bab ii lempung.pdf

8/18/2019 BAB II Lempung.pdf

1/44

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanah liat

2.1.1 Pengertian Tanah Liat

Bowles (1991) dalam Endriani (2012) mendefinisikan tanah liat

(lempung) sebagai partikel berukuran lebih kecil atau sama dengan 0,002 mm,

dimana tanah lempung tersebut terdiri dari tanah dengan ukuran mikrokonis

sampai dengan submikrokonis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur

kimiawi penyusun batuan.Sedangkan menurut Terzaghi (1987) Tanah lempung sangat keras

dalam keadaan kering, dan tak mudah terkelupas hanya dengan jari tangan.

Permeabilitas lempung sangat rendah, bersifat plastis pada kadar air sedang.

Lempung adalah suatu silikat hidraaluminium yang kompleks dengan rumus

kimia : Al2O3.nSiO2.kH2O dimana n dan k merupakan nilai numerik molekul

yang terikat dan bervariasi untuk masa yang sama. Mineral lempung

mempunyai daya tarik menarik individual yang mampu menyerap 100 kali

volume partikelnya. Ada atau tidaknya air (selama pengeringan) dapat

menghasilkan perubahan volume dan kekuatan yang besar. Partikel-pertikel

lempung juga mempunyai gaya tarik antar partikel yang sangat kuat yang

untuk sebagian menyebabkan kekuatan yang sangat tinggi pada suatu

bongkahan kering (batu lempung).

Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung Hardiyatmo (1999) dalam Derry

Endriani (2012) adalah sebagai berikut :

1. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm

2. Permeabilitas rendah

3. Kenaikan air kapiler tinggi

4. Bersifat sangat kohesif

5. Kadar kembang susut yang tinggi

6. Proses konsolidasi lambat


2/44

7

Menurut wikepidia.org (2013) lempung atau tanah liat ialah kata umum

untuk partikel mineral berkerangka dasar silikat yang berdiameter kurang dari

4 mikrometer. Lempung mengandung leburan silika dan/atau aluminium yang

halus. Unsur-unsur ini, silikon, oksigen, dan aluminum adalah unsur yang

paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung terbentuk dari proses

pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari

aktivitas panas bumi. Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan

lengket apabila basah terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral

lempung yang mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan

susunan lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk

kristalnya. Golongan 1:1 memiliki lapisan satu oksida silikon dan satu oksida

aluminium, sementara golongan 2:1 memiliki dua lapis golongan oksida

silikon dan satu lapis oksida aluminium. Mineral lempung golongan 2:1

memiliki sifat elastis yang kuat, menyusut saat kering dan membesar saat

basah. Karena perilaku inilah beberapa jenis tanah dapat membentuk kerutan-

kerutan atau “pecah- pecah” bila kering.

Seorang geolog mengungkapkan bahwa tanah liat dibedakan dari

kehalusan tanah oleh perbedaan dalam ukuran dan mineralogi. Silts , yang

tanah halus yang tidak termasuk mineral lempung, cenderung memiliki ukuran

partikel lebih besar dari tanah liat, tetapi ada beberapa tumpang tindih di kedua

ukuran partikel dan sifat fisik lainnya, dan ada banyak yang meliputi silts dan

juga tanah liat. Perbedaan antara lumpur dan tanah liat bervariasi. Geolog dan

ilmuwan tanah biasanya mempertimbangkan pemisahan terjadi pada ukuran

partikel dari 2 pm (tanah liat halus yang dari silts), sedimentologists sering

menggunakan pM 4-5, dan koloid kimia menggunakan 1 pM. insinyur

Geoteknik membedakan antara silts dan tanah liat berdasarkan sifat plastisitas

tanah, yang diukur dengan tanah „ Batas Atterberg . ISO 14688 partikel tanah

liat sebagai nilai lebih kecil dari 2 pM dan silts lebih besar.

Clay adalah istilah umum termasuk banyak kombinasi satu atau lebih

mineral lempung dengan jejak oksida logam dan bahan organik. liat geologi

sebagian besar terdiri dari mineral phyllosilicate mengandung sejumlah


3/44

8

variabel air terperangkap dalam struktur mineral. Tanah liat dihasilkan oleh

alam, yang bersal dari pelapukan kerak bumi yang sebagian besar tersusun

oleh batuan feldspatik , terdiri dari batuan granit dan batuan beku. Kerak bumi

tersebut terdiri dari unsur unsur seperti silikon, oksigen, dan aluminium.

Aktivitas panas bumi membuat pelapukan batuan silika oleh asam karbonat.

kemudian membentuk terjadinya tanah liat (Sappie, 2006).

Menurut Sappie (2006) tanah liat atau tanah lempung memiliki ciri-ciri sebagai

berikut:

1. Tanahnya sulit menyerap air sehingga tidak cocok untuk dijadikan lahan

pertanian.

2. Tekstur tanahnya cenderung lengket bila dalam keadaan basah dan kuat

menyatu antara butiran tanah yang satu dengan lainnya.

3. Dalam keadaan kering, butiran tanahnya terpecah-pecah secara halus.

4. Merupakan bahan baku pembuatan tembikar dan kerajinan tangan lainnya

yang dalam pembuatannya harus dibakar dengan suhu di atas 10000C.

Gambar 2.1 ciri-ciri tanah liatSumber : Ebook (Sappie,2006)

http://ruangkumemajangkarya.files.wordpress.com/2012/01/potensi-lahan-tambang-tanah-liat.jpg


4/44

9

2.1.2 Jenis-Jenis Tanah Liat

1. Tanah liat Primer

(Wahyu, dkk. 2009) menyebutkan tanah liat primer (residu)

adalah jenis tanah liat yang dihasilkan dari pelapukan batuan feldspatik

oleh tenaga endogen yang tidak berpindah dari batuan induk (batuan

asalnya), karena tanah liat tidak berpindah tempat sehingga sifatnya lebih

murni dibandingkan dengan tanah liat sekunder. Selain tenaga air, tenaga

uap panas yang keluar dari dalam bumi mempunyai andil dalam

pembentukan tanah liat primer. Karena tidak terbawa arus air dan tidak

tercampur dengan bahan organik seperti humus, ranting, atau daun busuk

dan sebagainya, maka tanah liat berwarna putih atau putih kusam. Suhu

matang berkisar antara 13000C – 1400 0C, bahkan ada yang mencapai

17500C. Yang termasuk tanah liat primer antara lain: kaolin, bentonite,

feldspatik , kwarsa dan dolomite, biasanya terdapat di tempat-tempat yang

lebih tinggi daripada letak tanah sekunder. Pada umumnya batuan keras

basalt dan andesit akan memberikan lempung merah sedangkan granit

akan memberikan lempung putih. Mineral kwarsa dan alumina dapat

digolongkan sebagai jenis tanah liat primer karena merupakan hasil

samping pelapukan batuan feldspatik yang menghasilkan tanah liat

kaolinit (Sappie, 2006) .

Gambar 2.2 Tanah liat Primer

Sumber : Ebook (Sappie, 2006)

http://ruangkumemajangkarya.files.wordpress.com/2012/01/batuan-kaolin1.jpg


5/44

10

Menurut Sappie (2006) dalam ebooknya mengatakan bahwa tanah liat

primer memiliki ciri-ciri:

- Berwarna putih sampai putih kusam

- Cenderung berbutir kasar

- Bersifat tidak plastis

- Daya lebur tinggi

- Daya susut kecil

- Bersifat tahan api

Dalam keadaan kering, tanah liat primer sangat rapuh sehingga

mudah ditumbuk menjadi tepung. Hal ini disebabkan partikelnya yang

terbentuk tidak simetris dan bersudut-sudut tidak seperti partikel tanah

liat sekunder yang berupa lempengan sejajar. Secara sederhana dapat

dijelaskan melalui gambar penampang irisan partikel kwarsa yang telah

dibesarkan beberapa ribu kali. Dalam gambar di bawah ini tampak kedua

partikel dilapisi lapisan air (water film), tetapi karena bentuknya tidak

datar/asimetris, lapisan air tidak saling bersambungan, akibatnya partikel-

partikel tidak saling menggelincir (Sappie, 2006).

2. Tanah liat Sekunder

Tanah liat sekunder atau sedimen (endapan) adalah jenis tanah liat hasil

pelapukan batuan feldspatik yang berpindah jauh dari batuan induknya

(Wahyu, dkk, 2009).

Gambar 2.3 Tanah liat SekunderSumber : Ebook (Sappie,2006)

http://ruangkumemajangkarya.files.wordpress.com/2012/01/partikel-kwarsa.jpg


6/44

11

Perpindahan jauh ini dikarenakan tenaga eksogen yang

menyebabkan butiran-butiran tanah liat lepas dan mengendap pada

daerah rendah seperti lembah sungai, tanah rawa, tanah marine, tanah

danau. Dalam perjalanan karena air dan angin, tanah liat bercampur

dengan bahan-bahan organik maupun anorganik sehingga merubah sifat-

sifat kimia maupun fisika tanah liat menjadi partikel-partikel yang

menghasilkan tanah liat sekunder yang lebih halus dan lebih plastis

(Sappie, 2006).

Jumlah tanah liat sekunder lebih lebih banyak dari tanah liat

primer. Transportasi air mempunyai pengaruh khusus pada tanah liat,

salah satunya ialah gerakan arus air cenderung menggerus mineral tanah

liat menjadi partikel-partikel yang semakin mengecil. Pada saat

kecepatan arus melambat, partikel yang lebih berat akan mengendap dan

meninggalkan partikel yang halus dalam larutan. Pada saat arus tenang,

seperti di danau atau di laut, partikel – partikel yang halus akan

mengendap di dasarnya. Tanah liat yang dipindahkan bisaanya terbentuk

dari beberapa macam jenis tanah liat dan berasal dari beberapa sumber.

