Politeknik STMI Jakarta Kementerian Peri
Nanoteknologi
Syaiful Ahsan, M.T.
Sintesis Nanomaterial
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Politeknik STMI Jakarta
Kementerian Perindustrian Republik Indonesia
Sintesis Nanomaterial
Sintesis Nanomaterial
2
Sintesis Nanomaterial
Produksi / sintesis nanopartikel secara umum dapat
dikategorikan ke dalam 2 (dua) jenis pendekatan (approach).
3
Sintesis Nanomaterial
• Pendekatan “top-down”:
dimulai dari material besar (bulk material) yang
dipecah menjadi partikel halus dengan berbagai
metode seperti:
penggerusan (ball milling),
pengetsaan (etching),
pemercikan ion (ion sputtering), dan
pengikisan dengan laser (laser ablation).
4
Sintesis Nanomaterial
Pendekatan “top-down” dengan cara penggerusan
partikel padat:
• metode klasik untuk memperkecil ukuran partikel
• diaplikasikan untuk menghasilkan nanomaterial
logam dan keramik
• dapat dilakukan dengan cara basah maupun kering
Kelebihan:
• kapasitas produksi besar
• reduksi ukuran partikel dimungkinkan hingga faktor
1/10.000
5
Sintesis Nanomaterial
Kekurangan:
• konsumsi energi tinggi dan waktu penggerusan lama
• dapat menghasilkan partikel amorf (non-kristalin)
• distribusi ukuran partikel dari produk cukup besar
(produk tidak seragam)
• morfologi/struktur partikel tidak dapat dikontrol
• penggerusan lebih dari satu jenis logam dapat
menghasilkan aliase (alloy) yang tidak diinginkan
• material yang terlalu lunak dapat membentuk
aglomerat berukuran mm
6
Sintesis Nanomaterial
Penggerusan
laju produksi tinggi (mencapai skala ton perjam), digunakan secara
luas di industri untuk menghasilkan serbuk logam dan keramik
7
Sintesis Nanomaterial
Schematic of an agitated ball mill
a) cylindrical mill housing, b) agitator, c) screen
8
Sintesis Nanomaterial
Etsa
9
Sintesis Nanomaterial
• Pendekatan “bottom-up”:
material disintesis dari ukuran atom atau molekul
dengan pertumbuhan (growth) dan pemasangan
(assembly) menjadi nanopartikel yang diinginkan,
termasuk
CVD (chemical vapor deposition),
PVD (physical vapor deposition),
metode sol-gel,
pirolisis laser (flame synthesis laser pyrolysis), dll.
10
Sintesis Nanomaterial
Pendekatan “bottom-up” dilakukan dengan proses:
• fase gas (gas-phase) atau
• fase cair (liquid-phase)
• didasarkan pada penyusunan nanopartikel dari atom
maupun molekul tunggal.
Hal ini memungkinkan kontrol yang baik terhadap:
• ukuran partikel,
• morfologi/struktur, dan
• distribusi ukuran.
11
Sintesis Nanomaterial
Mekanisme pembentukan partikel fase gas dan fase cair
12
Sintesis Nanomaterial
Metode sintesis nanopartikel dalam fase gas
• Chemical Vapor Deposition (CVD):
Deposisi (perubahan fase dari gas menjadi padat) dari
reaktan berfase gas yang melibatkan reaksi kimia.
SiH4 →
silane
Si
+
2H2
polycrystalline silicon
• Physical Vapor Deposition (PVD):
Proses seperti evaporasi-kondensasi yang tidak disertai
reaksi kimia
13
Sintesis Nanomaterial
Produksi SiC (silikon karbida) atau carborundum:
bahan amplas dan semikonduktor
Proses paling sederhana dengan mencampurkan pasir
silika dan karbon dengan pemanasan 1600 – 2500 °C:
SiO2 (amorf) + 3C (amorf) → SiC (kristal) + 2CO (gas)
Partikel yang dihasilkan berukuran 10 – 20 nm.
14
Sintesis Nanomaterial
Metode sintesis nanopartikel dalam fase cair:
•
•
•
•
•
co-precipitation
proses sol-gel
microemulsions
microwave synthesis
sonochemical synthesis
15
Sintesis Nanomaterial
Metode co-precipitation :
• thioacetamide (C2H5NS) + zinc acetate → ZnS (s)
• FeCl2/FeCl3 + basa (NH4OH, NaOH) → Fe3O4 (s)
16
Sintesis Nanomaterial
Proses sol-gel
17
Sintesis Nanomaterial
Microemulsions
Fase air dapat mengandung garam-garam terlarut.
Fase minyak dapat mengandung campuran hidrokarbon.
• direct microemulsions: minyak terdispersi dalam air, o/w
• reversed microemulsions: air terdispersi dalam minyak, w/o
18
Sintesis Nanomaterial
Microwave synthesis
19
Sintesis Nanomaterial
Sonochemical synthesis
20
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
21
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Hydrophilic and Hydrophobic Surface
22
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Electrochromic Coating
23
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Multilayer Coating
24
Syaiful Ahsan, M.T.
