Silika Aerogel sebagai Optik Sensor Oksigen

Muhammada Yusro Annur (0907136138)Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau

Kampus Bina Widya FT UR Jl. HR. Subrantas Km. 12,5 Panam – Pekanbaru

1. PENDAHULUAN

Aerogel merupakan salah satu koloid dimana fase pendispersi berupa padatan dan fase terdispersi berupa gas. Aerogel dibuat dari bahan curah dengan desitas rendah dan memiliki pori-pori, yang diperoleh dari gel dimana komponen liquid digantikan dengan gas. Sehingga aerogel memiliki komposisi 99.8% udara, dan padatan selebihnya.

Aerogel pertama kali dibuat pada tahun 1931, Samuel S. Kistler menemukan cara untuk membuat aerogel Ia menyatakan "Obviously, if one wishes to produce an aerogel, he must replace the liquid with air by some means in which the surface of the liquid is never permitted to recede within the gel. If a liquid is held under pressure always greater than the vapor pressure, and the temperature is raised, it will be transformed at the critical temperature into a gas without two phases having been present at any time." (S. S. Kistler, J. Phys. Chem. 34, 52, 1932).

Sifat dari aerogel sendiri yaitu memiliki densitas yang rendah, isolator yang baik. Dengan sifat yang dimiliki oleh aerogel maka aerogel banyak digunakan sebagai insulator, adsorber, detektor, dll.

2. PEMBUATAN AEROGEL

2.1 Sol-Gel ChemistryPembentukan aerogel, secara umum,

terdiri dari dua langkah, yaitu pembentukan gel basah, dan pengeringan gel basah. Awalnya, gel basah dibuat oleh larutan air natrium silikat, atau bahan serupa. Sementara proses ini berlangsung, reaksi pembentukan garam dalam gel yang harus dihilangkan dengan cara washings (pencucian berulang-ulang). Pembuatan aerogel dibagi dua yaitu single step dan twostep aerogel. Kemudian melewati proses

aging dan soaking, lalu proses pengeringan melewati titik kritis (supercritical driying).

2.2 Single Step vs. Two Step AerogelA. Single-Step Basa Katalis Silika AerogelProses ini memproduksi aerogel dengan densitas 0.08 g/cm3. Pembuatan gel berlangsung selama 60-120 menit, tergantung dengan temperatur. Silika solution terdiri dari 50 ml TEOS,

40 mL etanol. Katalis solution terdiri dari 35 ml etanol,

70 mL water, 0.275 ml 30% ammonia cair, dan 1.21 ml 0.5 M ammonium fluorida.

Perlahan lahan ditambahkan katalis ke campuran silika dengan dilakukan pengadukan.

Tuangkan campuran ke dalam cetakan sampai terjadi pembentukan gel.

B. Two-Step Asam-Basa Katalis Silika AerogelProses ini memproduksi aerogel dengan densitas 0.08 g/cm3. Pembentukan gel yaitu selama 30-90 menit, tergantung temperatur yang digunakan. Silika solution terdiri 50 ml

precondensed silika (Silbond H-5, atau setara), 50 ml etanol

Katalis solution terdiri 35 ml etanol, 75 ml air, dan 0.35 ml 30% ammonia cair.

Perlahan lahan ditambahkan katalis ke campuran silika dengan dilakukan pengadukan.

Tuangkan campuran ke dalam cetakan sampai terjadi pembentukan gel

2.3 Aging and SoakingProses ini merupakan proses hidrolisi

dan kondensasi alkoksida silikon, yaitu proses untuk memperkuat jaringan silika. dengan mengendalikan pH dan kadar air. Proses aging menggunakan gel katalis basa

dengan perendaman gel dalam alkohol / campuran air dengan proporsi yang sama dengan sol asli pada pH 8-9 (amonia) dan dibiarkan selama 48 jam.

Setelah proses aging, semua air yang masih terkandung dalam pori-pori harus dibuang sebelum pengeringan. Dilakukan dengan merendam gel dalam alkohol murni. lama waktu yang dibutuhkan untuk proses ini tergantung pada ketebalan gel.