Dalam setiap sungai, endapan tanah liat dari beberapa situs cenderung

bercampur bersama. Kehadiran berbagai oksida logam seperti besi, nikel,

titan, mangan dan sebagainya, dari sudut ilmu keramik dianggap sebagai

bahan pengotor. Bahan organik seperti humus dan daun busuk juga

merupakan bahan pengotor tanah liat (Sappie, 2006).

Karena pembentukannya melalui proses panjang dan bercampur

dengan bahan pengotor, maka tanah liat mempunyai sifat: berbutir halus,

berwarna krem/abu-abu/coklat/merah jambu/kuning, suhu matang antara

9000C-14000C. Pada umumnya tanah liat sekunder lebih plastis dan

mempunyai daya susut yang lebih besar daripada tanah liat primer

(Sappie, 2006). .

Semakin tinggi suhu bakarnya semakin keras dan semakin kecil

porositasnya, sehingga menjadi kedap air. Dibanding dengan tanah liat

primer, tanah liat sekunder mempunyai ciri tidak murni, warna lebih


7/44

12

gelap, berbutir lebih halus dan mempunyai titik lebur yang relatif lebih

rendah. Setelah dibakar tanah liat sekunder biasanya berwarna krem, abu-

abu muda sampai coklat muda ke tua (Sappie, 2006)..

Tanah liat sekunder menurut Sappie (2006) memiliki ciri-ciri:

- Kurang murni.

- Cenderung berbutir halus.

- Bersifat plastis.

- Berwarna krem/abu-abu/coklat/merah jambu/kuning, kuning muda,

kuning kecoklatan, kemerahan, kehitaman.

- Daya susut tinggi.

- Suhu bakar 12000C – 13000C, ada yang sampai 14000C ( fireclay,

stoneware, ballclay).

- Suhu bakar rendah 9000C – 11800C, ada yang sampai 12000C

(earthenware).

Warna tanah tanah alami terjadi karena adanya unsur oksida besi

dan unsur organis, yang biasanya akan berwama bakar kuning

kecoklatan, coklat, merah, wama karat, atau coklat tua, tergantung dan

jumlah oksida besi dan kotoran-kotoran yang terkandung. Biasanya

kandungan oksida besi sekitar 2%-5%, dengan adanya unsur tersebut

tanah cenderung berwarna Iebih gelap, biasanya matang pada suhu yang

lebih rendah, kebalikannya adalah tanah berwama lebih terang atau pun

putih akan matang pada suhu yang lebih tinggi (Sappie,2006).

Menurut Ro Sulistya (2012) berdasarkan titik leburnya, tanah liat

sekunder dapat dibagi menjadi lima kelompok besar, yaitu :

1. Tanah Liat Tahan Api (Fireclay ).

Kebanyakan tanah liat tahan api berwarna terang (putih) ke abu-

abu gelap menuju ke hitam dan ditemukan di alam dalam bentuk

bongkahan padat, beberapa diantaranya berkadar alumina tinggi dan

berkadar alkali rendah. Titik leburnya mencapai suhu ± 1500 ºC. Yang

tergolong tanah liat tahan api ialah tanah liat yang tahan dibakar pada

suhu tinggi tanpa mengubah bentuk, misalnya kaolin dan mineral tahan


8/44

13

api seperti alumina dan silika. Bahan ini sering digunakan untuk bahan

campuran pembuatan massa badan siap pakai, untuk produk stoneware

maupun porselin.

Karena beberapa sifatnya yang menguntungkan, antara lain

berwarna putih, mempunyai daya lentur dan sebagainya, maka Kaolin

juga dipakai sebagai bahan pengisi untuk produk kertas dan kosmetik.

2. Tanah Liat Stoneware .

Tanah liat stoneware ialah tanah liat yang dalam pembakaran

gerabah (earthenware) tanpa diserta perubahan bentuk. Titik lebur tanah

liat stoneware bisa mencapai suhu 1400 ºC. Bisaanya berwarna abu-abu,

plastis, mempunyai sifat tahan api dan ukuran butir tidak terlalu halus.

Jumlah deposit di alam tidak sebanyak deposit kaolin atau mineral tahan

api. Tanah liat stoneware dapat digunakan sebagai bahan utama

pembuatan benda keramik alat rumah tangga tanpa atau menggunakan

campuran bahan lain. Setelah suhu pembakaran mencapai ± 1250 ºC,

sifat fisikanya berubah menjadi keras seperti batu, padat, kedap air dan

bila diketuk bersuara nyaring.

3. Ballclay .

Disebut juga sebagai tanah liat sendimen. Ballclay berbutir halus,

mempunyai tingkat plastisitas sangat tinggi, daya susutnya besar dan

bisaanya berwarna abu-abu. Tanah liat ini mempunyai titik lebur antara

1250 ºC s/d 1350 ºC. Karena sangat plastis, ballclay hanya dapat dipakai

sebagai bahan campuran pembuatan massa tanah liat siap pakai.

4.

Tanah Liat Earthenware .

Bahan ini sangat banyak terdapat di alam. Tanah liat ini memiliki tingkat

plastisitas yang cukup, sehingga mudah dibentuk, warna bakar merah

coklat dan titik leburnya sekitar 1100 ºC s/d 1200 ºC. tanah liat merah

banyak digunakan di industri genteng dan gerabah kasar dan halus.

Warna alaminya tidak merah terang tetapi merah karat, karena

kandungan besinya mencapai 8%. Bila diglasir warnanya akan lebih

kaya, khususnya dengan menggunakan glasir timbal.


9/44

14

5. Tanah Liat Lainnya. Yang termasuk kelompok ini adalah jenis tanah liat

monmorilinit .

contohnya bentonit yang sangat halus dan rekat sekali. Tanah liat ini

hanya digunakan sebagai bahan campuran massa badan kaolinit dalam

jumlah yang relatif kecil.

2.1.3 Proses terbentuknya tanah liat Primer dan Sekunder

Tanah liat merupakan mineral murni yang terdapat pada batuan

panas dan padat, karena terjadi pelapukan maka terbentuk partikel-

partikel halus dan sebagian besar dipindahkan oleh tenaga air, angin dan

gletser ke suatu tempat yang lebih rendah dan jauh dari batuan induk

dengan ukuran partikel yang hampir sama, sedangkan sebagian lagi tetap

tinggal dilokasi dimana batuan induk berada. Selama berpindah tanah liat

menjadi tidak murni, kehilangan mineral-mineral pengikatnya. Hasilnya

berupa jenis tanah liat mulai dari yang kasar sampai yang halus dengan

kemungkinan terjadi perubahan warna dan komposisinya. Dari peristiwa

alam tersebut, maka terdapat tanah liat yang tidak berpindah tempat atau

terdapat didaerah asalnya, tanah liat ini disebut tanah liat primer yang

merupakan hasil akhir dari serangkaian proses yang juga disebut residu.

Contoh tanah liat ini yang umum adalah china clay atau kaolin.

Sedangkan tanah liat yang berpindah dari daerah asalnya dan mengendap

didaerah rendah disebut tanah liat sekunder atau tanah liat sedimen,

seperti ballclay, redmals (campuran tanah liat, pasir, dan kapur),

stoneware dan lain-lain.(Sappie, 2006)

Gambar 2.4. Proses pembentukan tanah liat primer dan sekunder

Sumber : Ebook (Sappie,2006)


10/44

15

Tanah liat merupakan suatu mineral yang terbentuk dari struktur

partikel-partikel yang sangat kecil, terutama dari mineral-mineral yang

disebut kaolinit, yaitu persenyawaan dari Oksida Alumina (Al2O3),

dengan Oksida Silika (SiO2) dan air (H2O) (Ambar, 2008).

Bentuk partikel-partikelnya seperti lempengan kecil-kecil hampir

terbentuk segi enam (hexagonal ) dengan permukaan yang datar yang

tidak dapat dilihat dengan mata secara langsung, dengan bentuk partikel

seperti ini menyebabkan tanah liat mempunyai sifat liat (plastis) dan

mudah dibentuk bila dicampur dengan air, hal ini karena partikel-partikel

tersebut saling terjadi perubahan secara alamiah (Norton, 2000).

Gambar 2.5 Bentuk Partikel tanah liat

Sumber : F.H Norton (2000)

Menurut Frank and Janet Hamer (1997) Perubahan alamiah yang

berlangsung terus menerus menyebabkan terbentuknya tanah liat primerdan sekunder, yang juga menyebabkan perbedaan tempat ditemukan

(pengendapan) tanah liat tersebut.


11/44

16

Secara sederhana asal usul tanah liat dapat digambarkan seperti

gambar berikut ini.

Gambar 2.6. Asal Usul tanah liat secara sederhana(sumber : Frank Hammer and Janet Hammer)

2.1.4 Pembentukan Mineral Lempung

Menurut Prihatin Tri Setyobudi (2010) dalam buku berjudul sifat-

sifat fisik mineral „Mineralogy” mengatakan bahwa mineral lempung

merupakan koloid dengan ukuran sangat kecil (kurang dari 1 mikron).

Masing-masing koloid terlihat seperti lempengan-lempengan kecil yang

terdiri dari lembaran-lembaran kristal yang memiliki struktur atom yang

berulang (Sappie,2006). lembaran-lembaran kristal yang memliki

struktur atom yang berulang tersebut adalah:

1.

Tetrahedron / Sil ica sheet

Merupakan gabungan dari Silica Tetrahedron

Gambar 2.6: a. Tetrahedron; b. Silica Sheet


http://ptbudie.files.wordpress.com/2010/05/a-tetrahedron-b-silica-sheet.jpg


12/44

17

2. Octahedron / Alumina sheet

Merupakan gabungan dari Alumina Octahedron.

Gambar 2.7: c. Octahedron; d. Alumina Sheet


Mineral lempung terbentuk di atas permukaan bumi dimana udara

dan air berinteraksi dengan mineral silikat, memecahnya menjadi

lempung dan produk lain (sappie, 2006).

