BAB-33333

8/17/2019 BAB-33333

http://slidepdf.com/reader/full/bab-33333 1/11

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 KOMPONEN SIMULASI

Dalam menjalankan simulasi adsorpsi hidrogen terhadap CNT, dibutuhkan

beberapa komponen penunjang berupa piranti lunak komputer yang mendukung pembentukan simulasi. Komponen penunjang tersebut adalah piranti lunak bernama

LAMMP, !yg"in, A#ogadro, dan $MD.

%.&.& LAMMPS

Piranti ini merupakan komponen utama dalam menjalankan simulasi adsorpsi

hidrogen terhadap CNT, karena piranti ini dapat membuat sebuah sistem pemodelan dari

berma!am ' ma!am jenis atom dan molekul untuk disimulasikan. Tentu saja piranti ini

dapat membantu membuktikan (enomena ' (enomena atom dan molekul yang selama ini

dilakukan se!ara eksperimental dengan menghabiskan "aktu, tenaga, biaya dan resiko

yang !ukup besar. Nama LAMMP merupakan akronim dari Large-scale

Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator , karena piranti ini diran!ang untuk

mensimulasikan banyak atom dan molekul dalam skala besar, baik dilakukan dengan satu

maupun dua processor. LAMMP didistribusikan oleh Sandia National Laboratories,

yaitu sebuah laboratorium US Department o !nergy "D#!$ atau Departemen )nergi

Amerika erikat. Pembiayaannya pun disokong oleh D*) dan instansi lainnya sehingga

penggunaan piranti ini pun tidak dipungut biaya. Tentunya piranti ini sangat berpotensi

untuk simulasi mengenai atom dan molekul di masa sekarang dan yang akan datang.

%.&.+ Cygwin

Piranti !yg"in merupakan piranti pendukung yang sangat penting dalam simulasi

ini, karena !yg"in merupakan perangkat yang dapat membantu piranti lunak lain yang

merupakan piranti dari #perating System Linu, sehingga dapat terba!a atau dapat

dijalankan di * -indo"s. Pada dasarnya piranti LAMMP merupakan piranti yanghanya dapat digunakan pada Linu, namun melalui !yg"in, piranti LAMMP dapat

dijalankan di komputer yang menggunakan * -indo"s.

8/17/2019 BAB-33333


%.&.% Avogadro

A#ogadro adalah sebuah piranti lunak komputer yang digunakan sebagai editor

dan #isualisasi dalam sebuah pembentukan simulasi atom dan molekul. Piranti ini

digunakan dalam kimia komputasi, pemodelan molekuler, bioin(ormatika, ilmu materialdan bidang lainnya. Penggunaan piranti ini pun tidak dipungut biaya, sehingga dapat

bebas diunduh oleh para pengguna. Dalam simulasi ini, piranti ini digunakan untuk

membuat koordinat model dari atom hidrogen. ehingga dapat digunakan dalam

simulasi.

%.&. VMD Vi!"a#i!a!i Mo#$%"#ar Dyna&i'!(

$MD adalah sebuah piranti lunak komputer yang diran!ang untuk pemodelan

dan #isualisasi dari sebuah simulasi, serta merupakan komponen untuk menganalisis

sistem ' sistem biologi, seperti protein, asam nuklida, dan lain ' lain. Penggunaannya

pun tidak dipungut biaya. Piranti ini tidak dapat menjalan simulasi se!ara langsung,

namun piranti ini dapat menerima output dari piranti lain untuk dapat di#isuaslisasikan

proses dan hasil simulasi tersebut.