Sintesis Nanomaterial
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Politeknik STMI Jakarta
Kementerian Perindustrian Republik Indonesia
Sintesis Nanomaterial
Sintesis Nanomaterial
2
Sintesis Nanomaterial
Produksi / sintesis nanopartikel secara umum dapat
dikategorikan ke dalam 2 (dua) jenis pendekatan (approach).
3
Sintesis Nanomaterial
• Pendekatan “top-down”:
dimulai dari material besar (bulk material) yang
dipecah menjadi partikel halus dengan berbagai
metode seperti:
penggerusan (ball milling),
pengetsaan (etching),
pemercikan ion (ion sputtering), dan
pengikisan dengan laser (laser ablation).
4
Sintesis Nanomaterial
Pendekatan “top-down” dengan cara penggerusan
partikel padat:
• metode klasik untuk memperkecil ukuran partikel
• diaplikasikan untuk menghasilkan nanomaterial
logam dan keramik
• dapat dilakukan dengan cara basah maupun kering
Kelebihan:
• kapasitas produksi besar
• reduksi ukuran partikel dimungkinkan hingga faktor
1/10.000
5
Sintesis Nanomaterial
Kekurangan:
• konsumsi energi tinggi dan waktu penggerusan lama
• dapat menghasilkan partikel amorf (non-kristalin)
• distribusi ukuran partikel dari produk cukup besar
(produk tidak seragam)
• morfologi/struktur partikel tidak dapat dikontrol
• penggerusan lebih dari satu jenis logam dapat
menghasilkan aliase (alloy) yang tidak diinginkan
• material yang terlalu lunak dapat membentuk
aglomerat berukuran mm
6
Sintesis Nanomaterial
Penggerusan
laju produksi tinggi (mencapai skala ton perjam), digunakan secara
luas di industri untuk menghasilkan serbuk logam dan keramik
7
Sintesis Nanomaterial
Schematic of an agitated ball mill
a) cylindrical mill housing, b) agitator, c) screen
8
Sintesis Nanomaterial
Etsa
9
Sintesis Nanomaterial
• Pendekatan “bottom-up”:
material disintesis dari ukuran atom atau molekul
dengan pertumbuhan (growth) dan pemasangan
(assembly) menjadi nanopartikel yang diinginkan,
termasuk
CVD (chemical vapor deposition),
PVD (physical vapor deposition),
metode sol-gel,
pirolisis laser (flame synthesis laser pyrolysis), dll.
10
Sintesis Nanomaterial
Pendekatan “bottom-up” dilakukan dengan proses:
• fase gas (gas-phase) atau
• fase cair (liquid-phase)
• didasarkan pada penyusunan nanopartikel dari atom
maupun molekul tunggal.
Hal ini memungkinkan kontrol yang baik terhadap:
• ukuran partikel,
• morfologi/struktur, dan
• distribusi ukuran.
11
Sintesis Nanomaterial
Mekanisme pembentukan partikel fase gas dan fase cair
12
Sintesis Nanomaterial
Metode sintesis nanopartikel dalam fase gas
• Chemical Vapor Deposition (CVD):
Deposisi (perubahan fase dari gas menjadi padat) dari
reaktan berfase gas yang melibatkan reaksi kimia.
SiH4 →
silane
Si
+
2H2
polycrystalline silicon
• Physical Vapor Deposition (PVD):
Proses seperti evaporasi-kondensasi yang tidak disertai
reaksi kimia
13
Sintesis Nanomaterial
Produksi SiC (silikon karbida) atau carborundum:
bahan amplas dan semikonduktor
Proses paling sederhana dengan mencampurkan pasir
silika dan karbon dengan pemanasan 1600 – 2500 °C:
SiO2 (amorf) + 3C (amorf) → SiC (kristal) + 2CO (gas)
Partikel yang dihasilkan berukuran 10 – 20 nm.
14
Sintesis Nanomaterial
Metode sintesis nanopartikel dalam fase cair:
•
•
•
•
•
co-precipitation
proses sol-gel
microemulsions
microwave synthesis
sonochemical synthesis
15
Sintesis Nanomaterial
Metode co-precipitation :
• thioacetamide (C2H5NS) + zinc acetate → ZnS (s)
• FeCl2/FeCl3 + basa (NH4OH, NaOH) → Fe3O4 (s)
16
Sintesis Nanomaterial
Proses sol-gel
17
Sintesis Nanomaterial
Microemulsions
Fase air dapat mengandung garam-garam terlarut.
Fase minyak dapat mengandung campuran hidrokarbon.
• direct microemulsions: minyak terdispersi dalam air, o/w
• reversed microemulsions: air terdispersi dalam minyak, w/o
18
Sintesis Nanomaterial
Microwave synthesis
19
Sintesis Nanomaterial
Sonochemical synthesis
20
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
21
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Hydrophilic and Hydrophobic Surface
22
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Electrochromic Coating
23
Nanoteknologi dalam Industri Otomotif
Multilayer Coating
24