Mineral lempung adalah mineral sekunder yang terbentuk karena

proses pengerusakan atau pemecahan dikarenakan iklim dan alterasi air

(hidrous alteration) pada suatu batuan induk dan mineral yang

terkandung dalam batuan itu.

Berdasarkan struktur kristal dan variasi komposisinya dapat dibedakan

menjadi belasan jenis mineral lempung dan diantaranya:

- Kaolinit

- Halloysite

-

momtmorillonite (bentonites) - illite

- smectite

- vermiculite

- chlorite

- attapulgite

- allophone

http://ptbudie.files.wordpress.com/2010/05/c-octahedron-d-alumina-sheet.jpg


13/44

18

Dalam dunia perdangan kita mengenal beberapa tipe mineral lempung,

diantaranya adalah:

- Ball clay

- Bentonite

- Common clay

- Fire clay

- Fuller’s earth

- Kaolin.

2.1.5 Manfaat Tanah Lempung

Tanah liat lebih dikenal sebagai bahan utama pembuatan keramik

atau pun porselen sebagai hiasan rumah. Selain daripada bahab utama

tersebut, tanah liat juga memiliki manfaat lain. Dari penelitian, tanah liat

juga sangat bermanfaat bagi kesehatan tubuh dan kecantikan kulit. Hal

ini terbukti karena tanah liat memiliki 67 mineral penting yang berguna

buat tubuh. Ke 67 mineral tersebut antara lain, kalsium, zat besi,

magnesium, mangan, potasium, silika,dan elemen-elemen trace lainnya

(Jimmy,2011).

Berdasarkan data survei menurut Jimmy (2011), penggunaan

tanah liat untuk kesehatan telah dilakukan oleh Bangsa Indian di

pegunungan Andes, Suku asli Meksiko, Suku Aborigin di Australia, dan

Suku di Afrika Tengah. Perlu diketahui juga kalau sejak 4.000 tahun

yang lalu, orang-orang Indonesia telah memakan tanah liat untuk

menghilangkan sakit perut, Buruli Ulcer (mirip seperti Lepra) dan

Tuberculosis Mycobacterium (penyakit yang memakan daging).

Manfaat tanah liat menurut Jimmy (2011) antara lain sebagai berikut:

1. Sebagai obat untuk sakit perut, karena tanah liat memiliki zat seperti

sponge yang berfungsi menyerap racun di tubuh.


14/44

19

2. Sebagai pengurang rasa sakit di luka, hal ini dikarena oleh sifat tanah liat

yang adem dan memiliki kandunga Zink dan Zat besi yang membantu

penyembuhan luka.

3. Sebagai detox tubuh. Tanah liat yang bersifat seperti sponge ini dapat

digunakan untuk menyerap racun-racun ditubuh kita seperti bakteri, zat

logam berbahaya, dll.

4. Untuk kecantikan, tanah liat bermanfaat untuk mengencangkan kulit dan

memuluskan kulit Anda jika digunakan sebagai masker atau lulur tubuh.

2.1.6 Karakteristik Fisik Tanah Lempung Lunak

Menurut Bowles (1989) dalam Endriani (2012), mineral-mineral pada tanah

lempung umumnya memiliki sifat-sifat:

a. Hidrasi

Partikel mineral lempung biasanya bermuatan negatif sehingga partikel

lempung hampir selalu mengalami hidrasi, yaitu dikelilingi oleh lapisan-

lapisan molekul air yang disebut sebagai air teradsorbsi. Lapisan ini pada

umumnya mempunyai tebal dua molekul karena itu disebut sebagai lapisan

difusi ganda atau lapisan ganda. Lapisan difusi ganda adalah lapisan yang

dapat menarik molekul air atau kation disekitarnya. Lapisan ini akan hilang

pada temperatur yang lebih tinggi dari 600 sampai 1000oC dan akan

mengurangi plasitisitas alamiah, tetapi sebagian air juga dapat menghilang

cukup dengan pengeringan udara saja.

b. Aktivitas.

Hasil pengujian index properties dapat digunakan untuk mengidentifikasi tanah

ekspansif. Hardiyatmo (2006) merujuk pada Skempton (1953) mendefinisikan

aktivitas tanah lempung sebagai perbandingan antara Indeks Plastisitas (IP)

dengan prosentase butiran yang lebih kecil dari 0,002 mm.

d. Flokulasi dan Dispersi.

Beberapa partikel yang tertarik akan membentuk flok (flock) yang berorientasi

secara acak atau struktur yang berukuran lebih besar akan turun dari larutan itu

dengan cepatnya membentuk sedimen yang lepas. Flokulasi adalah peristiwa


15/44

20

penggumpalan partikel lempung di dalam larutan air akibat mineral lempung

umumnya mempunyai pH > 7. Flokulasi larutan dapat dinetralisir dengan

menambahkan bahan-bahan yang mengandung asam (ion H+), sedangkan

penambahan bahan-bahan alkali akan mempercepat flokulasi. Untuk

menghindari flokulasi larutan air dapat ditambahkan zat asam.

e. Pengaruh Zat cair

Fase air yang berada di dalam struktur tanah lempung adalah air yang tidak

murni secara kimiawi. Pemakaian air suling yang relatif bebas ion dapat

membuat hasil yang cukup berbeda dari apa yang didapatkan dari tanah di

lapangan dengan air yang telah terkontaminasi. Air yang berfungsi sebagai

penentu sifat plastisitas dari lempung. Satu molekul air memiliki muatan positif

dan muatan negative pada ujung yang berbeda (dipolar). Fenomena hanya

terjadi pada air yang molekulnya dipolar dan tidak terjadi pada cairan yang

tidak dipolar seperti karbon tetrakolrida (CCl4) yang jika dicampur lempung

tidak akan terjadi apapun.

f. Sifat kembang susut (swel li ng potensial )

Plastisitas yang tinggi terjadi akibat adanya perubahan sistem tanah dengan air

yang mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-gaya didalam struktur

tanah. Gaya tarik yang bekerja pada partikel yang berdekatan yang terdiri dari

gaya elektrostatis yang bergantung pada komposisi mineral, serta bergantung

pada jarak antar permukaan partikel.

2.2 Semen

2.2.1

Pengertian Semen

Semen merupakan material perekat untuk kerikil (agrerat kasar), pasir,

batubata, dan material sejenis lainnya. Material semen telah banyak digunakan

sejak zaman Yunani, Romawi, dan Mesir Kuno. Sebagian monumen dan

bangunan peninggalan sejarah yang saat ini masih bisa kita saksikan,

merupakan bukti bahwa material semen sudah digunakan sejak zaman dulu.

Orang Mesir sudah menggunakan semenuntuk konstruksi pyramid mereka.

Orang Yunani dan orang Roma menggunakan turf vulkanik yang dicampur


16/44

21

dengan gamping sebagai semen, dan beberapa diantara bangunan ini masih

berdiri sekarang (Syarif Hidayat,2009) .

pada abad ke-18 (1700 M) seorang insinyur Sipil, John Smeaton

berkebangsaan Inggris telah mebuat campuran semen, yaitu merupakan

campuran antara batu kapur dan tanah liat yang kemudian dia pakai untuk

membangun menara suar Eddystone di lepas pantai Comwall, Inggris. Namun,

bukan Smeaton yang mempatenkan semen ini tapi seorang insinyur yang

berkebangsaan sama dengannya yaitu Josep Aspdin yang mematenkan semen

pada tahun 1824, yang kemudian di sebut dengan Semen Portland. Dinamai

Portland karena warna hasil akhir olahannya mirip tanah liat yang ada di

Pulau Portland, Inggris (Syarif Hidayat,2009) .

Hasil rekayassa Aspdin inilah yang sekarang banyak dijumpai di toko-

toko bangunan. Sebenarnya, ramuan Aspdin tidak jauh berbeda dengan

Smeaton. Dia tetap mengandalkan dua bahan utama, yaitu batu kapur sebagai

sumber kalsium karbonat dan tanah lempung yang banyak menggandung

silica, alumina, serta oksidasi besi. Kemudian, tahun 1845 Issac Johnson

melakukan penelitian lanjutan mengenai semen dan hasilnya sangat berperan

dalam pengembangan industri semen modern (Syarif Hidayat,2009).

Menurut SNI 15-2049-2004, Semen Portland adalah semen hidrolisis

yang dihasilkan dengan cara menggiling terak (klinker) semen portland

terutama yang terdiri atas Kalsium Silikat yang bersifat hidrolisis dan digiling

bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal

senyawa kalsium sulfat dan boleh ditambah dengan bahan tambahan lain.

Semen merupakan bahan yang digunakan untuk berbagai keperluan

terutama dalam pembagunan. Bahan mentah yang dibutuhkan dalam

pembuatan semen antara lain batu kapur ( Limestone), tanah liat (clay) , pasir

silica dan pasir besi. Adapun bahan-bahan tersebut setidaknya mengandung

Limestone (+/- 82%), Clay (+/- 13,5%), Pasir Silika (+/- 3%), dan Pasir besi

(+/- 1,5%).


17/44

22

2.2.2 Bahan baku dan produksi semen

Bahan baku utama yang digunakan yaitu batu kapur ( Lime Stone) dan

tanah liat (Clay).

1. Batu kapur ( Lime Stone)

Kalsium karbonat (CaCO3) di alam sangat banyak terdapat di berbagai

tempat. Kalsium karbonat berasal dari pembentukan geologis yang pada

umumnya dapat dipakai untuk pembuatan semen Portland sebagai sumber

utama senyawa Ca. Kekerasan batu kapur antara 1,8 – 3,0 skala mesh, warna

pada batu kapur dipengaruhi oleh tingkat kandungan unsur – unsur besi,

clay (tanah liat), dan MgO. Batu kapur ini memberikan kandungan CaO dan

sedikit mengandung MgO.

