komponen yang penting di dalam alat-alat
elektronik. Semikonduktor umumnya berbahan silikon (Si) ataupun germanium (Ge).
Karena sifat mekanik Si dan Ge yang terbatas maka dilakukan pengembangan
semikonduktor menggunakan material yang lebih kuat dan ringan. Semikonduktor
yang sedang dikembangkan umumnya berbentuk komposit, karena sifatnya dapat
mudah dimodifikasi tergantung dengan dopingnya. Komposit yang umumnya
digunakan adalah polimer matrix composite (PMC) (Purnama, 2013). Penelitian yang
menggunakan polyprophylene (PP) sebagai matriks dan Cu sebagai filler berhasil
meningkatkan sifat mekanik komposit namun belum menghasilkan kenaikan nilai
konduktivitas yang signifikan, disebabkan ikatan antara polimer dan Cu yang kurang
baik (Zulfia, 2011). Untuk meningkatkan ikatan antara matriks dengan filler maka

digunakan filler yang berukuran nano.
Nanokomposit menggunakan partikel nano dalam pembuatanya, penggunaan
partikel nano dapat memberikan hasil yang baik dengan biaya yang lebih murah.
Penambahan nanopartikel dapat meningkatkan konduktivitas listrik dari PMC hingga
mencapai 108-1012 S cm-1 bahkan pada konsentrasi yang sangat rendah (Mutiso,
2012). Salah satu jenis polimer yang paling banyak digunakan saat ini adalah
polyethilene tereftalat (PET). Disisi lain limbah botol plastik yang ada saat ini telah
menjadi masalah serius. Dari perkiraan Kementrian Lingkungan Hidup penduduk
Indonesia menghasilkan 28,4 ribu ton sampah plastik/hari (Surono, 2013). Dari
jumlah tersebut sekitar 2,3% sampah plastik yang ada di kota besar merupakan botol
plastik minuman atau produk lain yang terbuat dari PET (Sahwan, 2005).
Penelitian ini dilakukan untuk memanfaatkan limbah plastik sebagai bahan
baku dari nanokomposit semikonduktor. Sasaran dari penelitian ini adalah untuk
melihat pengaruh jenis filler terhadap konduktivitas listrik yang dihasilkan, struktur
permukaan, dan juga porositas dari nanokomposit yang dihasilkan. Nanokomposit
Semikonduktor (Naseko) dibuat dengan menggunakan limbah botol plastik PET
sebagai matriks dan serbuk Cu dan Fe yang berukuran nano sebagai fillernya. Pada
pembuatan Naseko ditambahkan Xylene dan Maleic Anhydride (MA) sebagai pelarut
dan compatibilizer.

2

1.2

Rumusan Masalah

Semikonduktor merupakan komponen yang penting didalam alat-alat
elektronik. Kebutuhan yang terus meningkat menyebabkan perlu dikembangkan
material semikonduktor yang ringan dan kuat. Semikonduktor yang sedang
dikembangkan umumnya berbentuk komposit bermatrix polimer. Salah satu jenis
polimer yang berlimpah dan tidak termanfaatkan adalah limbah botol plastik
berbahan PET.
Penelitian ini akan memanfaatkan limbah plastik berbahan PET sebagai bahan
baku pembuatan nanokomposit yang bersifat semikonduktor. Dalam pembuatan
Naseko juga akan diuji pengaruh jenis filler terhadap kenaikan nilai konduktivitas
listrik yang dihasilkan.
1.3

Tujuan dan Manfaat Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :

 Menciptakan suatu material komposit baru yang memanfaatkan limbah botol
plastik yang berbahan baku Polietilen Tereftalat (PET).
 Menganalisa mikrostruktur, porositas, dan konduktivitas listrik dari
nanokomposit yang dibuat.
 Mengurangi dampak dari pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh
limbah botol plastik.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Plastik

Plastik merupakan salah satu jenis polimer yang paling sering digunakan
dalam kehidupan sehari-hari, umumnya material plastik yang digunakan berjenis
PET, polyprophylene (PP), poliyvinyl clorida (PVC), low density polyethylene
(LDPE), dan high density polyethylene (HDPE). Jenis plastik yang paling banyak
digunakan adalah jenis PET. Plastik PET bersifat termoplastik dan memiliki titik
lebur 80oC, plastik ini umumnya digunakan sebagai botol kemasan minuman.
2.1.1

Limbah Botol Plastik

Limbah botol plastik merupakan salah satu limbah yang tidak dapat terurai
oleh mikroorganisme, sebagian besar limbah botol plastik merupakan plastik berjenis
PET. Karena sifatnya yang tidak terurai oleh mikroorganisme, limbah botol plastik
umumnya didaur ulang menjadi produk baru (Surono, 2013). Namun daur ulang
plastik yang dilakukan hanya mampu mengurangi total limbah plastik sekitar 17%,

3

limbah plastik yang tidak di daur ulang menumpuk di tempat pembuangan dan dapat
mencemari lingkungan. Limbah botol plastik yang menumpuk di tempat pembuangan
akhir memiliki potensi yang besar untuk dimanfaatkan kembali, khususnya pada
industri pembuatan komposit.