2.4 Supercritical DryingProses terakhir dan yang paling penting

dalam pembuatan aerogel silika, yaitu pengeringan superkritis. Ini adalah di mana cairan di dalam gel dihapus, hanya menyisakan jaringan silika. Prosesnya adalah sebagai berikut: alcogels ditempatkan dalam autoclave (yang telah diisi dengan etanol). Bertekanan 750-850 psi dengan CO2 dan didinginkan hingga 5-10 °C. cairan CO2 kemudian di flush ke dalam vessel sampai etanol hilang dari vessel dan gels. Saat gels bebas dari etanol vessel dipanaskan pada temperatur dibawah temperatur kritis CO2 (31°C). Penambahan suhu meningkatkan tekanan dengan mengeluarkan CO2 tekanan dapat dijaga dibawah tekanan kritis CO2 (1050 psi) proses berlangsung selama 12 jam sampai 6 hari. Pada titik ini aerogel telah terbentuk.

3. SILIKA AEROGEL SEBAGAI OPTIK SENSOR OKSIGEN

Aerogel silika merupakan bahan ideal untuk komponen aktif dan pasif pada sensor optik. Aerogel silika yang mempunyai luas permukaan tinggi, perpindahan gas melalui

bahan, stabilitas termal dan kimia, dan juga kemampuan fase aktif adalah karakteristik utama aerogel yang digunakan dalam bidang sensor. Kelompok ilmuan Microstructured menemukan proses baru untuk menjadikan sensor oksigen yaitu dengan menginduksi fotoluminesen.

Fotoluminesen merupakan peristiwa penyerapan besar energi foton yang terdapat dalam suatu bahan, biasanya disebut carrier. Ketika energi foton berpindah dari tingkat rendah ke tingkat yang lebih besar maka disebut excited.

Jika molekul oksigen bertabrakan dengan carrier pada keadaan tertentu, maka molekul oksigen akan menyerap energi yang ada di carrier, kemudian molekul oksigen akan mengalami transisi dari triplet ke singlet, sedangkan carrier sendiri tidak dapat mengeluarkan radiasinya. Semua itu terjadi karena adanya tumbukan antara materi carrier dan molekul oksigen, hal tersebut sangat berpengaruh pada tekanan dan temperatur yang diberikan.

Prinsip sensor oksigen ini terdapat pada unsur-unsur senyawa organik atau anorganik tersuspensi dalam membran silikon yang sangat tipis. Prinsip tersebut mendorong kelompok ilmuan Microstructured menciptakan teknologi sensor oksigen yang terdapat pada atmosfer bumi. Teknologi ini dapat mendeteksi konsentrasi oksigen 0 – 30% dengan temperatur -25 0C sampai +85 0C dan tekanan yang ditentukan.

Permasalahan Lingkungan

Produksi dan penggunaan aerogel silika ramah lingkungan. Tidak ada limbah berbahaya yang dihasilkan secara signifikan selama produksi. Pelepasan aerogel silika sangat wajar. Di lingkungan, aerogel cepat hancur menjadi serbuk halus. Selain itu, aerogel silika tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Hal ini sangat menjanjikan apabila silika aerogel digunakan sebagai bahan pelindung dan dapat menghilangkan penggunaan plastik

4. KESIMPULANSilika aerogel sebagai bahan yang

memiliki densitas yang rendah dan berpori dapat digunakan sebagai bahan optik sensor oksigen di atmosfer dan juga dapat digunakan sebagai bahan pelindung.

DAFTAR PUSTAKA ----------------, Aerogel, www.cdcc.

nasa.gov, diakses tanggal 28 mei 2011 -----------------, Aerogel,

http://eetd.lbl.gov/ecs/aerogels/aerogels.htm. diakses 03 Juni 2011

----------------, 2010, Aerogel, http://en. wikipedia.org/wiki/Aerogel, diakses tanggal 28 mei 2011

Hunt, Arlon., Michael, ----, Silika aerogel: How Silika Aerogel are Made, Silika Aerogel for Absorbing Kinetic Energy, diambil dari web: http://www.sps.aero/Key_ComSpace_Articles/TSA-009_White_Paper_Silika_Aerogel.pdf