2. Tanah liat (Clay)

Tanah liat merupakan bahan baku semen yang mempunyai sumber

utama senyawa silikat dan aluminat dan sedikit senyawa besi. Tanah liat

memiliki berat molekul 796,40 g/gmol dan secara umum mempunyai warna

cokelat kemerah – merahan serta tidak larut dalam air.

Tabel 2.1 Sifat – Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku Utama

NoSifat – SifatBahan

Komponen Bahan BakuBatu Kapur Tanah Liat

123456

Rumus kimiaBerat molekulDensitasTitik lelehWarnaKelarutan

CaCO3 100,09 g/gmol2,71 g/ml1339 oCPutih keabu – abuanLarut dalam air,asam NH4Cl

Al2O3.K 2O.6SiO2.2H2O796,40 g/gmol2,9 g/mlTerurai pada 1450 oCCoklat kemerah – merahanTidak larut dalam air,asam, pelarut lain

Sumber: Perry, R. H, tahun 1998


18/44

23

Bahan Baku Penunjang (Korektif )

Bahan baku korektif adalah bahan tambahan pada bahan baku utama

apabila pada pencampuran bahan baku utama komposisi oksida – oksidanya

belum memenuhi persyaratan secara kualitatif dan kuantitatif. Pada umumnya,

bahan baku korektif yang digunakan mengandung oksida silika, oksida alumina

dan oksida besi yang diperoleh dari pasir silika ( silica sand ) dan pasir besi

(iron sand ).

1. Pasir silika ( silica sand )

Pasir silika digunakan sebagai pengkoreksi kadar SiO2 dalam tanah liat

yang rendah.

2. Pasir besi (iron sand )

Pasir besi digunakan sebagai pengkoreksi kadar Fe2O3 yang biasanya

dalam bahan baku utama masih kurang.

Tabel 2.2 Sifat – Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Penunjang

No Sifat – Sifat BahanKomponen Bahan Baku

Pasir Silika Pasir Besi1234567

Rumus kimiaBerat molekulDensitasTitik lelehTitik didihWarnaKelarutan

SiO260,06 g/gmol1,32 g/ml1710 oC2230 oCCoklat keputihanTidak larut dalam air,alkali tetapi larut dalam

HF

Fe2O3 159,70g/gmol5,12 g/mlTerurai pada1560 oC-Hitam

Tidak larutdalam air,tetapi larutdalam HCl

Bahan Baku Tambahan

Bahan baku tambahan adalah bahan baku yang ditambahkan pada terak

atau klinker untuk memperbaiki sifat – sifat tertentu dari semen yang



19/44

24

dihasilkan. Bahan baku tambahan yang biasa digunakan untuk mengatur waktu

pengikatan semen adalah Gypsum.

Tabel 2.3 Sifat – Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku Tambahan

No Sifat – Sifat Bahan Gypsum 123456

7

Rumus kimiaBerat molekulDensitasTitik lelehTitik didihWarna

Kelarutan

CaSO4. 2H2O172,17 g/gmol2,32 g/ml128 oC163 oCPutih

Larut dalam air,gliseril, Na2S2O3 dan garam NH4


Pada dasarnya tiap-tiap industri semen memiliki proses produksi yang

hamper sama, perbedaannya terdapat pada tata letak dan peralatan yang

digunakan. Secara umum ada dua jenis proses produksi semen, yaitu dry

process dan wet process. Pada dry process, tahapan penggilingan ( grinding )dan pencampuran (blending ) bahan baku dilakukan dalam kondisi kering.

Namun pada wet process, campuran bahan bakunya dilakukan pada kondisi

basah.

2.3 Pengisi Karet (Rubber F il ler )

Karet adalah tanaman perkebunan tahunan berupa pohon batang lurus.

Pohon karet pertama kali hanya tumbuh di Brasil, Amerika Selatan, namun

setelah percobaan berkali-kali oleh Henry Wickham, pohon ini berhasil

dikembangkan di Asia Tenggara, di mana sekarang ini tanaman ini banyak

dikembangkan sehingga sampai sekarang Asia merupakan sumber karet alami.

Di Indonesia, Malaysia dan Singapura tanaman karet mulai dicoba

dibudidayakan pada tahun 1876. Tanaman karet pertama di Indonesia ditanam

di Kebun Raya Bogor (Micky, 2012).


20/44

25

Sumber utama karet adalah pohon karet Hevea brasiliensis

(Euphorbiaceae). Untuk mendapatkan karet alam, dilakukan penyadapan

terhadap batang pohon tanaman karet hingga dihasilkan getah kekuning-

kuningan yang disebut dengan lateks. Lateks merupakan cairan atau sitoplasma

yang berisi ±30% partikel karet. Pada tanaman karet, lateks dibentuk dan

terakumulasi dalam sel-sel pembuluh lateks yang tersusun pada setiap jaringan

bagian tanaman, seperti pada bagian batang dan daun. Penyadapan lateks dapat

dilakukan dengan mengiris sebagian dari kulit batang. Penyadapan ini harus

dilakukan secara hati-hati karena kesalahan dalam penyadapan dapat

membahayakan bahkan mematikan pohon karet (Micky, 2012).

Produk dari penggumpalan lateks selanjutnya diolah untuk

menghasilkan lembaran karet (sheet ), bongkahan (kotak), atau karet remah

(crumb rubber ) yang merupakan bahan baku industri karet. Ekspor karet dari

Indonesia dalam berbagai bentuk, yaitu dalam bentuk bahan baku industri

( sheet, crumb rubber ) dan produk turunannya seperti ban, komponen dan

sebagainya. Hasil utama dari pohon karet adalah lateks yang dapat dijual atau

diperdagangkan di masyarakat berupa lateks segar, slab/koagulasi, ataupun sit

asap/sit angin. Selanjutnya produk-produk tersebut akan digunakan sebagai

bahan baku pabrik Crumb Rubber (Karet Remah), yang menghasilkan berbagai

bahan baku untuk berbagai industri hilir seperti ban, bola, sepatu, karet, sarung

tangan, baju renang, karet gelang dan lainnya (Micky,2012).

Industri lateks karet alam merupakan industri yang sudah lama berada

di Negara kita Indonesia. dan merupakan salah satu hasil pertanian terkemuka

karena banyakmenunjang perekonomian Negara. Indonesia merupakan sebuah

negara penghasil produk latekskaret alam dunia seperti sarung tangan. Adapun

produk-produk yang dihasilkan dari lateks karet alam antara lain pita

berpelekat, balon, pembalut luka elastis, tiub stateskop, pakaian dalam, busa

spring bed, dan lain – lain (Ekonopita,2000).

Berdasarkan kajian yang dilakukan oleh Free University, Belanda,

diproyeksikan bahwa konsumsi karet sampai dengan tahun 2020 akan tetap

meningkat baik untuk karet alam maupun sintetik. Proyeksi konsumsi karet


21/44

26

dunia pada tahun 2020 diperkirakan sebesar 13,472 juta ton dan proyeksi

produksi sebesar 7,8 juta ton. Dengan demikan terjadi kekurangan pasokan

karet sebesar 5,654 juta ton yang merupakan peluang bagi pasar di Indonesia.

Bahan pengisi karet sangat memegang peranan penting dalam industri

ban dan polimer, karena fungsi bahan pengisi untuk menurunkan biaya

produksi dan menguatkan kekuatan mekanik. Menurut prayitno (1983), bahan

pengisi karet sangat berpengaruh pada sifat-sifat karet vulkanisasi yang

dihasilkan, baik jenisnya maupun jumlahnya. Pada beberapa pencampuran

komponen, arang hitam (black carbon) merupakan bahan pengisi aktif karena

selain sebagai pengisi bahan ini juga berfungsi sebagai pewarna (warna hitam)

dan penguat.

Karet alam tidak memiliki regangan , kekerasan, dan modulus yang

sesuai dengan keperluan pabrik karet.Maka diperlukan untuk menambahkan

material yang bertujuan untuk meningkatkan karakteristik karet alam pada

tingkatan yang diinginkan (Studebaker, 1957). Untuk menghasilkan barang

jadi karet yang tahan terhadap pengusangan perlu penyesuaian sistem

vulkanisasi dan ditambahkan anti oksidan, anti ozon, dan sebagainya. Untuk

memperkuat sifat fisik dan menekan biaya pengolahan dengan memperbesar

volume dapat ditambahkan bahan pengisi.Processing aid digunakan untuk

mempermudah pengolahan sehingga terjadi pencampuran yang baik, dispersi

bahan pengisi yang baik, akan menghasilkan kompon yang baik sehingga

dihasilkan barang jadi yang baik (www.industrikaret.com).

Salah satu material yang digunakan dalam pencampuran karet alam

adalah bahan pengisi (filler). Bahan pengisi ini membantu dalam mencapai

karakteristik yang diinginkan dan merupakan material paling besar kedua

dalam hal kuantitas didalam suatu campuran karet setelah karet itu sendiri

(Brennan and Jermyn, 1965).

Bahan pengisi digunakan untuk memperkuat karet dengan tujuan untuk

mengurangi biaya produksi,pewarnaan, meningkatkan kepadatan dan

meningkatkan sifat pemrosesan. Umumnya penguatan karet merupakan bidang

yang penting dalam teknologi pemrosesan karet. Dimana penguatan karet dapat

http://www.industrikaret.com/http://www.industrikaret.com/


22/44

27

meningkatkan satu atau lebih sifat elastomer,yang bertujuan untuk kesesuaian

terhadap kegunaannya (Morton, 1987). Dalam hal ini Morton juga

mengungkapkan bahwa tanah liat dapat digunakan sebagai bahan pengisi karet

dengan di tambahkan carbon black. Perbandingan hasil olahan pebgisi karet

dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 2.4 Hard Clay in SBR (50 Volumes)

Hard

Clay

130 phr

N-990

Black

100 phr

N-650 20 phr (Black)

Hard clay (104 phr)

ML 1+4 (100 C) 72 57 71300% modulus, Mpa 1.9 5.3 7.0

pTensile Strength, Mpa 14.2 10.0 18.6 Elongation, % 590 610 620 Hardness 70 70 78Compression set (B), % 60 28 45

Die C tear, kN/m 16 14 17.9 Abrasion Index 27 23 27Sumber : Morton, 1987

Banyak pengisi mineral yang digunakan secara meluas oleh industri

karet alam dan lateks karet alam, adapun pengisi tersebut seperti karbon black,

kaolin, dan kalsium karbonat. Kalsium karbonat adalah bahan yang paling

diminati pada tahun terakhir ini karena ketersediannya dan biaya

pengolahannya rendah (Danneberg, 1981).

