Nanopartikel, nanosains, nanoteknologi

Dosen : Dr. Yetria Rilda

TIO PUTRA WENDARI1530412008

Nanosain dan Teknologi

Pascasarjana Universitas Andalas

Jurusan KimiaPadang2016

Efek Ukuran Nano Terhadap Sifat Material

Nanosains - Nanoteknologi

NanoScienceDidefinisikan sebagai studi fenomena dan manipulasi material pada skala atomik, molekuler dan makromolekuler dimana sifatnya berbeda secara signifikan daripada material pada skala besarnya

Nanoteknologi Didefinisikan sebagai desain, karakterisasi, produksi dan aplikasi pada aplikasi struktur alat dan sistem dengan mengontrol

Mengapa sifat-sifat pada nanomaterial berbeda ??

Ada 2 faktor prinsipnya menyebabkan sifat dari nanomaterial berbeda secara signifikan dengan material lain :1. Peningkatan area permukaan spesifiknya2. Efek Quantum confinement

Faktor-faktor ini dapat mengubah atau meningkatkan sifat-sifat seperti :reaktivitas, kekuatan dan sifat listriknya.

Nanopartikel sangat menarik karena sifat barunya (seperti reaktivitas kimiawi dan sifat optik) yang ditunjukkan dibandingkan dengan partikel yang lebih besar dari material yang samaSebagai contoh : TiO2 dan ZnO menjadi berwarna bening pada skala nano dan dapat diaplikasikan sebagai sunscreensNanopartikel juga dapat disusun menjadi lapisan pada permukaan, menyediakan area spesifik yang besar dan meningkatkan aktivitasnya seperti pada aplikasinya untuk katalis

Nano material memiliki sifat yang berbeda dari material bulknya. Kebanyakan material dengan struktur nano berupa kristalin alaminya dan memiliki sifat yang unik

Sifat fisika Struktur kristal dari nanopartikel sama dengan struktur bulknya dengan parameter kisi yang

berbeda Jarak antaratomik berkurang seiring naiknya ukuran diakrenakan oleh gaya elektrostatik jarak

jauh dan daya tolak antar inti jarak dekat. Titik leleh dari nanopartikel menurun seiring meningkatnya ukuran

Nanomaterial

Sifat kimiawi Struktur elektronik dari nanopartikel bergantung pada ukuran dan kemampuan dari

nanopartikel tersebut untuk bereaksi bergantung pada ukuran klaster Luas permukaan yang lebih besar dibandingkan rasio volume dari nanopartikel memiliki

efek yang besar terhadap sifat katalitik.

Electrical properties Struktur elektronik dari nanomaterial berbeda dari material bulknya. Densiti tingkat energi pada pita konduksi berubah. Saat jarak energi antara 2 level energi lebih daripada KBT , E gap terbentuk. Nanoklaster dengan ukuran yang berbeda akan memiliki struktur elektronik yang

berbeda dan pemisahan level energi yang berbeda Potensial ionisasi pada ukuran nano lebih besar daripada material bulknya.

Suatu partikel dengan diameter antara 1-100 nanometer (109 meter) atau memiliki 10-106 atom/molekul per partikelnya.

Nanopartikel umumnya memiliki sifat-sifat seperti :1. Memiliki luas permukaan yang besar dengan volume yang kecil2. Memiliki partikel yang lebih reaktif3. Memiliki sifat yang berbeda dibandingkan ukuran bulk nya4. Umumnya membentuk sebuah kluster.

Nanopartikel

Klasifikasi nanomaterial• Kumpulan unit (atom atau molekul) yang terdiri dari 50 unit. Cluster• Cairan stabil yang menggandung partikel berukuran 1-1000

nm.Colloid• Padatan yang berukuran 1-1000 nm.Nanoparticle• Padatan yang berbentuk singel kristal berukuran nano.Nanocrystall• 3D : partikel ; 2D: lapis tipis ; 1D: kawat tipis Nanostructura

l• Sama dengan material nanostruktur.Nanophase• Partikel yang menunjukkan pengaruh ukuran setidaknya

dalam 1D Quantum dot

Ukuran nano dari suatu material sangat berpengaruh terhadap sifat material tersebut, antara lain :

1. Luas permukaan2. Atom Pada Permukaan3. Reaktivitas4. Sifat Elektronik5. Efisiensi Fotokatalitik

Efek Nanopartikel

Hampir semua bidang dalam kedokteran, elektronik, fashion, dll sangat bergantung pada bidang nanoteknologi.