Gambar 1. Limbah Botol Plastik
2.2

Komposit

Komposit merupakan material yang terbentuk dengan penggabungan dua atau
lebih material yang berbeda (tidak homogen), dimana sifat mekanik dari masingmasing material pembentuknya yang berbeda. Sifat bahan komposit bergantung pada
beberapa proses yang mempengaruhinya, seperti jenis material komposit yang
digunakan, fraksi volume penguat, dimensi penguat, dan beberapa variable-variabel
proses yang lain (Zainuri, 2008 dan Anugraha, 2014). Menurut matriks (perekat)
yang digunakan, bahan komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga bagian yaitu
MMC (Metal Matrix Composite), CMC (Ceramic Metrix Composite), dan PMC
(Polymer Matrix Composite) (Purnama, 2013). Bagian yang paling penting didalam
komposit adalah matriks dan filler.
2.2.1

Matriks

Matriks merupakan material yang digunakan sebagai perekat pada
pencampuran beberapa material sehingga membentuk komposit dengan sifat yang
diinginkan, komposit terdiri dari beberapa jenis jika dilihat dari perekatnya yaitu
MMC yang merupakan komposit berbahan matriks logam yang tidak mudah terbakar
dan memiliki temperature operasi tinggi, CMC atau komposit berbahan matriks
keramik dan PMC yang merupakan komposit yang menggunakan matriks polimer.
Dari ketiga jenis komposit tersebut, PMC memiliki beberapa kelebihan karena

memiliki sifat yang lebih tahan karat dan jauh lebih ringan jika dibandingkan dengan
kedua jenis komposit yang lain, selain itu komposit jenis PMC merupakan matriks

4

yang paling umum digunakan pada material pembuatan komposit karena
menggunakan perekat berbahan polymer. PMC dapat juga dikelompokkan menjadi
polimer termoset dan polimer termoplastik, perbedaan antara keduanya jika pada
polimer termoset tidak dapat didaur ulang sedangkan untuk polimer termoplastik
dapat didaur-ulang yang menyebabkan polimer jenis termoplastik lebih banyak
digunakan, contoh termoplastik yaitu polypropylene (PP) dan PET (Purnama, 2013).
2.2.2

Filler

Filler atau bahan pengisi merupakan material tertentu yang dicampurkan pada
suatu matriks (perekat) untuk mendapatkan karakterisasi komposit yang diinginkan,
seperti sifat konduktivitas listrik , sifat mekanik dan porositas komposit. Penambahan
filler pada matriks tergantung pada karakterisasi komposit yang diinginkan, seperti
pada uji konduktivitas listrik filler dapat berasal dari bahan-bahan logam seperti besi

(Fe) dan tembaga (Cu).
Tembaga merupakan unsur kimia dengan warna kemerahan dan mempunyai
nilai konduktivitas listrik yang baik dengan konduktivitas thermalnya 401 W/m.K,
kawat tembaga dan paduan tembaga digunakan untuk tabung microwave, sakelar,
generator, instalasi listrik rumah , radiator mobil dan sebagainya (Junaidi, 2011).
2.3

Nanokomposit

Nanokomposit merupakan komposit yang ditambahkan filler berukuran nano,
material nano dikarakterisasi menggunakan SEM untuk melihat mikrostrukturnya.
Penambahan partikel nano bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanik dan nilai
konduktivitas dari komposit yang dihasilkan (Firmansyah, 2013).
2.3.1