Penambahan bahan pengisi diterapkan dengan fungsi untuk mengurangi

pemakaian kardkk.am dan menambah tingkat kekuatan dari produk yang

dihasilkan serta mengurangi biaya produksi. Adapun untuk bahan pengisinya

yaitu berupa non-black fillers for elastomer yang diantaranya adalah kalsium

karbonat, tanah liat kaolin, silika yang diendapkan, bedak, barit, silika amorf,

diatomite (Adnan dkk., 2009).

Maurice Morton dalam buku Rubber Technology ( 1987) dan H.H.

Muray dalam buku Aplied Clay Mineralogy (2006) menengungkapkan bahwa

tanah liat dapat digunakan untuk berbagai aplikasi karena sifat teknis yang

baik dan karena rasio biaya dan kinerja yang sangat menguntungkan.


23/44

28

Tanah liat banyak digunakan sebagai untuk senyawa karet dari semua

jenis, termasuk komponen ban seperti senyawa serat perekat, dan seluruh

rentang non-ban. Aplikasi karet digunakan karena memiliki daya penguatan

baik, biaya moderat dan processability baik yang diinginkan. Tanah liat

memiliki sifat semi-memperkuat yang sangat baik dan dapat digunakan sebagai

pengisi utama dalam karet atau untuk mengganti sebagian atau memperpanjang

lebih tinggi memperkuat karbon hitam. Senyawa karet mengandung rata-rata

kurang dari 5 lbs. Bahan kimia tambahan per 100 lbs elastomer , sedangkan

filler biasanya 10-15 kali lebih tinggi . Bahan yang digunakan untuk

memodifikasi sifat-sifat produk karet , bahan pengisi sering memainkan peran

penting . Sebagian besar pengisi karet yang digunakan saat ini menawarkan

beberapa manfaat fungsional yang memberikan kontribusi untuk processability

atau kegunaan produk karet . Butadiene rubber stirena misalnya , memiliki

hampir tidak ada penggunaan komersial sebagai senyawa terisi ( Ebook Non

Black Filler for Rubber hlm 2).

Tanah liat juga digunakan sebagai agen semi-penguat untuk karet, dan

sekitar £ 900.000.000 digunakan per tahun di Amerika Serikat Paling adalah

tanah liat keras ditambang di Georgia dan Carolina Selatan. Hal ini digunakan

dalam bangkai ban, dinding samping, dan isolasi manik. Liat menawarkan

beberapa penguatan terhadap senyawa karet tetapi kurang dari memperkuat

nilai karbon hitam. Biaya tanah liat biasanya $ 0,03 sampai $ 0,05 per pon.

Silan lempung putih yang dimodifikasi digunakan dalam dinding samping

putih (CWC 1997).

Tanah liat kaolin biasanya digunakan untuk mengurangi biaya

penggunaan senyawa karet serta meningkatkan sifat fisik atau saat operasi.

Tanah liat kaolin adalah aluminosilikat platy. Tanah liat yang digunakan untuk

pengisi karet di klasifikasikan menjadi dua bagian yaitu tanah liat keras dan

tanah liat lunak yang memiliki ukuran partikel yang berbeda dan juga

mempengaruhi stuktur kekerasan karet. Tanah liat keras memiliki ukuran

partikel rata-rata sekitar 250 sampai 500 nm, dan mempunyai modulus

kekuatan tarik tinggi, kekakuan, dan ketahanan abrasi yang baik untuk


24/44

29

senyawa karet. Tanah liat lunak memiliki ukuran partikel rata-rata sekitar

1000-2000 nm dan digunakan untuk beban ekonom tinggi dan tingkat ekstrusi

lebih cepat lebih penting daripada kekuatan. Dalam anisometry (bentuk planar)

dan perhitungan ukuran partikel tanah liat mempengaruhi pada modulus dan

kekerasan. Tanah liat keras lebih banyak digunakan dari tanah liat lunak atau

lembut karena dalam pencampurannya karet menghasilkan efek semi-

memperkuat dan biaya utilitas yang rendah sebagai pelengkap pengisi lainnya.

Tanah liat digunakan untuk menggantikan sebagian dari karbon silika hitam

atau endapan silika yang harganya lebih mahal dalam senyawa tertentu tanpa

mengurangi sifat fisik produk yang dihasilkan nantinya. Berikut adalah gambar

struktur dari tanah liat kaolin (Ebook Non Black Filler for Rubber).

Gambar 2.8 struktur tanah liat kaolin

Sumber : (Ebook Non Black Filler for Rubber)

Beberapa tanah liat dicuci dengan menggunakan air guna meningkatkan

pembersihan kotoran pada tanah liat supaya warna tanah liat cerah.

Penambahan Aminosilan dan mercaptosilane pada tanah liat keras memberikan

penguatan yang lebih baik dan dalam beberapa aplikasi dapat mengurangi

penggunaan silika carbon hitam. Berikut adalah beberapa gambar dari tanah

liat kaolin yang digunakan sebagai pengisi karet.

Gambar 2.9 varius types of kaolin clay fillers

Sumber : (Adnan, dkk, 2009)


25/44

30

Menurut Adnan.dkk (2009) terdapat proses dasar untuk memproduksi kaolin

clay untuk penguatan karet dari hasil tambang:

- bijih tanah liat digiling untuk memecah gumpalan. Proses Ini adalah

bentuk paling mahal karena tanah liat keras memiliki penguatan

moderat yang tinggi.

- tanah liat dicuci dengan air akan melibatkan pemisahan secara gravitasi,

kemudian pemutihan dan pemisahan magnetik untuk meningkatkan

warna tanah liat dan rotary untuk menghasilkan berbagai ukuran

partikel yang diinginkan. Pencucian tanah liat dengan air guna

menghasilkan penguatan yang lebih tinggi dengan kemampuan untuk

mengontrol pH, warna dan ukuran partikel.

- delaminated kaolin dilakukan dengan menggunakan bahan kimia atau

dengan cara memecahkan struktur trombosit dari tanah liat, yang

selanjutnya meningkatkan penguatan properti.

- Dikalsinasi yaitu dengan dipanaskan sampai 1.0000C, yang

menghasilkan warna putih dengan permukaan timggi mineral serta

daerah permukaan inert.

Adapun menurut (Bunga Prameswari, 2008) komposisi kimia tanah

liat yang di analisa dengan menggunakan alat Scanning Electron

Microscopy (SEM) dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 2.5 komposisi Tanah Liat

Elemen Nama Elemen Konsentrasi (%)C Carbon 0,33O Oksigen 46,91Al Aluminium 22,05Si Silika 13,42S Sulfur 0,23Ca Kalium 0,21Fe Besi 14,78

Sumber : (Bunga Prameswari, 2008)


26/44

31

Bahan pengisi adalah merupakan bagian yang sangat penting pada

komposit. Bahan pengisi dapat berupa logam,keramik ,dan polimer.Sifat-

sifat komposit adalah fungsi dari sifat-sifat zatnya ,jumlah zat yang sesuai

dan geometri fasa tersebar. Yang diamksud dengan geometri fasa tersebar

adalah bentuk partikel,ukuran partikel ,taburan orientasinya. Interaksi

antara matrik polimer dan pengisi dipengaruhi oleh ukuran

partikel,aktivitas permukaan ,muatan serta jenis polimer dalam campuran.

Interaksi tersebut memberi kesan yang tampak pada sifat mekanik,

kandungan gel ,persentase serbuk yang terjerap dan sifat termal campuran

pengisi (Callister,2000).

Bahan pengisi pada komposit akan memodifikasi atau

memperbaiki sifat-sifat bahan atau menggantikan kandungan matrik

dengan bahan yang lebih murah .Secara umum bahan pengisi bersifat

sebagai penguat . (Callister,2000).Tingkat penguatan campuran polimer

bergantung pada kekuatan interaksi antara polimer dan pengisi .Kekuatan

interaksi didominasi oleh penjerapan fisika polimer (Bound Polimer)

(Hanafi,2000). Penjerapan polimer ke atas permukaan pengisi dipengaruhi

oleh luas permukaan ,aktivasi permukaan dan kekutupan polimer.

Pada proses pengolahan karet ada dua macam bahan pengisi yaitu :

1. Bahan pengisi tidak aktif.

Bahan pengisi ini menambah kekerasan dan kekuatan pada bahan jadi

yang dihasilkan, tetapi sifat lainnya menurun. Biasanya bahan pengisi

yang tidak aktif lebih banyak digunakan untuk menekan harga karena

bahan ini harganya lebih murah contohnya kaolin, tanah liat, kalsium

karbonat, magnesium karbonat, barium sulfat.

2. Bahan pengisi yang menguatkan (Aktif).

Bahan pengisi aktif atau penguat, contohnya karbon hitam, silica,

aluminium silikat, dan magnesium silikat. Bahan ini mampu

menambah kekerasan ,ketahanan sobek, ketahanan kikisan, serta

tegangan putus pada barang yang dihasilkan.