Salah satu konsep penting dalam memahami nanopartikel melibatkan rasio luas permukaan : volume.

Saat sebuah objek semakin besar, peningkatan ukuran permukaannya tidak sebanding dengan peningkatan volumenya, begitu sebaliknya. Hal ini sangat berpengaruh pada reaksi katalisis

1. Luas Permukaan

Dengan volume material yang sama, material nanopartikel memiliki luas permukaan tang jauh lebih besar.

Faktor ini sangat berpengaruh dalam kerekativan dalam aplikasi

Persen efektif dari permukaan atom sebagai fungsi dari diameter partikel.

Ukuran partikel persen dispersi dari atom logam pada permukaan, sebagai sisi aktif reaktan. Berperan penting dalam bidang katalis

Atom pada permukaan material nano akan tersusun lebih banyak dan rapat sehingga

akan berpengaruh dalam sifat material terutama fotokatalis.

2. Atom Pada Permukaan

3. Reaktivitas - Quntum Well

Bentuk energi pada permukaan jika atom pada permukaan bulk akan

memiliki permbedaan dengan reaktivitas permukaan dengan banyak atom yang tersusun pada nanopartikel

Hamiltonian: penjumlahan dari total energi kinetik dari seluruh partikel, serta energi potensial dari partikel-partikel yang berkaitan dengan sistem.Biasanya dinyatakan per unit volumeHamiltonian suatu elektron di dalam padatan:

Keterlibatan interaksi interatomic yang meningkatkan level energi single-atom energy band ketika single atom bulk solid

Hamltonian dan Energi Gap

Salah satu efek paling langsung mengurangi ukuran bahan untuk rentang nanometer adalah munculnya efek kuantisasi karena confinement gerakan elektron.

Ini menyebabkan energi level akan memiliki ciri tersendiri dengan adanya faktor ukuran nano

Efek ukuran nanopartikel akan mempengaruhi efek struktur, termodinamika, elektronika, spektroskopi, elektronik, atau sifat kimia lainnya.Efek ukuran nanopartikel dapat dilkasifikasikan menjadi 2 :1. Efek ukuran spesifik, seperti jumlah atom dalam

kluster metal.2. Efek ukuran nanostruktur yang lebih besar.

4. Sifat Elektronik

Disamping merupakan kurva jumlah atom Fe dari nanopartikel spherical pada permukaan dan bulk(interiornya) Disini terlihat bahwa keunggulan dari

nanopartikel terletak pada jumlah atom Fe berukuran 1-5 nm pada permukaannya yang sangat tinggi, yang notabene merupakan atom yang akan menjadi katalisator dari suatu reaksi

Ukuran partikel Fe pada permukaan yang semakin kecil memungkinkan semakin banyak atom Fe yang mampu mengkatalisis reaksi

Ukuran nanopartikel yang kecil juga meningkatkan reaktivitas dari nanopartikel itu sendiri.

5. Efisiensi Fotokatalis

Bentuk Partikel(a) Nanokristalin MgO(b) Mikrokristalin MgO(c) MgO bulk

.... Lanjutan (efek bentuk dalam fotokatalis)

Semakin nano ukuran suatu katalis, maka akan semakin banyak permukaan (sisi aktif) yang berperan dalam reaksi katalitik tersebut.Fotokatalis/ katalis yang berukuran nano lebih menguntungkan dikarenakan luas permukaan yang lebih besar.

Medis• Seng oksida sebagai campuran dengan +

0.5% iron (III) oksida (Fe2O3) disebut kalamina dan digunakan di dalam berbagai jenis obat kulit sifat antimikroba

• Drug delivery vehiclesDengan ukuran nano, dinilai lebih efisien dalam transport obat ke sumber penyakit.Tabir surya menghalangi sinar UV-A (320-400 nm) / UV-B (280-320 nm) – melindungi kulit dan mencegah kanker kulit

Industri PolimerSekitar 50% dari ZnO digunakan dalam industri polimer. Proses vulkanisasi karet ban mobil meningkatkan konduktivitas bahan (ban) dan anti bakteri-jamur (tekstil)Nanopartikel ZnO Semakin banyak partikel nano ZnO pada permukaan Peningktakan efek konduktivitas dan anti

Aplikasi NanomaterialNanomaterial sangat menarik untuk dikembangkan lebih lanjut, dikarenakan sifatnya yang berbeda dengan material ukuran bulk-nya. Beberapa aplikasi dalam dunia industri dari nanomaterial :

Source : Small wonder Nanotechnology and cosmetic

Agen pengcoatinganCat anti korosi pada logam Campuran warna cat/ lukisan yang lebih beragam Nanoscale terhadap emisi.

