LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL

Pengamatan Topografi Permukaan Gigi setelah Pemasangan Bracket dengan dan tanpa Fluor

OLEH :

Mia Kristina Damayanti (2713100007)Inggil Hanindya (2713100014)Indra Bayu Kurniawan (2713100019)Ridwan Bagus Suwandono (2713100038)Asad Jabar Nuru (2713100128)

Karakterisasi Material Kelas C (Dosen Pembimbing: Yuli Setiyorini, S.T., M. Phil.)

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPMEBER

BAB IPENDAHULUAN

I.1 Latar BelakangBehel gigi dalam bahasa kedokteran disebut dental braces atau

orthodontic braces yaitu alat yang digunakan pada bidang kedokteran gigi untuk memperbaiki susunan gigi yang tidak teratur. Semula behel gigi digunakan untuk mengencangkan gigi karena gigi terlalu maju (tonggos) serta susunan gigi tak merata. Behel gigi juga berfungsi untuk meratakan susunan gigi yang tumbuh tak beraturan.

Behel atau kawat gigi pada dasarnya terbagi menjadi tiga bagian yaitu bracket, kawat dan pengikat. Bracket adalah yang menempel pada gigi dan membentuk gigi-gigi tersebut, sedangkan pengikat berfungsi untuk mengikat bracket-bracket yang terdapat di gigi tersebut. Saat pemasangan bracket ini ada perlakuan dengan diberikan fluor atau tanpa fluor.

Menurut Angela (2005), tujuan penggunaan fluor adalah untuk melindungi gigi dari karies, fluor bekerja dengan cara menghambat metabolisme bakteri plak yang dapat memfermentasi karbohidrat melalui perubahan hidroksil apatit pada enamel menjadi fluor apatit yang lebih stabil dan lebih tahan terhadap pelarutan asam. Reaksi kimia : Ca10(PO4)6(OH)2+F → Ca10(PO4)6(OHF) menghasilkan enamel yang lebih tahan asam sehingga dapat menghambat proses demineralisasi dan meningkatkan remineralisasi. Selain dapat mencegah karies, fluor juga mempunyai efek samping yang tidak baik yaitu dengan adanya apa yang disebut ‘mottled enamel’ pada mottled enamel gigi-gigi kelihatan kecoklat-coklatan, berbintik-bintik permukaannya dan bila fluor yang masuk dalam tubuh terlalu banyak, dapat menyebabkan gigi jadi rusak sekali(Zelvya P.R.D, 2003).

I.2 Tujuan PraktikumDari praktikum yang dilakukan, diharapkan praktikan dapat memenuhi

tujuan diadakannya praktikum ini. Adapun tujuan dari diadakannya praktikum ini adalah :

Mengetahui perbedaan topografi permukaan dengan AFM (Atomic Force Microscope) dari gigi akibat pengaruh penambahan fluor setelah pemasangan bracket.

I.3 Rumusan MasalahPraktikum yang dilakukan, diharapkan mampu menjawab pertanyaan- pertanyaan berikut ini:

1. Bagaimanakah cara menganalisis topografi dengan menggunakan AFM (Atomic Force Microscope)?

2. Bagaimanakah perbedaan topografi dari permukaan gigi dengan beberapa perlakuan yang berbeda?

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

II.1 AFMAFM (Atomic Force Microscope) merupakan alat yang digunakan untuk

mepelajari struktur permukaan secara atomic. AFM memiliki cantilever dan probe yang tajam pada ujungnya, ketika probe didekat pada sampel maka medan gaya antara probe dan sampel akan memberikan defleksi pada cantilever. Berdasarkan prinsip ini bisa diperoleh informasi kuantitatif dan kualitatif. Informasi kualitatif adalah gambar 2 dan 3 dimensi dari struktur permukaan sampel. Data kuantitatif adalah kekasaran permuakaan (Sa) rata-rata kekasaran dasar permukaan (Root Mean Square) rata-rata ketinggian

Mekanisme pengujian AFM1. Menyiapkan sampel yang akan diamati 2. Rekatkan sampel dengan menggunakan selotip pada tempat sampel(agar

sampel tidak tergelincir saat diamati)3. Letakkan sampel diatas PZT scanner 4. Atur cantilever tepat diatas sampel5. Kemudian amati hasil gambar sesuai lokasi yang diinginkan6. Setelah menemukan gambar campture gambar menurut perintah computer.

