PENGARUH VARIASI pH DAN TEMPERATUR SINTERING TERHADAP NILAI SENSITIVITAS MATERIAL TiO

  PENGARUH VARIASI pH DAN TEMPERATUR SINTERING TERHADAP NILAI SENSITIVITAS MATERIAL TiO

  2 SEBAGAI SENSOR GAS CO Disusun Oleh: Ika Silviana Widianti 2711 100 065 Dosen Pembimbing: Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si

  PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

  • Peringatan explosive gas
  • Pengembangan sebagai pendeteksi gas

  Metal oksida (MO ) x polutan

  • • Respon cepat

  Titanium dioksida

  • Sifatnya

  (TiO ) • Sebagai pendeteksi gas CO dan H

  2

  2

  • Disus

  Metode pembuatan

  • • Metode sol-gel

  sensor MO x

  • Pengontrolan struktur mikro

  Sifat pendeteksi gas

  • Pengontrolan ukuran kristal dengan variasi pH )

  dari sensor (TiO ) • Penyebab terjadinya semikonduktor (TiO

  2

  2

  PENDAHULUAN

RUMUSAN MASALAH

  

Bagaimana pengaruh variasi pH terhadap fase dan struktur

  1 mikro material keramik TiO

2 Bagaimana pengaruh temperatur sintering terhadap fase dan

  2 struktur mikro material keramik TiO

  2

  • Disus

  

Bagaimana pengaruh variasi pH dan temperatur sintering

  3 terhadap nilai sensitivitas material keramik TiO sebagai sensor

  2

  PENDAHULUAN TUJUAN

  Menganalisa perubahan fase dan struktur mikro akibat variasi

  1 pH dan temperatur sintering pada material keramik TiO yang

  2 dibuat dengan metode sol gel

  • Disus

  Menganalisa hasil pengukuran sensitivitas material keramik

2 TiO yang diaplikasikan sebagai sensor gas CO

  2 Temperatur, tekanan, dan kelembapan, dianggap konstan Fluktuasi tekanan kompaksi diabaikan

  PENDAHULUAN Fluktuasi temperatur pada saat proses stirring, diabaikan

Adanya pengotor, diabaikan.

BATASAN MASALAH

  • Disus

  PENDAHULUAN

MANFAAT PENELITIAN

  Mendapat pengembangan produk material keramik TiO

  2

  1 sebagai sensor gas

  • Disus

  

Mengetahui pengaruh variasi pH dan temperatur sintering

  2 terhadap nilai sensitivitas material keramik TiO sebagai sensor

  2 gas CO, yang dibuat dengan metode sol gel

TINJAUAN PUSTAKA

  NANOMATERIAL

  • < 100 nm

  Ukuran

  • Lebih baik/berbeda dari material bulk

  Sifat

  • Disus
  • Nanopartikel nikel oksida

  Contoh

TINJAUAN PUSTAKA

  Titanium dioksida (TiO )

  2

  O Ti

  • Disus

METODE SOL-GEL

  • Disus

TINJAUAN PUSTAKA

  Kompaksi Sintering

  KOMPAKSI & SINTERING

  • Disus

TINJAUAN PUSTAKA

  

s

Jenis serapan pada semikonduktor metal

  Jumlah molekul oksida: teradsorbsi

  1. Serapan fisika : karena gaya Van der Waals =

  2. Serapan kimia : pembentukan ikatan kimia Karakteristik antara molekul gas teradsorbsi dengan listrik material permukaan semikonduktor metal oksida

  Mekanisme secara umum (kondisi udara normal): Terbentuk lapisan pada permukaan semikonduktor, karena

  • Disus terserapnya oksigen

  Penyerapan fisika penyerapan kimia, menangkap elektron dari daerah dekat dengan permukaan semikonduktor

PENELITIAN SEBELUMNYA

  Nanomaterial Penulis Penelitian

  Hong-Ming Lin, dkk., 1997

  Sensor gas dari nanocrystal (NC) TiO

  2

  dan NC Pt/TiO

  2

  menggunakan metode kondensasi Andreia Molea, dkk., 2013

  Pembentukan NC TiO

  2

  berukuran 20-50 nm dengan cara memvariasikan pH menjadi 3; 8.5; 10.5

  • Disus

PENELITIAN SEBELUMNYA

  Method Penulis Penelitian

  Mohammadi, dkk., 2007

  Menggunakan metode sol-gel namun pada penelitian ini ditambahkan polymer fugitive agents (PFA) Martha Radecka, dkk., 2010

  Sintesis material TiO

  2

  menggunakan metode flame spray

  synthesis (FSS) dan dopant logam Cr untuk membentuk

  nanosensor TiO

2 Ana M. Ruiz, dkk.,

  • Disus

  2004 Modifikasi struktural dari material TiO

  2

  yang dibuat dengan metode hidrotermal

TINJAUAN PUSTAKA

  Method Penulis Penelitian

  Timuda, dkk., 2010 TiO nanokristalin diaplikasikan sebagai dye sensitized solar

  2 cell (DSSC) dengan metode sonokimia Wei-Cheng Tian, dkk., TiO Diaplikasikan untuk sensor gas, namun berbentuk wire.