SensorPendeteksian perubahan arus listrik adanya absorpsi molekul gas pada permukaan nanorod respon sensor menghasilkan data.Deteksi gas Hidrogen hingga 10 ppm

PiezoelektrisitasKemampuan kristal untuk merenggang sehingga menghasilkan energi listrik dikarenakan susunan atom yang rapat pada permukaan nanomaterial.

KosmetikCampuran ZnO sebagai bahan make up, sabun pasta gigi, deodoranSemakin besar ukuran (mikro), ZnO terlihat semakin putih Ukuran nanopartikel warna menjadi transparant (natural).

Anti bakteria agent, sunblock, dll

Nano

Lanjutan...

Tio Putra Wendari1530412008KimiaDosen : Dr. Yetria Rilda, MS

Nanostruktur Oksida Pada Fotokatalis

Sebuah semikonduktor dapat mengalami proses eksitasi elektron dengan adanya energi cahaya yang lebih tinggi dibandingkan energi gap, dan banyak membentuk pasangan elektron-hole.

Photo-Induced

Fotokatalis FotoelektrokemikalFotoelektrikFotovoltaik

Adanya Proses kimia yang “dikatalisis” oleh material padatan yang diberikan energi berupa gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang UV hingga Sinar tampak.

Semikonduktor

Fotokatalis

Absorpsi Cahaya Difusi Rekombinan

Degradasi

Perangkapan muatan

Initial Step Absorpsi

Photo-Induced

Material padatan

Foton (hv)UV-Vis

Absorpsi

Scattering

Pengaruh Ukuran nanokristal terhadap Strukutral dan Sifat Elektronik dari fotokatalis.

Pengaruh Nanostruktur pada proses ”Initial Step” dari reaksi fotokatalis dan pengaruh ukuran partikel dan bentuk morfologi terhadap pengukuran katalitik.

Elektronik

Semikonduktor memiliki perbedaan energi valensi dan pita konduksi, sebesar 1-3.5 eV

Tahapan reaksi pada semikonduktor :1. Penyerapan foton dengan energi yang sama atau

lebih besar dari celah pita dari semikonduktor (misalnya, 3,2 eV untuk TiO2)

2. Menghasilkan sepasang pembawa muatan, yaitu elektron-hole (e / h +) pasangan.

Foto-katalitik semikonkonduktor biasanya oksida, Seperti : TiO2, ZnO, WO3, CeO2, orAxByOz, tetapi juga sulfida, MoSx, WSx, atau BiSx, atau nitrida, TaNx, SiNx, atau GEnx.

Semikonduktor

Dalam proses fotokatalitis, Generation satu elektron terkestasi pada pita valensi (VB) akan membentuk hole. Hole dan elektron akan mengalami transfer muatan dengan spesies absorben pada permukaan semikonduktor dengan pembentukan radikal yang akan mebgoksidasi senyawa organik atau mereduksi senyawa logam.Rekombinan Proses kembalinya elektron dan bergabung dengan hole pada pita valensi, umumnya menghasilkan radiasi (sinar).

Dieperlukan masa hidup elektron dan hole yang lama Proses traping elektron dan holeMekanisme reaksi :

Dn+ + e−cb → D(n−1)+ electron trapping

Dn+ + h+vb → D(n+1)+ hole trapping

• Intrinsik vacancy Oxygen pada nanostruktur oksida

• Ekstrinsi Penambahan dopant/ impuritis

E- dan h+

Sintesis OrganikOksidasi hidrokarbon rantai lurus dan siklik

Degradasi polutanMineralisasi senyawa organik

Disinfektan/destruksi dari material biologiDetoksifikasi senyawa anorganik dan removal

ion Reaksi Spesial

Fotofiksasi NitrogenFotoreduksi CO2

Fotospliting air untuk produksi H2

Proses Elektronik pada semikonduktor

Area Riset Fotokatalis

Fotokatalis yang baik memiliki sifat : Fotoaktif Dapat menyerap sinar UV/Visible Inert terhadap reaksi kimia/biologi Murah Nontoksik