Parameter kuantitatif dapat digunakan untuk mengkarakterisasi morphologi dan kekasaran sebuah permukaan material :

1. Rataan deviasi permukaan(Sa)2. Deviasi Root mean square(Sq)3. Nilai asimetri dari distribusi ketinggian (Ssk)4. Ketajaman frekuensi peak dari distribusi ketinggingian(Sku)5. 10 poin rataan dari ketinggian absolute(Sz)6. Perbedaan jarak vertical antara peak tertinggi dan permukaan terendah(St)

II.2 3D S Parameter - Tinggi (Amplitude) ParameterUntuk diskusi yang mengikuti, Z (x, y) adalah fungsi yang mewakili

ketinggian permukaan relatif terhadap yang terbaik pase, silinder, atau bola. Perhatikan bahwa "a" yang digunakan dalam ekspresi terpisahkan berikut menyiratkan bahwa integrasi dilakukan atas daerah pengukuran dan kemudian dinormalisasi dengan luas penampang "A" dari pengukuran.

Sa dan SqSa dan Sq adalah Kekasaran rata dan Root Mean Square, Kekasaran dievaluasi atas permukaan 3D lengkap masing-masing. Secara matematis, Sa dan Sq dievaluasi sebagai berikut:

Gambar II. 1 (a)Permukaan dataran tinggi seperti Sa = 16,03 nm Sq = 25,4 nm (b)Permukaan dengan Peaks Sa = 16,03 nm Sq = 25,4 nm

AplikasiSa dan Sq parameter mewakili ukuran keseluruhan tekstur yang terdiri permukaan. Sa dan Sq tidak peka dalam membedakan puncak, lembah dan jarak dari berbagai fitur tekstur. Jadi Sa atau Sq dapat menyesatkan dalam bahwa banyak permukaan dengan fitur simetri spasial dan tinggi terlalu berbeda (misalnya, digiling vs diasah) mungkin memiliki sama Sa atau Sq, tetapi fungsi cukup berbeda. Gambar di atas menunjukkan dua permukaan yang sangat berbeda dengan yang identik Sa dan Sq nilai, menunjukkan ketidakpekaan parameter Sa dan Sq. Meskipun demikian, sekali jenis permukaan telah ditetapkan, parameter Sa dan Sq dapat digunakan untuk menunjukkan penyimpangan yang signifikan dalam karakteristik tekstur. Persegi biasanya digunakan untuk menentukan permukaan optik dan Sa digunakan untuk permukaan mesin.

Ssk (Skewness) dan Sku (Kurtosis)Ssk dan Sku adalah Skewness Kurtosis dan tekstur permukaan 3D masing-

masing. Kiasan, histogram dari ketinggian semua titik diukur didirikan dan simetri dan penyimpangan dari normal yang ideal (yaitu kurva lonceng) distribusi

diwakili oleh Ssk dan Sku. Secara matematis, Ssk dan Sku dievaluasi sebagai berikut:

Gambar II. 2. (a)Permukaan dengan beberapa puncak Ssk = 3.20 Sku = 18,71(b)Periodik Tekstur Ssk = 0,16 Sku = 1.63

AplikasiSsk mewakili derajat simetri dari ketinggian permukaan tentang pesawat rata-rata. Tanda Ssk menunjukkan dominasi puncak (yaitu Ssk> 0) atau struktur lembah (Ssk <0) terdiri permukaan. Sku menunjukkan adanya puncak terlampau tinggi / lembah (sku> 3,00) atau ketiadaan (sku <3,00) yang membentuk tekstur. Jika ketinggian permukaan didistribusikan Biasanya (yaitu kurva lonceng) maka Ssk adalah 0.00 dan Sku adalah 3,00. Permukaan digambarkan sebagai bertahap bervariasi, bebas dari puncak ekstrim atau fitur lembah, akan cenderung memiliki Sku <3,00. Ssk berguna dalam menentukan permukaan diasah dan pemantauan untuk berbagai jenis kondisi keausan. Sku berguna untuk menunjukkan adanya puncak atau lembah baik cacat yang mungkin terjadi pada suatu permukaan. Sejak Ssk dan Sku melibatkan kekuatan yang lebih tinggi dari ketinggian permukaan, salah satu harus membuat cukup pengukuran untuk memberikan nilai yang signifikan secara statistik dan / atau benar pilih bandwidth penyaringan untuk menghilangkan puncak yang salah atau lembah.

Sp (Max Puncak Tinggi), Sv Max Lembah Kedalaman) dan Sz (Max Tinggi Permukaan).

Sp, Sv, dan Sz parameter dievaluasi dari poin absolut tertinggi dan terendah ditemukan di permukaan. Sp, Maksimum Puncak Tinggi, adalah ketinggian titik tertinggi, Sv, Kedalaman Maksimum Valley, adalah kedalaman titik terendah (dinyatakan sebagai angka negatif) dan Sz Ketinggian maksimum Surface), ditemukan dari Sz = Sp - Sv.