  2

  2013 Proses pembuatannya menggunakan metode electron beam

  lithiography

  • Disus

TINJAUAN PUSTAKA

  Improvement Penulis Penelitian

  Della, 2014 Sintesis TiO menggunakan metode sol-gel, dengan

  2

  memvariasikan kecepatan stiring dan temperatur sintering T. Nenov & Z. Nenova, Diaplikasikan untuk keramik sensor kelembapan berbasis pada 2012 titanium dioksida (TiO ) dengan dopan berupa PbO, Bi O ,

  2

  2

  3 Na CO .10H O

  2

  3

2 Choi, dkk., 2007 TiO +HF ditambah dengan NH OH dan mencapai pH 10-11.

  2

  4 Kemudian larutan cair Al(NO ) ditambahkan sebagai dopan.

  3

  3

  • Disus

  Khaled Z. Yahya, 2010 Material keramik TiO yang didoping dengan (Pt, Pd, Ag, dan

  

2

Ni)

PENELITIAN SEBELUMNYA

  Gas Sensing Penulis Penelitian

  G.C. Mather, dkk., 1999

  TiO

  2

  diaplikasikan sebagai sensor gas H

  2

  dengan screen

  printing untuk membentuk thick film

  • Disus

METODE PENELITIAN

  ALAT & BAHAN Bahan Alat

  1. TiO serbuk,

  2 Merck

  2. H SO SAP- 2 4 ,

  Chemical

  3. Akuades

  • Disus

  PROSEDUR

METODE PENELITIAN

  PENELITIAN H2SO4 diencerkan dengan TiO2 4 akuades gram Endapan dicuci dengan akuades

  (i) 2,7 mL H2SO4 Di stirring 2,5 jam, 200 C, 18,4 M (ii) 10 mL H2SO4

  700 rpm 0,05 M H2SO4 (iii) 10 mL H2SO4 24 ml 0,0005 M Sintering, 700, 800,

  KOMPAKSI & 900 C

  Pengujian Drying, Kompaksi Karakterisasi

  350 C

20 MPa

  • Disus

  (SEM, XRD,) 2 jam Pellet, Ø=14 mm, t=2-3 mm

  Pengujian Analisa

  Karakterisasi (SEM, Kesimpulan

  XRD, BET) & data

  Pengukuran

PENGUKURAN SENSITIVITAS

  • Disus

RANCANGAN PENELITIAN

  • Disus

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

PENGUJIAN XRD

  Drying (a) TiO2 raw material (b) TiO2 pH 1 (c) TiO2 pH 3 (d) TiO2 pH 5

  • Disus

  PDF # 00-021-1272

  PDF # 00-021-1272

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN TiO

PENGUJIAN XRD

2 Variasi pH 1

  • Disus

  PDF # 00-021-1272

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN TiO

PENGUJIAN XRD

2 Variasi pH 3

  • Disus

  PDF # 00-021-1272

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN TiO

PENGUJIAN XRD

2 Variasi pH 5

  • Disus

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

PENGUJIAN XRD

  Pengaruh Variasi Temperatur Sintering 700 ◦C

  TiO variasi pH 5 memiliki ukuran

  2

  kristal yang besar. Nilai ukuran kristal yang besar juga dialami oleh TiO

  2 variasi pH 1.

  Sedangkan TiO variasi pH 3 memiliki

  2 ukuran kristal yang paling kecil.

  • Disus

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

PENGUJIAN XRD

  Pengaruh Variasi Temperatur Sintering 800 ◦C

  TiO variasi pH 1 dan 3, mengalami

  2

  penambahan ukuran kristal sedangkan variasi pH 5 mengalami penurunan ukuran kristalang semakin kecil..

  • Disus

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

PENGUJIAN XRD

  Pengaruh Variasi Temperatur Sintering 900 ◦C

  Penurunan ukuran kristal pada ketiga variasi pH tersebut. Apabila dibandingkan dengan penggunaan temperatur sintering 700

  ᵒC dan 800

  ᵒC, nilai ukuran kristal yang dicapai dengan menggunakan temperatur ini lebih optimal karena terbentuk kristal berukuran <140 nm.