StrukturElektronik

Luas PermukaanSisi aktif

Pengaruh ukuran kristal dari semikonduktor

Karakteristik Morfologi (bola, elips, jarum, prismatik, dan batang) sangat mempengaruhi aktivitas fotokatalitik

Karakteristik Fotokatalis

Pengaruh ukuran partikel terhadap fotoreaktivitas semikonduktor dengan adanya 2 pendekatan:(1) Dijelaskan bahwa peningkatan yeild kuantum ketika ukuran partikel menurun. Efek ini bisa

berhubungan dengan luas permukaan yang meningkat dari partikel yang diameter lebih kecil atau ke potensial redoks disempurnakan pita konduksi elektron, dan mungkin karenakonsentrasi situs permukaan jenuh

(2) Kenaikan yield kuantum sebagai ukuran partikel menurun karena harga rekombinasi elektron-lubang di permukaan yang lambat karena meningkatkan pemisahan pengisi foto yang dihasilkan (334). Juga, efek ini bisa disebabkan permukaan kepadatan spesiasi dan permukaan cacat, yang sangat terkait dengan metode persiapan (335.336).

Penelitian-penelitian terbaru menyarankan Keberadaan ukuran partikel optimum untuk reaksi fotokatalitik, dengan adanya efek ukuran partikel efektif pada penyerapan cahaya dan efisiensi hamburan, rekombinan pembawa muatan, dan luas permukaan.

Kaitan Ukuran Dengan Efek Fotokatalis

Ukuran partikel memegang peranan penting terhadap sifat-sifat struktur dari berbagai material., seperti simetri kisi dan parameter sel. ketika ukuran partikel menurun, jumlah atom permukaan dan atom antarmuka meningkat, menghasilkan regangan / stres dan gangguan struktural.

Contoh efek ukuran yang mempengaruhi reaksi fotokatalis : Fasa kristalin Sifat/jumlah pusat defek Cacat sangat diperlukan dikarenakan memiliki sifat perangkap (elektron/hole) atau sebagai pusat rekombinasi. Permukaan kimia Sangat berpengaruh dakam transfer muatan ke molekul dan efisiensi proses generation dari elektron dan hole.

Efek Ukuran Pada Struktur

Efek ukuran pada struktur dan stabilitas dari partikel berhubungan dengan keseimbangan energi antara permukaan dan bulk.

Pusat Defek

Reaksi fotokatalis dimulai dengan penyerapan foton dan diikuti generasi pasangan elektron-hole. Elektron dan hole ini dapat berekombinan secara cepat pada ukuran bulk.CACAT PADA STRUKTUR dapat berperan sebagai “trapping center” tergantung pada lokasi cacat.Ukuran partikel nano dapat berkontribusiuntuk rekombinasi muatan terperangkap sendiri, karena kedekatan spasialpusat perangkap permukaan. Mereka tertarik dengan gaya elektrostatik, menghindaristabilisasi pemisahan muatan.

Seperti pada TiO2

Penangkap elektron pada semikonduktor TiO2 berupa ion Ti4+ dana kekosongan oksida.Ion Ti4+ dapat dibagi menjadi 2 tipe sisi penangkap : Pada dalam nanopartikel Pada permukaan nanopartikel

Ion Ti4+ berinteraksi dengan elektron eksitasi untuk memebentuk Ti3+. TiIV−OH + e−

cb → TiIII−OH (17.8) TiIII−OH + h+

vb → TiIV−OH

Defek Sebagai Penangkap Elektron

Absorption of Light: Charge SeparationPenyerapan cahaya dengan energi yang lebih tinggi dibandingkan band gap akan

menyebabkan eksitasi/ pemisahan elektron ke pita konduksi (CB), menghasilkan hole pada Pita Valensi (VB).

MOx + hν → MOx(e−cb + h+vb)MOX = semikonduktor

Interaksi Cahaya dan Materi

Adanya efek “quantum confinement” proses penyerapan cahaya memiliki ciri tersendiri tergantung pada ukuran partikel semikonduktor.

Band gap behavior versus size for TiO2, ZnO, and MoS2 materials.

Quantum Confinement

A.Proses Fotokatalis : Pada proses ini dihasilkan spesies aktif radikal melalui reaksi kimia dengan bantuan penyinaran.