Catatan: standar sebelumnya disebut Rz sebagai rata-rata dari 10 tertinggi untuk 10 Poin terendah dan variasi lainnya. Masyarakat ISO setuju untuk standar yang lebih baru, ISO 25178-2 untuk membangun Sz sebagai ketat puncak ketinggian lembah selama pengukuran areal.

Gambar II. 3. (a)Permukaan digunakan dalam industri percetakan ditandai dengan struktur lembah yang dalam dengan Sv menjadi ~ -15μm. (b)Sebuah permukaan polimer siap dengan asperities yang diukur dengan Sp ~0,90 m

AplikasiSejak Sp, Sv, dan Sz ditemukan dari titik tunggal, mereka cenderung menghasilkan pengukuran diulang. Jadi ketika menggunakan tiga parameter ini, seseorang harus benar mengatur bandwidth penyaringan spasial untuk menghilangkan puncak yang salah / lembah dan rata-rata beberapa pengukuran di lokasi secara acak di sepanjang sampel, untuk mendapatkan hasil yang signifikan secara statistik. Aplikasi yang umum untuk Sz mungkin termasuk penyegelan permukaan dan aplikasi lapisan. Sp dapat menemukan aplikasi ketika mempertimbangkan permukaan yang akan digunakan dalam aplikasi kontak geser. Sv mungkin menemukan aplikasi ketika kedalaman lembah yang berkaitan dengan retensi cairan dapat menjadi perhatian seperti untuk pelumasan dan pelapisan sistem.

II.3 Stylus (X, Y) Ra, Rt, RzStylus X Ra dan stylus Y Ra, yang Kekasaran rata Seiring X dan

Kekasaran rata Seiring Y, ditemukan dari integral dari profil sepanjang arah masing-masing: Stylus (X, Y) Rt, Profil Ketinggian Maksimum Seiring (X, Y), ditentukan dari

selisih antara puncak tertinggi dan terendah lembah ditemukan sepanjang evaluasi.

Stylus (X, Y) Rz, yang rata-rata Profil Maksimum Tinggi Seiring (X, Y), berasal dari rata-rata, lebih dari semua panjang cutoff (yaitu pengambilan sampel panjang), perbedaan antara puncak tertinggi dan terendah lembah. Catatan, jika panjang evaluasi sama dengan panjang sampel maka Stylus (XY) Rt dan Stylus nilai (X, Y) Rz adalah sama.

Perhatikan bahwa nilai yang dilaporkan dalam database adalah rata-rata semua Stylus (X, Y) nilai-nilai Ra, Rt, Rz menemukan lebih dari 400 + profil yang terdiri permukaan 3D dalam arah yang relevan.

Stylus (X, Y) (Ra, Rt, Rz) mungkin berguna dalam memahami fungsi tekstur permukaan terarah tergantung. Misalnya, permukaan yang digunakan untuk menyegel mungkin memerlukan kekasaran rata lebih besar sepanjang arah jalur kebocoran (misalnya arah X) dan kekasaran rata-rata lebih rendah tegak lurus (misalnya arah Y) ke jalan kebocoran untuk segel keterlibatan yang tepat.

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

IV.1 Analisa Data

IV.1. 1 Kekasaran PermukaanBerdasar hasil pengujian AFM, didapat analisis kekasaran permukaan gigi

setelah pemasangan bracket dengan dan tanpa flour selama 2 minggu dan 4 minggu adalah sebagai berikut.

Gambar III. 1 Penampang Permukaan 3 Dimensi Gigi di Bracket (a)

Dengan Flour Selama 2 Minggu (b)Tanpa Fluor Selama 2 Minggu (c) Dengan Fluor Selama 4 Minggu (d) Tanpa Fluor Selama 4 Minggu

Tabel 1. Kekasaran Permukaan pada Sampel Gigi Adhesive

ParameterFlour

( 2 minggu)Non Flour ( 2 minggu)

Flour ( 4 minggu)

Non Flour ( 4 minggu)

Sa (nm) 96.1 56.3 60.5 29

Sq (nm) 150.6 72.8 75.6 37.5

Dari data kekasaran permuakan, dapat diperoleh informasi bahwa pada sampel penambahan flour dengan perendaman selama 2 minggu memiliki nilai kekasaran yang paling tinggi apabila dibandingkan dengan sampel yang direndam selama 4 minggu, hal ini bisa dilihat dari gambar 3 dimensi (Gambar III.1) dengan skala nilai sumbu maksimal pada (a) dan (b) 200 nm sedangkan pada (c) dan (d)

(a) (b)

(c) (d)

hanya 100 nm. Kekasaran ini juga bisa dilihat pada nilai Sa (Average Roughness) dan Sq (Root Mean Square). Dimana nilai Sa tertinggi pada sampel flour dengan perendaman selama 2 minggu.