Konduktivitas Listrik Nanokomposit

Konduktivitas listrik merupakan kemampuan suatu bahan untuk
menghantakan listrik dengan baik. Pengukuran konduktivitas listrik bahan konduktor
yang baik (logam) tidak dapat dilakukan dengan hanya mengukur nilai arus dan

tegangan listriknya saja, karena akan menyebabkan terjadinya hubung pendek listrik,
pengukuran konduktivitas listrik bahan konduktor secara akurat biasanya tidaklah
mudah, dan kerap memerlukan penggunaan teknik yang rumit (Setiawan, 2009). Pada
penelitian ini, uji konduktivitas listrik dilakukan pada material komposit bermatriks
polimer jenis PET dengan bahan pengisi tembaga (Cu) dan besi (Fe). Penelitian
sebelumnya menggunakan PP sebagai matriks untuk mengikat Cu didapati adanya
peningkatan dari nilai mekanik bahan namun nilai peningkatan konduktivitas
listriknya masih jauh dari hasil yang diinginkan, hal ini dikarenakan kompatibilitas
PP-g-MA tidak berfungsi dengan baik untuk mengikat PP dengan C serta Cu karena

5

terbukti konduktivitas listrik komposit tidak meningkat secara signifikan (Zulfia,
2011). Untuk itu dibutuhkan penelitian lebih lanjut mengenai jenis polimer dan
komposisi bahan yang tepat untuk meningkatkan nilai konduktivitas listrik dari
komposit yang dihasilkan.
2.5

Scanning Elektron Microscope ( SEM )

Scanning Elektron Microscope adalah suatu jenis mikroskop elektron yang
menghasilkan berbagai gambar dari proses tumbukan elektron dengan energy yang
tinggi terhadap permukaan suatu sampel dan kemudian mengidentifikasi sinyal-sinyal
hamburan elektron dari permukaan. SEM mampu menghasilkan gambar dengan
resolusi yang sangat tinggi dengan perbesaran gambar berkisar antara 15 kali hingga
200000 kali. SEM dapat digunakan untuk mengetahui struktur permukaan dan
porositas Nanokomposit.
Struktur permukaan komposit dipengaruhi oleh mikrostruktur bahan , dimana
mikrosturktur berpengaruh pada sifat kimia material komposit, mikrostruktur bahan
ditentukan oleh jumlah fase yang ada, perbandingan fase, dan bagaimana
mikrostruktur tersebut terdistribusi didalam material. Perubahan mikrostruktur
material salah satunya dipengaruhi oleh adanya perlakuan (treatment) panas dalam
pembentukannya. Sedangkan Porositas berpengaruh pada sifat fisik material
komposit. Semakin rapat struktur nanokomposit, berarti jarak antar molekul dalam
permukaan semakin rapat sehingga mempunyai kekuatan tarik dan daya jebol yang
besar.SEM juga dapat digunakan untuk melihat pori nanokomposit sehingga dapat
ditentukan standar keseragaman struktur komposit (Al, 2003)
BAB III METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode
eksperimental/rekayasa. Model penelitian yang akan digunakan adalah penelitian

lapangan dimana dilakukan beberapa pengukuran data variabel secara langsung,
kemudian data yang diperoleh dari hasil uji laboratorium akan disajikan dalam bentuk
grafik.
3.1

Variabel Penelitian

3.1.1

Variabel Terikat

Variabel terikat dalam penelitian ini adalah konduktivitas
mikrostruktur, dan porositas dari nanokomposit semikonduktor.

listrik,

6

3.1.2

3.1.3

3.2

Variabel Tetap







Kondisi Operasi (P,T)
Jenis Pelarut
Jenis botol plastik
Compatibilitor
Temperatur hot press

: 1 atm, 85oC
: Xylene
: botol plastik bekas minuman berjenis PET
: Maleic Anhydride
: 90oC

Variabel Bebas




Konsentrasi filler
Jenis filler

: 1%wt, 3%wt, 5%wt, 7%wt, & 10%wt
: Cu dan Fe

Rancangan Penelitian
Diagram pengerjaan penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut:

Mulai

Pengumpulan bahan
baku (limbah botol
plastik)

Pembuatan
Nanokomposit
Semikonduktor (Naseko)

Uji konduktivitas listrik

Uji SEM

Persiapan bahan baku

Analisa data

Pembuatan laporan

Gambar 2. Diagram pengerjaan penelitian
3.3





Prosedur Penelitian
Persiapan peralatan (rangkaian peralatan terlampir di lampiran 4)
Dilakukan penimbangan serbuk filler dengan persentase berat yang telah
ditentukan, dalam penelitian ini jenis filler yang digunakan adalah Cu dan Fe.
Selanjutnya potongan botol plastik PET dimasukkan ke dalam labu leher tiga
dan ditambahkan pelarut xylene untuk melarutkan plastik PET. Campuran

7






3.4

dipanaskan dengan temperatur 85oC . Setelah botol plastik PET mencair
ditambahkan serbuk filler dan diaduk hingga homogen selama 15 menit.
Tahap selanjutnya ditambahkan MA sebanyak 8% dari berat botol plastik PET
sambil diaduk selama 10 menit. Setelah campuran homogen, campuran
dituang ke dalam cetakan alumunium dan dibiarkan terbuka selama 72 jam
dengan tujuan menguapkan pelarut xylene.
Kemudian campuran dikempa menggunakan hot press pada suhu 90oC selama
20 menit. Papan komposit yang sudah dicetak dibiarkan selama 4-5 hari.
Tahap akhir dilakukan pengujian sifat mekanis dan konduktivitas listriknya.