27/44

32

Kadang – kadang bahan pengisi aktif dan tidak aktif diberikan dalam

campuran sebagai alternatif penghematan biaya. Bahan pengisi yang

digunakan dalam pembuatan benang karet adalah titanium dioksida (TiO2)

yang berbentuk tepung dan bewarna putih bersih (Callister, 2000).

2.4 Scanning Electron M icroscopy(SEM)

2.4.1 Sejarah Electron Microscopy (SEM)

Konsep awal yang melibatkan teori pemindaian mikroskop elektron

pertama kali diperkenalkan di Jerman (1935) oleh M. Knoll. Konsep standar

dari SEM moderen dibangun oleh von Ardenne pada tahun 1938 yang

menambahkan kumparan scan untuk mikroskop elektron transmisi. Desain

SEM telah diubah cukup dengan Zworykin et al. pada tahun 1942 saat

bekerja untuk RCA Laboratorium di Amerika Serikat. Desain itu lagi

kembali di rancang oleh CW Oatley pada tahun 1948 seorang profesor di

Universitas Cambridge. Sejak itu ada banyak kontribusi penting lainnya

yang telah sangat ditingkatkan dan dioptimalkan kerja dari scanning

mikroskop elektron moderen. Cara kerja SEM yaitu dengan memindai sinar

halus fokus elektron ke sampel. Elektron berinteraksi dengan komposisi

molekul sampel. Energi dari elektron berinteraksi ke sampel secara

langsung sebanding dengan jenis interaksi elektron yang dihasilkan dari

sampel. Serangkaian energi elektron yang terukur dapat dianalisis oleh

mikroprosesor canggih yang menciptakan pseudo gambar tiga dimensi atau

spektrum elemen unik dari sampel yang dianalisis (Marantha,2008).

Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya

hanya mampu mencapai 200nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi

sampai 0,1 – 0,2 nm. Disamping itu dengan menggunakan elektron kita juga

bisa mendapatkan beberapa jenis pantulan yang berguna untuk keperluan

karakterisasi. Jika elektron mengenai suatu benda maka akan timbul dua

jenis pantulan yaitu pantulan elastis dan pantulan non elastic.

Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan alat yang dapat

membentuk bayangan permukaan. Struktur permukaan suatu benda yang akan


28/44

33

diuji dapat dipelajari dengan mikroskop elektron pancaran karena jauh lebih

mudah untuk mempelajari struktur permukaan itu secara langsung. Pada

dasarnya, SEM menggunakan sinyal yang dihasilkan elektron dan

dipantulkan atau berkas sinar elektron sekunder.

SEM memiliki kemampuan untuk menganalisis sampel tertentu

dengan memanfaatkan salah satu metode yang disebutkan di atas.

Sayangnya, setiap jenis analisis dianggap merupakan aksesori perangkat

tambahan untuk SEM. Aksesori yang paling umum dilengkapi dengan SEM

adalah dispersif energi detektor x-ray atau EDX (kadang-kadang dirujuk

sebagai EDS) (Marantha,2008) .

Jenis detektor memungkinkan pengguna untuk menganalisis

komposisi molekul sampel. deteksi pertama yang dikenal dengan sinar-x

ditemukan secara tidak sengaja oleh fisikawan Jerman Wilhelm Conrad

Roeentgen pada tahun 1895 saat mempelajari sinar katoda dalam tegangan

tinggi, tabung debit gas (Hal itu diketahui bahwa ketika katoda dari sebuah

sirkuit listrik dipanaskan dalam ruang hampa dengan beda potensial yang

besar diterapkan antara katoda dan anoda, kemudian ada gelombang

bergerak antara dua elektroda. Awalnya ini dianggap gelombang

elektromagnetik, sehingga mereka disebut sinar katoda, JJ Thompson

(1856-1940) menciptakan sinar katoda tabung-CRT dasar untuk monitor

komputer dan televisi). Karena alasan tersebut, Wilhelm Conrad Roeentgen

menciptakan istilah "x-radiasi". Panjang gelombang elektromagnetik sinar-x

sekitar 01-100 angstrom (disingkat Å) adalah salah satu dari sepuluh-miliar

(1/10000000000) meter. Sebuah langkah atom hidrogen sekitar 1 Å di. Jenis

elektron yang akan dibahas adalah elektron energi tingkat rendah yang

dikenal sebagai efek Auger. Efek Auger pertama kali diamati pada tahun

1925 oleh Fisikawan Perancis Pierre-Victor Auger . Fenomena ini terjadi

ketika sebuah elektron dilepaskan dari salah satu inti orbit dalam sehingga

menghasilkan dua bagian elektron dari atom residu dan kemudian diulang

untuk menghasilkan bagian yang baru atau x-ray yang untuk di pancarkan.

Perlu dicatat bahwa spesifikasi deteksi Auger elektron atau yield Auger


29/44

34

yaitu untuk elemen tertentu dengan nomor atom menurun. Sebagai contoh,

emisi sinar-x dan Auger elektron dari seng (nomor atom 30) adalah sama.

Jenis analisis dikembangkan di late1960 dan disebut Auger Spektroskopi

atau AES. Teknik ini berguna dalam mempelajari komposisi lapisan

permukaan secara kualitatif dan kuantitatif suatu senyawa, elemen atau

partikel sub-atomik yang dikenal sebagai muon (Marantha,2008).

2.4.2 Klasifikasi Scanning Electronic Microscopy (SEM)

Untuk mengetahui morfologi senyawa padatan dan komposisi unsur

yang terdapat dalam suatu senyawa dapat digunakan alat scanning electron

microscope (SEM). Scanning Electron Microscope adalah suatu tipe

mikroskop electron yang menggambarkan permukaan sampel melalui proses

scan dengan menggunakan pancaran energi yang tinggi dari electron dalam

suatu pola scan raster. Electron berinteraksi dengan atom – atom yang

membuat sampel menghasilkan sinyal yang memberikan informasi mengenai

permukaan topografi sampel, komposisi dan sifat – sifat lainnya seperti

konduktivitas listrik (Anita, 2012).

SEM dapat mengamati struktur maupun bentuk permukaan yang

berskalah lebih halus, Dilengkapi Dengan EDS ( Electron Dispersive X ray

Spectroscopy) dan Dapat mendeteksi unsur-unsur dalam material. Juga

Permukaan yang diamati harus penghantar electron. Elektron memiliki

resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu mencapai

200 nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai 0,1 – 0,2 nm

(Anita,2012). Dibawah ini diberikan perbandingan hasil gambar mikroskop

cahaya dengan elektron.


30/44

35

Gambar 2.10 perbesaran semSumber : http://anita-widynugroho.blogspot.com

Disamping itu dengan menggunakan elektron kita juga bisa

mendapatkan beberapa jenis pantulan yang berguna untuk keperluan

karakterisasi. Jika elektron mengenai suatu benda maka akan timbul dua jenis

pantulan yaitu pantulan elastis dan pantulan non elastis.

Pantulan sinar SEM tersebut seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.11 pantulan sinar pada semSumber : http://anita-widynugroho.blogspot.com

http://anita-widynugroho.blogspot.com/http://anita-widynugroho.blogspot.com/


31/44

36

Pada sebuah mikroskop elektron (SEM) terdapat beberapa peralatan

utama antara lain:

1. Pistol elektron, biasanya berupa filamen yang terbuat dari unsur yang

mudah melepas elektron misal tungsten.

2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang

bermuatan negatif dapat dibelokkan oleh medan magnet.

3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada

molekul udara yang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan

terpencar oleh tumbukan sebelum mengenai sasaran sehingga

menghilangkan molekul udara menjadi sangat penting.

SEM mempunyai depth of field yang besar, yang dapat memfokus

jumlah sampel yang lebih banyak pada satu waktu dan menghasilkan

bayangan yang baik dari sampel tiga dimensi. SEM juga menghasilkan

bayangan dengan resolusi tinggi, yang berarti mendekati bayangan yang

dapat diuji dengan perbesaran tinggi. Kombinasinya adalah perbesaran yang

lebih tinggi, dark field , resolusi yang lebih besar, dan komposisi serta

informasi kristallografi. Sem terdiri dari electron optic columb dan electron

console. sampel sem ditempatkan pada specimen chamber di dalam electron

optic colomb dengan tingkat kevakuman yang tinggi yaitu sekitar 2 x 10-6

Trorr . Sinar electron yang dihasilkan dari electron gun akan dialirkan hingga

mengenai sampel. Aliran sinar electron ini akan melewati optic columb yang

berfungsi untuk memfokuskan sinar electron hingga mengenai sampel

tersebut (Yudi Prasetyo,2011).

Pada pengambilan data dengan alat SEM-EDX, sampel bubuk yang

telah diletakkan di atas specimen holder dimasukkan kedalam specimen

chamber , kemudian dimasukkan dalam alat SEM-EDX dan alat siap untuk

dioperasikan. Dalam pengukuran SEM – EDX untuk setiap sampel dianalisis

dengan menggunakan analisis area. Sinar electron yang di hasilkan dari area

gun dialirkan hingga mengenai sampel. Aliran sinar electron ini selanjutnya

di fokuskan menggunakan electron optic columb sebelum sinar electron


32/44

37

tersebut membentuk atau mengenai sampel. Setelah sinar electron

membentuk sampel, akan terjadi beberapa interaksi – interaksi pada sampel

yang disinari. Interaksi – interaksi yang terjadi tersebut selanjutnya akan

dideteksi dan di ubah ke dalam sebuah gambar oleh analisis SEM dan juga

dalam bentuk grafik oleh analisis EDX (Yudi Prasetyo,2011)..