3.) P*OSEDU* SIMULASI

%.+.& INISIALISASI KOO*DINAT

ebelum melakukan simulasi, maka harus diketahui seberapa banyak jumlah dan

jenis atom ataupun molekul pada simulasi yang akan dilakukan. elain itu bentuk CNTs

yang digunakan dan posisi koordinat atom ' atom pada saat a"al sebelum melakukan

simulasi atau saat t / 0. Dalam menginisialisasi koordinat, ada dua pembentukan

pemodelan koordinat atom yaitu pembentukan hidrogen dan pembentukan CNT. Kedua

pembentukan tersebut dilakukan pada piranti yang berbeda, dikarenakan memang

kapasitas (ungsi dari piranti yang berbeda.

%.+.&.& Pembentukan 1idrogenDalam pembentukan inisialisasi posisi koordinat atom dan molekul hidrogen

dilakukan pada piranti A#ogadro. Penyusunan posisi koordinat dibentuk seperti kubus,

hal ini semata ' mata dilakukan hanya sebagai sebuah sampel pemodelan agar dapat

8/17/2019 BAB-33333


memudahkan penulis dalam memindahkan posisi koordinat atom hidrogen pada #ariasi

simulasi yang berbeda.

Pada simulasi ini penulis membentuk sampel dua puluh molekul hidrogen atau

empat puluh atom hidrogen. Dengan jarak antar atom hidrogen sebesar 0,2 3.Kemudian nilai !ut o(( sebesar %.+, hal ini didasarkan pada re(erensi yang merujuk nilai

!ut o(( dari +.4 hingga %.+.

etelah didapatkan koordinat hidrogen, maka didapat output (ile dari A#ogadro

yang berisi koordinat atom ' atom hidrogen dalam sumbu , y, 5, koordinat ini pun dapat

diubah ' ubah atau digeser sesuai dengan kebutuhan simulasi saat digabungkan dengan

koordinat CNTs.

Ga&+ar 3.1 P$&+$n,"%an -idrog$n ada Avogadro

%.&.'.& Pembentu(an )N*

Dalam simulasi ini, pembentukan posisi koordinat CNT dialakukan pada piranti

$MD. Ada beberapa jenis parameter pada $MD untuk membentuk koordinat CNT, diantaranya adalah !hirality dan panjang CNT. 6enis !hirality yang dibuat adalah jenis

arm!hair 7&0,&08. edangkan panjang yang ditetapkan dibuat dalam tiga #ariasi, yaitu

#ariasi panjang &.&++, 4, dan 9 nm. etelah mengatur parameter yang dibutuhkan $MD

dalam membentuk CNT, maka dilakukanlah generate CNT, sehingga didapatkanlah

8/17/2019 BAB-33333


koordinat ' koordinat atom CNT se!ara otomatis dan didapatkan hasil seperti gambar di

ba"ah ini:

Ga&+ar 3.) Vi!"a#i!a!i ada VMD

%.&.'.% Penggabungan +oordinat

etelah didapatkan output koordinat dari A#ogadro dan $MD, maka dapat

digabungkan koordinat ' koordinat atom hidrogen dan CNT untuk dimasukkan dalam

input s!ript. Penggabungan koordinat dilakukan pada )!el se!ara manual. Ketika

hidrogen dan CNT dapat bersatu, dengan begitu dapat menyesuaikan apakah posisi

hidrogen sudah tepat di dekat CNT atau berada jauh dari area CNT.

%.+.+ P$&+$n,"%an Input Script

nput script LAMMP merupakan in(ormasi yang harus diberikan sebelum

simulasi, berupa (ile notepad ;;. <n(ormasi ini berguna untuk mende(inisikan atom dan

molekul beserta posisinya, sekaligus memberikan parameter ' parameter yang

dibutuhkan untuk men!iptakan sebuah kondisi yang dinginkan. Konten input script pada

LAMMP terdiri dari empat bagian penting yang harus diperhatikan, diantaranya sebagai berikut :

&. nitialiation, merupakan pengaturan parameter a"al dalam simulasi. Parameter '

parameter yang perlu ditentukan dalam pengaturan a"al yaitu unit, dimensi,

boundary, atom=style, neighbor, dan neigh=modi(y. Contohnya :