Pengumpulan Data dan Analisa Data

Pengumpulan data dilakukan dengan melakukan observasi langsung
dilapangan dengan eksperimen nyata. Data kuantitaif yang diperoleh dianalisa dengan
mambandingkan setiap variabel penelitian.
3.5

Penyimpulan Hasil Penelitian

Dari data hasil penelitian yang didapatkan, dapat disimpulkan variabel mana
yang paling optimum untuk digunakan dalam pembuatan polimer nanokomposit
semikonduktor.
BAB IV BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN
4.1

Anggaran Penelitian

Anggaran penelitian selengkapnya dapat dilihat pada bagian lampiran 2.
Berikut adalah pembagian dan persentase rincian pengeluaran.
Tabel 1. Jenis Pengeluaran
No
1
2
3
4

Jenis Pengeluaran
Biaya Habis Pakai (46,4%)
Biaya Peralatan Penunjang (34,7%)
Biaya Transportasi (11%)
Biaya Kesekretariatan (7,9%)
Jumlah

Biaya
Rp. 4.425.000,Rp. 3.310.000,Rp. 1.050.000,Rp. 750.000,Rp. 9.535.000,-

8

4.2

Jadwal Penelitian

Penelitian ini direncanakan akan berlangsung selama 4 bulan, dengan rincian
tahapan penelitian sebagai berikut. Untuk pembagian tugas masing-masing anggota
terlampir pada lampiran 3.
Tabel 2. Jadwal Penelitian
Kegiatan Penelitian
Tahap I : Persiapan
Pengadaan Alat dan Bahan
Tahap II : Pembuatan Sampel
Komposit
Pembuatan sampel menggunakan
serbuk Cu
Pembuatan sampel menggunakan
serbuk Fe
Pencetakan Nanokomposit
Tahap III: Pengujian
Analisa Sampel Menggunakan
SEM
Analisa Konduktivitas Listrik

Bulan 1

Bulan 2

Bulan 3

Bulan 4

Tahap IV: Pengolahan Data
Pengolahan Data
Pembuatan Laporan
Penyimpulan dan Perbaikan
Pembuatan Laporan Akhir
DAFTAR PUSTAKA

Al, H.P. 2003 . Pembuatan Dan Katakterisasi Membrane Komposit Polisulfon
Selulosa Alsetat Untuk Proses Ultrafiltrasi. Jurnal Pendidikan dan Sains 3 :
168-173.
Anugraha, V.G., dan Widyastuti. 2014 . Pengaruh Komposisi Sn Dan Variasi
Tekanan Kompaksi Terhadap Densitas Dan Kekerasan Komposit Cu-Sn
Untuk Aplikasi Proyektil Peluru Frangible Dengan Metode Metalurgi Serbuk.
Jurnal Teknik Pomits 3 : 102-107.