IV.1. 2 Nilai Kesimetrian Permukaan

Tabel 2. Distribusi Kesimetrisan dan Ketinggian pada Sampel Gigi Adhesive

ParameterFlour

( 2 minggu)Non Flour ( 2 minggu)

Flour ( 4 minggu)

Non Flour ( 4 minggu)

Ssk (Ketidak simetrisan)

0.132 0.103 -0.335 -0.374

Sz (nm) 1110 507.6 478 279

Nilai derajat kesimetrisan terhadap rata-rata permuakaan (Ssk Skewness) pada sampel perendaman 2 minggu menunjukkan nilai postiv (>0), hal ini menunjukkan bahwa sampel cenderung memiliki nilai ketinggian puncak yang lebih besar dari pada kedalaman lembah. Sedangkan pada sampel perendaman selama 4 minggu menunjukkan nilai negative (<0), hal ini menunjukkan bahwa sampel cenderung memiliki nilai kedalaman lembah yang lebih besar dari pada ketinggian puncak.

Jika dilihat dari nilai Sz sampel Flour dengan perendaman selama 2 minggu nilainya paling tingga yaitu 1110 nm, hal menunjukkan bahwa jarak antara puncak dengan lembah pada sampel ini paling besar. Hal ini juga bisa mengindikasikan bahwa nilai kekasarannya paling tinggi.

IV.1. 3 Distribusi Fasa

Gambar IV. 3. Penampang Amplitude Backward dan Phase Backward Gigi di Bracket (a)Dengan Flour Selama 2 Minggu (b)Tanpa Fluor Selama 2 Minggu

(c) Dengan Fluor Selama 4 Minggu (d) Tanpa Fluor Selama 4 Minggu

Jika dilihat dari gambar penampang Amplitude Backward (Mengindaikasikan ketinggian) dan Phase Backward (Mengindikasikan komposisi fasa), maka dapat diketahui pada gambar Phase Backward (a) dan (c) keduanya memiliki perbedaan derajat warna yang signifikan dengan range nilai mencapai 100, hal ini mengindikasikan adanya senyawa yang berbeda didalam sampel. Hal ini menunjukkan bahwa dengan penambahan flour ada perbedaan komposisi kimia yang signifikan yang terbentuk diatas permukaan gigi. Namun hal ini tidak bisa diketahui dari gambar penampang Amplitude Backward.

Sedangkan pada gambar perendaman tanpa Flour (b) dan (c), keduanya tidak memiliki perbedaan derajat warna yang signifikan dengan range nilai hanya mencapai 20.

(a) (b)

(c) (d)

BAB V KESIMPULAN

Dari pengujian metalografi yang dilakukan, didapatkan kesimpulan, 1. Bahwa dengan penambahan fluor menyebabkan nilai kekasaran pada gigi

semakin tinggi.2. Semakin lama perendaman semakin rendah nilai kekasaran nya.3. Dengan penambahan Flour menunjukkan adanya komposisi senyawa yang

berbeda diatas permukaan gigi.

DAFTAR PUSTAKA

Angela, A. 2005. Pencegahan Primer Pada Anak Yang Berisiko Karies Tinggi. Maj. Ked. Gigi.(Dent. J.), Vol. 38. No. 3.

D., Zelvya P.R. 2003. Kesehatan Gigi dan Mulut. h ttp://beta.tnial.mil.id/cakrad_cetak

Lombardo, Marco.2010. Surface roughness of intraocular lenses with different dioptric powers assessed by atomic force microscopy. Elsevier Inc.

Z. YE & X. ZHAO. 2009. Phase imaging atomic force microscopy in the characterization of biomaterials. Institute for NanoBiomedical Technology and Membrane Biology. Chengdu Sichuan, China

Marco Lombardo, MD, PhD, Stefan Talu, PhD, Mihai Talu, PhD, Sebastiano Serrao, MD, PhD, Pietro Ducoli, MD. 2010. Surface Roughness Of Intraocular Lenses With Different Dioptric Powers Assessed By Atomic Force Microscopy. Published by Elsivier Inc.

R.R.L. De Oliveira, D.A.C. Albuquerque, T.G.S. Cruz, F.M. Yamaji and F.L. Leite1. 2012. Measurement of the Nanoscale Roughness by Atomic Force Microscopy: Basic Principles and Applications. Brazil: Federal University of São Carlos, Campus Sorocaba.