8/17/2019 BAB-33333


dimension %

boundary p p p

atom=style (ullneighbor 0.% bin

neigh=modi(y delay 4

Dimension menjelaskan tentang jeins dimensi simulasi yang akan kita lakukan,

pada simulasi ini tertulis tiga, artinya simulasi kali ini dijalankan dengan tiga

dimensi. >oundary merupakan perintah yang menjelaskan tentang si(at batasan

dalam kotak simulasi, si(at boundary kali ini 7p p p8 menjelaskan bah"a si(at

boundary pada batas , y, dan 5 adalah periodik "periodic$ artinya atom dalam

simulasi dapat menembus batas boundary sehingga dapat berpindah dari sisi satu

ke sisi lainnya. Atom style di atas menggunakan jenis (ull, artinya jenis kuantitas

yang perlu di!antumkan adalah molekuler dan muatan.

+. Atom de(inition, merupakan bagian pengaturan untuk mende(inisikan jenis atom,

jumlah atom, jumlah atom dan molekul, jumlah ikatan, dan posisi a"al koordinat

atom. Pende(inisian ini tidak dalam input script , karena banyaknya in(ormasi yang

diberikan dalam atom de(inition maka pemberian in(ormasinya berupa lampiran

(ile terpisah. Pad input script , perintah yang diberikan yaitu read=data, perintah ini

akan memanggil nama lampiran yang berisikan atom de(inition yang sudah dibuat,

berupa .dat (ile. Contohnya : read=data kubuslama.dat

Posisi a"al koordinat atom ' atom dalam lampiran atom de(inition merupakan hasil

penggabungan koordinat hidrogen dari piranti A#ogadro dan koordinat CNTs dari $MD.

etelah digabungkan dalam (ile notepad;; berupa dat (ile, maka lampiran siap digunakan

dalam simulasi. edangkan !ontoh dari isi lampiran atom de(inition sebagai berikut :

? Lammps input (ile (or !arbon nanotube

&%@0 atoms

+0 bonds

8/17/2019 BAB-33333


0 angles

0 dihedrals

0 impropers

+ atom types& bond types

%%.000 %%.000 lo hi

%9.000 %9.000 ylo yhi

40.000 &04.0005lo 5hi

Masses

& &.0

+ &+.0

Atoms

& & + 0.0 @.220 0.000 0.000

+ & + 0.0 @.@+% &.09 0.000

% & + 0.0 @.%B +.0B+ &.++9

& + 0.0 4.9@% %.%94 &.++9

4 & + 0.0 4.22 %.B90 0.000

..

&%&B & + 0.0 @.%B +.0B+ 2B.9++

&%+0 & + 0.0 @.2%% 0.209 2B.9++

&%+& + & &.0 .000 .000 +.000

&%++ % & &.0 .000 .000 4.000

&%%B +0 & &.0 +.000 +.000 4.000

&%0 +& & &.0 &.000 +.000 9.000&%& + & &.0 %.292 .000 +.000

&%+ % & &.0 %.292 .000 4.000

&%4B +0 & &.0 +.+&% +.000 4.000

8/17/2019 BAB-33333


&%@0 +& & &.0 0.292 +.000 9.000

>onds

& & &%+& &%&+ & &%++ &%+

% & &%+% &%%

&2 & &%%2 &%42

&9 & &%%9 &%49

&B & &%%B &%4B

+0 & &%0 &%@0

>aris pertama, tertuliskan &%@0 atom, menjelaskan bah"a simulasi ini terdiri dari

&%@0 atom. Memiliki dua puluh ikatan molekul hydrogen. Terdapat + jenis tipe atom,

yaitu hidrogen dan karbon. atu jenis ikatan, yaitu ikatan hidrogen. Di ba"ah jenis ikatan

terdapat batas koordinat dari nilai , y, dan 5 paling rendah hingga koordinat , y, dan 5

paling besar. elanjutnya adalah jenis massa, baris satu menjelaskan tipe satu yaitu

hydrogen dengan besar massa &.0, sedangkan nomor dua adalah massa karbon sbesar &+.