9

Junaidi, Ahmad dan Dicky Seprianto. 2011 . Pengaruh Temperatur Sinter Terhadap
Kekerasan Elektroda Tembaga -5% Karbon Yang Dibuat Dengan Metode
Serbuk Metalurgi. Jurnal Austenit 3 (2) : 53-64.
Lu, M., Gong, H., Song, T., Wang, J.P, Zhang, H.W., dan Zhou, T.J. 2006.
Nanoparticle Composites: Fept With Wide-Band-Gap Semiconductor.
Journal Of Magnetism And Magnetic Materials 303 : 323-328.
Mutiso, R.M., dan Winey, K.I. 2012. Polymer Science: A comprehensive reverence,
Volume 7. U.S.A: Elsevier. Hlm 327-344.
Purnama, H., Purnomo, J.K., dan Wibowo., T.W. 2013 . Pengaruh Jenis Serat
Terhadap Kuat Tarik Dan Kuat Benturan Pada Material Komposit Resin
Epoksi. Simposium Nasional RAPI XII : 64-69
Junaidi, A., dan Seprianto, D. 2011 . Pengaruh Temperatur Sinter Terhadap
Kekerasan Elektroda Tembaga -5% Karbon Yang Dibuat Dengan Metode
Serbuk Metalurgi. Jurnal Austenit 3 (2) : 64-69.
Sahwan, F.L., Martono, D.H., Wahyono, S., dan Wisoyodharmo, L.A. 2005 . Sistem
Pengelolaan Limbah Plastik Di Indonesia. Jurnal Teknik Ling. P3TL-BPPT 6
(1) : 311-318.
Setiawan, I., Abraha, K., dan Utomo, A.B.S. 2009 . Pembuatan Alat Ukur
Konduktivitas Listrik Konduktor Logam Menggunakan Metode Induksi Dan
Penabiran Magnetic. Seminar nasional penelitian, Pendidikan dan Penerapan
MIPA , FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta : Yogyakarta, hlm. 1-9.
Surono, U.B. 2013. Berbagai Metode Konversi Sampah Plastik Menjadi Bahan Bakar
minyak. Jurnal Teknik 3 (1): 32-40.
Zainuri, M., Siradj, E.S., Priadi, D., Zulfia, A., dan Darminto.2008. Pengaruh
Pelapisan Permukaan Partikel Sic Dengan Oksida Metal Terhadap Mofulus
Elastisitas Komposit Al/Sic. Makara sains 12 (2) : 126-133.
Zulfia, A., Abimanyu, T., dan Dalam, V.W. 2011. Penambahan Tembaga Pada
Komposit PP/C Dan Pengaruhnya Pada Sifat Mekanik Dan Konduktivitas
Pelat Bipolar Komposit PP/C-Cu. Makara Teknologi 15 (2) : 101-106

10

LAMPIRAN
Lampiran 1. Biodata Ketua, Anggota, dan Dosen Pembimbing
BIODATA KETUA

11

BIODATA ANGGOTA

12

13

BIODATA DOSEN PEMBIMBING

14

15

Lampiran 2. Justifikasi Anggaran Kegiatan

No.

Jenis Pengeluaran

Harga Satuan

Kuantitas

Biaya Kesekretariatan7,9%
Perizinan dan Peminjaman
1 Alat
Pembuatan dan Penggandaan
2 Laporan
3 Kesekretariatan
4 Dokumentasi
Jumlah
Biaya Habis Pakai-46,4%
1 Maleic Anhydride
2 Serbuk Cu
3 Serbuk Fe
Analisa dengan Scanning
4
Electron Microscop
5 Xylene
6 Analisa Konduktivitas Listrik
7 Botol plastik bekas
Jumlah
Peralatan Penunjang-34,7%
1 Labu leher tiga 500mL pyrex
2 Termometer
3 Cetakan komposit
4 Kondenser
5 Pompa kecil
6 Magnetic Stirer

Justifikasi
Pemakaian
(Rp)

400.000
150.000
100.000
100.000
750.000
60.000/kg 1 kg
65.000/100g 100 g
65.000/100g 100 g

60.000
65.000
65.000

300.000/smpl 11 smpl

3.300.000

30.000/liter 5 liter
70.000/smpl 11 smpl
3000/kg 5 kg

150.000
770.000
15.000
4.425.000

850.000/buah 2 buah
25.000/buah 2 buah
60.000/buah 11 buah

1.700.000
50.000
660.000

350.000/buah 2 buah
75.000/buah 2 buah
25.000/buah 2 buah
Jumlah

Transportasi-11%
Transportasi Banda Aceh –
1
Medan untuk pengepressan
350.000/orang
nanokomposit
Jumlah
Total Pengeluaran

3 orang

700.000
150.000
50.000
3.310.000

1050.000
1.050.000
9.535.000

16

Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim Peneliti dan Pembagian Tugas

No.

Nama/NIM

Program Studi

1

Muhammad Ilham
Noor

MIPA Fisika

2

Harita Cahyo
Baskoro

Teknik Kimia

3

Ulvia

MIPA FISIKA

Alokasi
Waktu

Uraian Tugas

Manajemen di
dalam tim,
15
Analisa
jam/minggu
konduktivitas
listrik
Pembuatan
15
Nanokomposit,
jam/minggu
dan Analisa
SEM
Pembuatan
Laporan dan
14jam/minggu
Pengujian
sampel

17

Lampiran 4. Surat Pernyataan Ketua Peneliti

18

Lampiran 5. Skema Peralatan

Gambar 3. Rangkaian alat penelitian

Penjelasan:
1. Selang air
2. Kondenser
3. Labu leher tiga
4. Air
5. Sumber listrik
6. Pompa kecil
7. Pemanas
8. Termometer