  • Disus

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

PENGUJIAN SEM

  Drying

  raw material memiliki

  • TiO

  2

  butiran-butiran halus yag berbentuk bulat (spherical).

  • Distribusi partikel tersebar dan penggumpalan (aglomerasi) yang berukuran cukup besar terlihat pada variasi pH 1 (gambar 4.5(b)) dan pH 3 (gambar 4.5(
  • Disus

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

PENGUJIAN SEM

  TiO Variasi pH 1

2 Sample Range Ukuran Butir (nm)

  (a) 151,6

  • – 240,3 (b) 174,8
  • – 256,6 (c)
  • – 256,4 pH 1
    • Penggumpalan terbentuk pada TiO

  2

  yang disinter dengan temperatur 700 ᵒC

  (4.6(a)) dan 800 ᵒC (4.6(b)), aglomerasi terbentuk namun dengan ukuran yang

  • Disus

  lebih besar dan distribusi butiran yang kurang merata seperti pada penggunaan temperatur sintering 700 ᵒC.

  • Ketika digunakan temperatur 900ᵒC

  (4.6(c)) butiran lebih halus dan terdistribusi secara teratur dengan

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN TiO

PENGUJIAN SEM

2 Variasi pH 3

  Sample Range Ukuran Butir (nm)

  (a) 91,04

  • – 175,2 (b) 82,42
  • – 256,7 (c) 67,97
  • – 271,9
    • Dengan temperatur sintering 700ᵒC (

  4.7(a)) partikel memiliki ukuran yang cenderung halus.

  • Disus
  • Aglomerasi pada hasil sintering dengan

  T=800ᵒC dan T=900ᵒC

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

PENGUJIAN SEM

  TiO Variasi pH 5

2 Sample Range Ukuran Butir (nm)

  (a) 140,8

  • – 283,6 (b) 162,4
  • – 229,6 (c) 151,6
  • – 410,6
    • variasi temperatur sintering 700ᵒC

  (4.8(a)) dan variasi temperatur

  sintering

  900ᵒC (4.8(c)) butiran- butiran partikel yang berkelompok

  • Disus membentuk aglomerasi.

  pH 5 dengan

  • Sementara TiO

  2

  temperatur sintering 800ᵒC

  (4.8(b)), aglomerasi pada spesimen terlihat seperti bola-bola (spherical) berukuran kecil dan

PENGUJIAN BET

  pH 3; Tsinter 800C, TiO

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN

  • Luas permukaan terbesar dihasilkan oleh spesimen TiO

  2

  2

  pH 3;Tsinter 900C, dan TiO

  2

  pH 3;Tsinter 700C

  • Disus

  pH 3;Tsinter 900C dan TiO

  • Ukuran pori terbesar dihasilkan oleh spesimen TiO

  2

  2

  pH 3;Tsinter 700C

  • Besarnya ukuran pori mempengaruhi jumlah molekul gas yang diserap oleh permukaan.

HASIL PENGUKURAN

  ANALISA DATA & PEMBAHASAN SENSITIVITAS

  • D
  • Setelah dilakukan pengujian ini, dapat disimpulkan bahwa spesimen yang memiliki sensitivitas bagus ketika dipapar dengan gas CO adalah TiO pH 3;Tsinter 900ºC.

  2

  pH 3;Tsinter 900ºC, ketika disinter dengan temperatur yang tinggi akan

  • Pada material TiO

  2

  menghasilkan banyak defect yang mana membuat material TiO mengalami kehilangan

  2

  kation maupun anion. Karena vakansi anion berbanding terbalik dengan tekanan parsial O

  2 2-

  (PO2) maka dengan berkurangnya PO2 vakansi/kehilangan anion O akan bertambah.

  KESIMPULAN KESIMPULAN yang dilarutkan dengan H SO

  • Metode sol-gel pada material TiO

  2

  2

  4 dengan variasi pH 1, 3, dan 5 menghasilkan struktur mikro berbentuk bulat kecil (spherical) dan fase stabil anatase.

  • Perlakuan sintering dengan variasi temperatur 700C, 800C, dan 900C menghasilkan fase stabil anatase.
  • Disus

  dengan variasi pH 3 dan temperatur

  • Metode sol-gel pada TiO

  2 sintering 900C memiliki respon yang baik pada aplikasinya sebagai sensor gas CO dengan pengujian sensitivitas pada temperatur 100C dan variasi volume gas CO 5L, 12,5L, dan 25L.

  KESIMPULAN SARAN dengan interconnected porous untuk

  • Membuat TiO

  2 memaksimalkan aplikasinya sebagai sensor gas. sebagai aplikasi untuk

  • Membuat thin film TiO

  2 pendeteksi gas selain gas CO.

  • Disus

TERIMA KASIH

  • Disus