Pada pengukuran SEM – EDX untuk setiap sampel dilakukan Pada

kondisi yang sama yaitu dengan menggunakan alat SEM – EDX tipe JEOL

JSM-6360LA yang memiliki beda tegangan sebesar 20 kv dan arus sebesar 30

mA. Pada pengukuran SEM-EDX setiap sampel digunakan dengan

menggunakan analisis area. Sinar Electron yang dihasilkan dari electron gun

dialirkan hingga mengenai specimen sampel aliran sinar electron ini

selanjutnya difokuskan menggunakan electron optic colum, sebelum sinar

electron mengenai sampel. Setelah sinar electron mengenai sampel maka

akan terjadi interaksi pada sampel yang disinari. Interksi – interaksi yang

terjadi tersebut slanjutnya akan dideteksi dan diubah kedalam sebuah gambar

oleh analisis SEM dan juga dalam bentuk Grafik oleh Analisis EDX (Yudi

Prasetyo,2011)..

Hasil analisa atau keluaran dari analisis SEM-EDX yaitu berupa

gambar struktur permukaan dari setiap sampel dengan karakeristik gambar 3-

D serta grafik hubungan antara energi( keV) pada sumbu horizontal dengan

cecahan pada sumbu pertikal dari keluran ini dapat diketahui unsur – unsur

atau mineral yang terkandung di dalam sampel tersebut, yang mana

keberadaan unsur atau mineral tersebut dapat ditentukan atau diketahui

berdasarkan nilai energi yang dihasilkan pada saat penembakan sinar electron

primer pada sampel (Yudi Prasetyo,2011). .

2.4.2 Prinsip dan Proses Kerja Scanni ng E lectron M icroscopy (SEM)

SEM menggunakan prinsip scanning yaitu berkas elektron diarahkan

pada titik permukaan spesimen. Gerakan elektron diarahkan dari satu titik ke

titik lain pada permukaan spesimen. Jika seberkas sinar elektron ditembakkan

pada permukaan spesimen maka sebagian dari elektron itu akan dipantulkan


33/44

38

kembali dan sebagian lagi diteruskan. Jika permukaan spesimen tidak merata,

banyak lekukan, lipatan atau lubang-lubang, maka tiap bagian permukaan itu

akan memantulkan elektron dengan jumlah dan arah yang berbeda dan

kemudian akan ditangkap oleh detektor dan akan diteruskan ke sistem layar.

Hasil yang diperoleh merupakan gambaran yang jelas dari permukaan

spesimen dalam bentuk tiga dimensi. Dalam penelitian morfologi permukaan

dengan menggunakan SEM, pemakaiannya sangat terbatas tetapi memberikan

informasi yang bermanfaat mengenai topologi permukaan dengan resolusi

sekitar 100 Å (Stevens, 2001).

SEM memiliki perbesaran 10 – 3000000x, depth of field 4 – 0.4 mm

dan resolusi sebesar 1 – 10 nm. Kombinasi dari perbesaran yang tinggi, depth

of field yang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui

komposisi dan informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan

untuk keperluan penelitian dan industri (Yudi Prasetyo, 2011). Menurut Yudi

Adapun fungsi utama dari SEM antara lain dapat digunakan untuk

mengetahui informasi-informasi mengenai:

-

Topografi, yaitu ciri-ciri permukaan dan teksturnya (kekerasan, sifat

memantulkan cahaya, dan sebagainya).

- Morfologi, yaitu bentuk dan ukuran dari partikel penyusun objek

(kekuatan, cacat pada Integrated Circuit (IC) dan chip, dan sebagainya).

- Komposisi, yaitu data kuantitatif unsur dan senyawa yang terkandung di

dalam objek (titik lebur, kereaktifan, kekerasan, dan sebagainya).

- Informasi kristalografi, yaitu informasi mengenai bagaimana susunan

dari butir-butir di dalam objek yang diamati (konduktifitas, sifat elektrik,

kekuatan, dan sebagainya).

Prinsip kerja SEM yaitu bermula dari electron beam yang dihasilkan oleh

sebuah filamen pada electron gun. Pada umumnya electron gun yang

digunakan adalah tungsten hairpin gun dengan filamen berupa lilitan tungsten

yang berfungsi sebagai katoda. Tegangan diberikan kepada lilitan yang

mengakibatkan terjadinya pemanasan. Anoda kemudian akan membentuk


34/44

39

gaya yang dapat menarik elektron melaju menuju ke anoda.Kemudian

electron beam difokuskan ke suatu titik pada permukaan sampel dengan

menggunakan dua buah condenser lens. Condenser lens kedua (atau biasa

disebut dengan lensa objektif) memfokuskan beam dengan diameter yang

sangat kecil, yaitu sekitar 10-20 nm. Hamburan elektron, baik Secondary

Electron (SE) atau Back Scattered Electron (BSE) dari permukaan sampel

akan dideteksi oleh detektor dan dimunculkan dalam bentuk gambar pada

layar CRT (Yudi Prasetyo,2011).

SEM memiliki beberapa detektor yang berfungsi untuk menangkap

hamburan elektron dan memberikan informasi yang berbeda-beda (Yudi

Prasetyo,2011). Detektor-detektor tersebut antara lain:

- Detektor EDX, yang berfungsi untuk menangkap informasi mengenai

komposisi sampel pada skala mikro.

- Backscatter detector , yang berfungsi untuk menangkap informasi

mengenai nomor atom dan topografi.

- Secondary detector , yang berfungsi untuk menangkap informasi

mengenai topografi.

Pada SEM (Yudi Prasetyo,2011) terdapat sistem vakum pada electron-optical

column dan sample chamber yang bertujuan antara lain:

- Menghilangkan efek pergerakan elektron yang tidak beraturan karena

adanya molekul gas pada lingkungan tersebut, yang dapat mengakibatkan

penurunan intensitas dan stabilitas.

-

Meminimalisasi gas yang dapat bereaksi dengan sampel atau mengendap

pada sampel, baik gas yang berasal dari sampel atau pun mikroskop.

Karena apabila hal tersebut terjadi, maka akan menurunkan kontras dan

membuat gelap detail pada gambar.

Semua sumber elektron membutuhkan lingkungan yang vakum untuk

beroperasi.


35/44

40

Prinsip scanning electron microscopy (Maranatha,2008) yaitu :

1. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat

dengan anoda.

2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.

3. Sinar elektron yang terfokus memindai ( scan) keseluruhan sampel

dengan diarahkan oleh koil pemindai.

4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan

elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor.

Secara lengkap skema SEM dijelaskan oleh gambar dibawah ini:

gambar 2.12 prinsip kerja sem(sumber: (http://www.purdue.edu/rem/rs/sem.html)

Menurut Maranatha ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan

oleh SEM. Dari pantulan inelastis didapatkan sinyal elektron sekunder dan

karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal

backscattered electron.

http://www.purdue.edu/rem/rs/sem.htmhttp://www.purdue.edu/rem/rs/sem.htm


36/44

41

Sinyal -sinyal tersebut dijelaskan pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.13 signal backscattered(sumber : iastate.edu)

Perbedaan gambar dari sinyal elektron sekunder dengan backscattered

adalah elektron sekunder menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa

dan permukaan yang tinggi berwarna lebih cerah dari permukaan rendah.

Sedangkan backscattered elektron memberikan perbedaan berat molekul dari

atom – atom yang menyusun permukaan atom dengan berat molekul tinggi

akan berwarna lebih cerah daripada atom dengan berat molekul rendah(Munawirul,2011). Contoh perbandingan gambar dari kedua sinyal ini

disajikan pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.14 perbadingan backscattered dan secondary electrons

Sumber : http://anita-widynugroho.blogspot.com


37/44

42

Mekanisme kontras dari elektron sekunder dijelaskan dengan gambar

dibawah ini. Permukaan yang tinggi akan lebih banyak melepaskan elektron

dan menghasilkan gambar yang lebih cerah dibandingkan permukaan yang

rendah atau datar (Munawirul,2011).

Gambar 2.15 mekanisme kontras secondary electronsSumber : Munawirul, Scanning Electron Microscope & Energy dispersive X-ray

Spectroscopy (SEM-EDS) 2011

Sedangkan mekasime kontras dari backscattered elektron dijelaskan

dengan gambar dibawah ini yang secara prinsip atom – atom dengan densitas

atau berat molekul lebih besar akan memantulkan lebih banyak elektron

sehingga tampak lebih cerah dari atom berdensitas rendah. Maka teknik ini

sangat berguna untuk membedakan jenis atom (Munawirul,2011).

Gambar 2.16 mekanisme kontras backscattered

Sumber : Munawirul, Scanning Electron Microscope & Energy dispersive X-ray

Spectroscopy (SEM-EDS) 2011


38/44

43

Namun untuk mengenali jenis atom dipermukaan yang mengandung

multi atom para peneliti lebih banyak mengunakan teknik EDS ( Energi

Dispersive Spectroscopy). Sebagian besar alat SEM dilengkapi dengan

kemampuan ini, namun tidak semua SEM punya fitur ini. EDS dihasilkan dari

Sinar X yaitu dengan menembakkan sinar X pada posisi yang ingin kita

ketahui komposisinya. Maka setelah ditembakkan pada posisi yang

diinginkan maka akan muncul puncak – puncak tertentu yang mewakili suatu

unsur yang terkandung. Dengan EDS kita juga bisa membuat elemental

mapping (pemetaan elemen) dengan memberikan warna berbeda – beda dari

masing – masing elemen di permukaan bahan. EDS bisa digunakan untuk

menganalisa secara kuantitatif dari persentasi masing – masing elemen

(Munawirul,2011).

Contoh dari aplikasi EDS digambarkan pada diagram dibawah ini.

Gambar 2.17 aplikasi EDS

(sumber: umich.edu)


39/44

44

Gambar 2.18 perbesaran apliaksi EDS

(Sumber: http//www.material cerdas Indonesia.com )

Cara kerja SEM yaitu sebuah elektron diemisikan dari katoda tungsten

dan diarahkan ke suatu anoda. Tungsten digunakan karena mempunyai titik

lebur yang paling tinggi dan tekanan uap paling rendah dari semua jenis

logam, sehingga dapat dipanaskan untuk keperluan pemancaran elektron.