Kemudian di ba"ah keterangan massa terdapat keterangan koordinat atom.

Dimana kolom pertama, menjelaskan tentang nomor identitas masing ' masing atom.

Kolom kedua adalah kolon yang menjelaskan nomor identitas ikatan tiap molekul yan

ada di simulasi. Kolom ketiga adalah keterangan tentang jenis atom yang menjelaskan

apakah nomor atom tersebut adalah atom jenis hidrogen atau karbon. edangkan kolom

keeempat adalah besar muatan paa masing ' masing atom dan setelah itu atiga kolom

menjelaskan tentang posisi atom dalam kotak simulasi pada aat inisialisasi dengan urutan

, y, 5. Di ba"ah keterangan atoms, terdapat keterangan tentang bonds. Pada bagian ini

menjelaskan <D ikatan setiap molekul hidrogen dan pasangan antar masing ' masing

molekul hidrogen sesuai dengan nomor atomnya.%. ettings, merupakan bagian tentang pengaturan koe(isien ikatan, parameter '

parameter kondisi simulasi yang diinginkan, dan output. Contoh perintah

pengaturan ko(eisien yaitu pair=!oe((, bond=!oe((, angle=!oe((, dihedral=!oe((,

improper=!oe((, kspa!e=style, diele!tri!, spe!ial=bonds.

8/17/2019 BAB-33333


Pengaturan #ariasi simulasi dijelaskan dengan perintah ' perintah seperti neighbor,

neigh=modi(y, group, timestep,reset=timestep, run=style, min=style, min=modi(y. ntuk

kondisi batas, integrasi "aktu, dan pilihan diagnosti! dijelaskan dengan perintah (i.edangkan #ariasi jenis perhitungan dijelaskan dengan perintah !ompute,

!ompute=modi(y,dan #ariable. elain itu, *utput diperintah dengan thermo, dump, and

restart. >erikut adalah !ontoh setting digunakan dalam input script LAMMP :

?kspa!e=style e"ald &.0e+

bond=style harmoni!

bond=!oe(( & &+.0&& 0.+4

Pada baris kspa!e style menunjukkan standar untuk menggunakan potensial

Lennard ' 6ones dalam perhitungan interaksi antar molekul dan nilai &0 + adalah nilai

konstanta pada potensial harmoni!. >ond=style menunjukkan perintah harmoni! bah"a

simulasi ini menggunakan potensial harmoni! dalam perhitungannya. >eris selanjutnya

menjelaskan nilai koe(isien ikat hidrogen dan nilai jarak hidrogen dalam satuan L6.

Pengunaan tanda kres 7?8 di a"al bukan merupakan perintah untuk command pada baris

tersebut, sehingga tidak berpengaruh dalam simulasi. 1anya sebagai keterangan.

? L6 potentials

pair=style ljE!utE!oulE!ut %.+

pair=!oe(( & & &.0 &.0

pair=!oe(( + + 0.2%2 &.&@@

pair=!oe(( & + 0.949 &.09%

Pair style menjelaskan bah"a simulasi ini menggunakan potensial L6, satuan L6,

dan menggunakan Faya Coulomb dalam inteaksi antar atom. Pair !oe(( menjelaskan dua

kolom pertama adalah interaksi antar jenis atom. eperti baris pertama menjelaskan

hubungan antara atom jenis & dan atom jenis &, baris kedua hubungan antara atom jenis +

8/17/2019 BAB-33333


7karbon8 dan atom jenis jenis + pula 7karbon8. edangkan baris ketiga interaksi antara

atom jenis & 7hidrogen8 dan atom jenis + 7karbon8.

Pada kolon ketiga menjelaskan tentang nilai epsilon 7G8.atom yang dibagi dengan

epsilon hidrogen. <nteraksi & & nilai sigmanya tetap &.0, karena nilai epsilon hidrogendibagi dengan nilai epsilonnya sendiri. edangkan pada interaksi + dan +, nilai epsilon

karbon dibagi dengan epsilon hidrogen, sehingga dihasilkan nilai &.&@@. >erbeda dengan

interaksi & dan +, nilai epsilon hidrogen dikalikan dengan nilai epsilon karbon kemudian

hasilnya diakarkan Kolom keempat mekasinme nya sama dengan kolom ketiga namun

bukan epsilon melainkan nilai sigma

Pada kolom keempat pair=!oe(( menjelaskan nilai sigma 7H8 suatu jenis atom

yang dibagi dengan sigma hidrogen. Pada interaksi & & nilai epsilonnya tetap &.0, karena

nilai sigma hidrogen dibagi dengan nilai sigmanya sendiri. edangkan pada interaksi +

dan +, nilai sigma karbon dibagi dengan sigma hidrogen, sehingga dihasilkan nilai 0.2%2.

>erbeda dengan interaksi & dan +, nilai sigma hidrogen dijumlahkan dengan nilai sigma

karbon kemudian hasilnya dibagi dua.

? De(ine groups

group !nt type +

group hyd type &

?<nitial #elo!ities

!ompute mobile hyd temp

#elo!ity hyd !reate 0.+@%&@ 9+29 temp mobile

(i & all n#e

(i + hyd tempEres!ale &00 0.+@%&@ 0.+@%&@ 0.0+ &.0(i=modi(y + temp mobile

? tati! nanotube and metal

#elo!ity !nt set 0.0 0.0 0.0 units bo

(i % !nt set(or!e 0.0 0.0 0.0

8/17/2019 BAB-33333


(i !nt a#e(or!e 0.0 0.0 0.0

Angka 0.+@%&@ menjelaskan tentang temperature yang digunakan dalam simulasi ini.

Temperaturnya adalah &0 K diubah ke dalam satuan L6. Cara pengubahan satuan < ke

satuan L6 ada dalam manual LAMMP. 7Aidan Thompshon, +00%8. un a simulation, simulasi dinamika molekul dijalankan dengan menggunakan

perintah run. Contoh dari parameter ' parameter yang berada di dalam run, sebagai

berikut :

? Iun

timestep 0.00&

thermo &000

thermo=style !ustom step atoms temp pe ke eng e#d"l

thermo=modi(y temp mobile

dump mydump all atom &0 dump.!ntpanjang%run &0000

run +4000

print JKAMPI)T*J

Time step berguna untuk nilai kelipatan dalam run simualasi. emakin ke!il nilai

run semakin detail proses simulasi. Perintah thermo menjelaskan tentang pen!atatan

parameter kondisi kotak simulasi, jadi setiap kelipatan &000 maka akan mun!ul nilai '

nilai yang diinginkan, sebagaimana dijelaskan pada thermo=style yaitu temperature,

energi potensial, energi kinetik, energi total dan energi #ander "aals.

%.+.% Running Progra&

Ketika input script dan lampiran atom de(inition sudah siap, maka siap dijalankan

simulasi dengan menggunakan LAMMP. imulasi dijalankan program Cyg"in

kemudian ketik perintah LAMMP dengan mnyebutkan nama input script yang sudah

dibuat. Contoh :M.ahdiMahdiPC

? lmp="in=nompi.ee in.skripik=ne"

%.+. Vi!"a#i!a!i

8/17/2019 BAB-33333


etelah simulasi berjalan pada panel Cyg"in, maka akan mun!ul dump (ile dari

simulasi tersebut. Kemudian membuka program $MD untuk menjalankan #isualisasi dari

hasil simulasi tersebut. >erikut adalah !ontoh #isualisasi dari $MD :

Gambar 3.3 Contoh Hasil Visualisasi

Documents

BAB-33333