Berkas elektron yang memiliki beberapa ratus eV dipusatkan oleh satu atau

dua lensa kondeser kedalam suatu berkas cahaya dengan spot 1 nm sampai 5

nm. Berkas cahaya dipancarkan melalui sepasang coil scan pada lensa

obyektif yang dapat membelokkan berkas cahaya secara horizontal dan

vertikal sehingga membentuk daerah permukaan sampel persegi

empat.(Bambang,2011).

Ketika berkas elektron utama saling berinteraksi dengan sampel, maka

elektron kehilangan energi oleh penyebaran berulang dan penyerapan dengan

setetes volume spesimen yang dikenal sebagai volume interaksi yang meluas

kurang dari 100 nm sampai sekitar 5 nm pada permukaan. Ukuran dari

volume interaksi tergantung pada berkas cahaya yang mempercepat tegangan,

nomor atom spesimen dan kepadata spesimen. Energi berubah diantara berkas

elektron dan hasil sampel hasil pada emisi elektron dan sampel hasil pada

emisi elektron dan radiasi elektromagnet yang dapat dideteksi untuk

menghasilkan suatu gambar (Bambang,2011).


40/44

45

Untuk Persiapan material yang akan dianalisa cukup sederhana.

Khususnya untuk bahan – bahan yang bersifat konduktor maka hanya perlu

dilekatkan pada sample holder yang terbuat dari logam. Biasanya pemegang

sampel ini dapat dipakai untuk menempatkan 4 sampel berbeda sekaligus

sehingga ketika menganalisa tidak perlu setiap akan ganti sampel membuka-

tutup SEM.. Biasanya sampel dilekatkan dengan bantuan selotip karbon.

Contoh dari selotip karbon adalah seperti pada gambar 2.19 dibawah ini.

Gambar 2.19 isolatip carbonSumber: Laboratorium Teknik Kimia (POLSRI) 2015

Adapun Gambar dari sampel holder yang telah ditempel selotip dan

diberi serbuk yang akan dianalisa dapat dilihat pada Gambar 2.20.

Gambar2.20 Sampel holder + isolatip+sampelSumber: Laboratorium Teknik Kimia (POLSRI) 2015


41/44

46

Untuk sampel berupa serbuk. Setelah ditempel selotip karbon maka

serbuk ditebarkan pada permukaan selotip dan sisa serbuk yang tidak dapat

menempel harus dibersihkan sehingga tidak menganggu alat vakum (dush off )

dalam SEM ketika analisa. Disamping ini adalah gambar dari sampel holder

yang telah ditempel selotip dan diberi serbuk yang akan dianalisa. SEM

mempunyai depth of field yang besar, yang dapat memfokus jumlah sampel

yang lebih banyak pada satu waktu dan menghasilkan bayangan yang baik

dari sampel tiga dimensi. SEM juga menghasilkan bayangan dengan resolusi

tinggi, yang berarti mendekati bayangan yang dapat diuji dengan perbesaran

tinggi. Kombinasi perbesaran yang lebih tinggi, dark field , resolusi yang lebih

besar, dan komposisi serta informasi kristallografi membuat SEM merupakan

satu dari peralatan yang paling banyak digunakan dalam penelitian, R&D

industri khususnya industri semiconductor (Bambang,2011).

keunggulan SEM (Bambang,2011) adalah sebagai berikut:

1. Daya pisah tinggi

Dapat Ditinjau dari jalannya berkas media, SEM dapat digolongkan

dengan optik metalurgi yang menggunakan prinsip refleksi, yang diarti

sebagai permukaan spesimen yang memantulkan berkas media.

2. Menampilkan data permukaan spesimen

Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis

permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan

atau lapisan yang tebalnya sekitar 20 mikro meter dari permukaan. Sinyal

lain yang penting adalah back scattered elektron yang intensitasnya

bergantung pada nomor atom, yang unsurnya menyatakn permukaan

spesimen. Dengan cara ini diperoleh gambar yang menyatakan perbedaan

unsur kimia yang lebih tinggi pada nomor atomnya. Kemampuannya yang

beragam membuat SEM popular dan luas penggunaannya, tidak hanya

dibidang material melainkn juga dibidang biologi, pertanian, kedokteran,

elektronika, mikroelektronika dan lain-lain.


42/44

47

3. Kemudahan penyiapan sampel

Spesimen untuk SEM dapat berupa material yang cukup tebal, oleh karena

itu penyiapannya sangat mudah. Untuk pemeriksaan permukaan patahan

(fraktografi), permukaan diusahakan tetap seperti apa adanya, namun

bersih dari kotoran, misalnya debu dan minyak. Permukaan spesimen

harus bersifat konduktif. Oleh karena itu permukaan spesimen harus bersih

dari kotoran dan tidak terkontaminasi oleh keringat.

Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain:

a. Memerlukan kondisi vakum.

b. Hanya menganalisa permukaan.

c. Resolusi lebih rendah dari TEM.

d. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu

dilapis logam seperti emas.

2.4.3 Komponen Utama SEM

SEM memiliki beberapa peralatan utama (Anita,2012) , antara lain:

1. Penembak elektron (electron gun )

Ada tiga jenis atau tipe dari electron gun yaitu :

a) Termal

Pada jenis ini, energi luar yang masuk ke bahan dalam bentuk energi

panas. Energi panas ini diubah menjadi energi kinetik. Semakin besar panas

yang diterima bahan maka akan semakin besar pula kenaikan energi kinetik

yang terjadi pada electron. Pada situasi inilah akan terdapat elektron yang

pada ahirnya terlepas keluarmelalui permukaan bahan. Bahan yang digunakan

sebagai sumber elektron disebut sebagai emiter atau lebih sering disebut

katoda. Sedangkan bahan yangmenerima elektron disebut sebagai anoda.

Dalam konteks tabung hampa (vacuum tube) anoda lebih sering disebut

sebagai plate.


43/44

48

Dalam proses emisi termal dikenal dua macam jenis katoda yaitu :

1) Katoda panas langsung ( Direct Heated Cathode, disingkat DHC)

2) Katoda panas tak langsung ( Indirect Heated Cathode, disingkat IHC)

b) Tungsten Filamen

Material ini adalah material yang pertama kali digunakan orang untuk

membuatkatode. Tungsten memiliki dua kelebihan untuk digunakan sebagai

katoda yaitumemiliki ketahanan mekanik dan juga titik lebur yang tinggi

(sekitar 3400 oC), sehingga tungsten banyak digunakan untuk aplikasi khas

yaitu tabung XRay yang bekerja pada tegangan sekitar 5000 V dan suhu

tinggi. Akan tetapiuntuk aplikasi yang umum terutama untuk aplikasi Tabung

Audio dimana tegangankerja dan temperature tidak terlalu tinggi maka

tungsten bukan material yang ideal,hal ini disebabkan karena tungsten

memilik fungsi kerja yang tinggi (4,52 eV) danjuga temperature kerja optimal

yang cukup tinggi (sekitar 2200 oC).

c) Field emission

Pada emisi jenis ini yang menjadi penyebab lepasnya elektron dari

bahan ialahadanya gaya tarik medan listrik luar yang diberikan pada bahan.

Pada katoda yangdigunakan pada proses emisi ini dikenakan medan listrik

yang cukup besarsehingga tarikan yang terjadi dari medan listrik pada

elektron menyebabkanelektron memiliki energi yang cukup untuk lompat

keluar dari permukaan katoda.Emisi medan listrik adalah salah satu emisi

utama yang terjadi pada vacuum tubeselain emisi thermionic.

Jenis katoda yang digunakan diantaranya adalah :

- Cold Field Emission

- Schottky Field Emission Gun

2. Lensa Magnetik

Lensa magnetik yang digunakan yaitu dua buah condenser lens.

Condenser lens kedua (atau biasa disebut dengan lensa objektif)

memfokuskan electron dengan diameter yang sangat kecil, yaitu sekitar 10-20

nm.


44/44

49

3. Detektor

SEM memiliki beberapa detektor yang berfungsi untuk menangkap hamburan

elektron dan memberikan informasi yang berbeda-beda.

Detektor-detektor tersebut antara lain:

- Backscatter detector , yang berfungsi untuk menangkap informasi

mengenai nomor atom dan topografi.

- Secondary detector , yang berfungsi untuk menangkap informasi

mengenai topografi (Prasetyo, 2011).

4. Sample Holder

Untuk meletakkan sampel yang akan dianalisis dengan SEM.

5. Monitor CRT (Cathode Ray Tube )

Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar

dapat dilihat.

a) Topografi, yaitu ciri-ciri permukaan dan teksturnya (kekerasan, sifat

memantulkan cahaya, dan sebagainya).

b) Morfologi, yaitu bentuk dan ukuran dari partikel penyusun objek

(kekuatan, cacat pada Integrated Circuit (IC) dan chip, dan sebagainya).

c) Komposisi, yaitu data kuantitatif unsur dan senyawa yang terkandung di

dalam objek (titik lebur, kereaktifan, kekerasan, dan sebagainya).

d) Informasi kristalografi, yaitu informasi mengenai bagaimana susunan

dari butir-butir di dalam objek yang diamati (konduktifitas, sifat elektrik,

kekuatan, dan sebagainya). (Prasetyo, 2011).

Jenis sampel yang dapat dianalisa: sampel biologi atau material padat.

Aplikasi (analisa sampel):

1. Sampel Padat: logam, bubuk kimia, kristal, polymers, plastik, keramik,

fosil, butiran, karbon, campuran partikel logam, sampel Arkeologi.

2. Sampel Biologi: sel darah, produk bakteri, fungal, ganggang, benalu dan

cacing. Jaringan binatang, manusia dan tumbuhan.

3. Sampel Padatan Biologi: contoh profesi dokter gigi, tulang, fosil dan

bab ii lempung.pdf

Documents