TiO2 + hv TiO2 + hVb

+ + ecb-

hVb+ + >Ti(IV)OH

[>Ti(IV)OH●]+ ecb

- + >Ti(IV)OH [>Ti(III)OH]

[>Ti(IV)OH●]+ + Red [>Ti(IV)OH●]+ + Red●

ecb- + Ox

[>Ti(IV)OH + Ox●-

B. Radikal bebas yang dihasilkan dari reaksi fotokatalis akan menyerang senyawa organik target dengan jalan memutus ikatan rangkap yang ada senyawa organik seperti zat warna, bakteri, dan jamur.

Mekanisme Degradasi Oleh Fotokatalis (TiO2)

Reaksi dari trapping e- dan h+

Mn+ + e−cb −→ M(n−1)+ electron

trapping Mn+ + h+

vb −→ M(n+1)+ hole trapping

Perlakuan trapping pada elektron/hole saja tidak efektif karena spesies muatan yang ditangkap akan segera berekombinasi dengan pasangan spesies muatannya

Meningkatkan waktu hidup dari charge carrier

Menghindari proses rekombinasi

Pendopingan semikonduktor

Mampu melakukan trapping e- dan h+

Kemampuan ion dopan sebagai penangkap muatan bergantung kepada:Konsentrasi dopanLevel energi pada kisi semikonduktorKonfigurasi elektronik d dan fDistribusi antarpartikelKonsentrasi donor elektronKation dopan yang melakukan trapping akan mengganggu keseimbangan konfigurasi elektroniknya, menyebabkan ketidakstabilan

Difusi dan Trapping Muatan

Elektron dan hole yang terbentuk dilibatkan dalam reaksi kimia stelah terjadinya transfer muatan pada permukaan.Porses trapping dan transfer muatan harus bersaing lebih dulu terjadi dibandingkan proses deeksitasi /relaksasi yang menyebabkan rekombinan muatan.

Rekombinasi Elektron-hole

Transfer muatan ke permukaan

2 Tahapan proses setelah pembentukan muatan

Fate of Trapped Charge Species

Proses relaksasi/ rekombinasi suatu material semikonduktor akan menghasilkan energi dalam bentuk radiasi/panas .

e−cb + h+vb −→ MOx + energy (17.28) e−Tr + h+vb −→ MOx + energy (17.29) e−cb + h+Tr −→ MOx + energy (17.30) e−Tr + h+Tr −→ MOx + energy

Dimana CB = pita konduksI, VB = Pita valensi, Tr = muatan terperangkap

Rekombinasi Elektron - Hole

Dalam reaksi kimia fotokatalis, pembawa muatan harus melakukan kontak dengan molekul gas/ cairan untuk terjadinya proses degradasi atau transfromasi kimia. Transfer

Pada reaksi fotokatalis oksigen akan selalu hadir sebagai media reaksi sebagai akseptor elektron utama. Elektron ditransfer ke molekul oksigen pada permukaan katalismenghasilkan superoksida atau hidrogen peroksida radikal.

Transfer Muatan Ke Permukaan

Pendeposisian logam mulia (Pt, Au, Ag dll) pada permukaan semikonduktor dapat meningkatkan efisiensi fotokatalitik dengan bertindak mirip seperti Pendeposisian juga meningkatkan laju transfer elektron ke oksigen dan meningkatkan nilai hasil kuantumJumlah deposit yang terlalu banyak akan menurunkan efisiensi dan mengurangi jumlah cahaya yang masuk akibat efek UV shielding pada logam muliaNilai peningkatan efisiensi fotokatalitik terhadap pelapisan logam dapat dihitung dengan rumus dibawah:

Efek Pelapisan Logam Pada Semikonduktor

𝐸 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟=𝐿𝑎𝑗𝑢𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝐿𝑜𝑔𝑎𝑚𝑀𝑢𝑙𝑖𝑎𝐿𝑎𝑗𝑢𝑅𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑡𝑎𝑛𝑝𝑎 𝐿𝑜𝑔𝑎𝑚𝑀𝑢𝑙𝑖𝑎

Oksida campuran yang terdiri dari semikonduktor yang didispersikan kedalam support inert seperti silika, alumina atau zirkonia telah dibuat

Support pada semikonduktor dilakukan agar semikonduktor lebih stabil dan memiliki luas permukaan yang besar.

Dispersi TiO2 pada silika terbukti menstabilkan fasa anatase TiO2

Heterojucntions merupakan campuran dari 2 semikonduktor yang memiliki level energi dan nilai bandgap yang berbeda agar memiliki efek sinergis terhadap proses fotokatalitik

Oksida Campuran dan Heterojunction

Logam transisi seperti V, Nb dan Ta pada tingkat oksidasi tertingginya dpaat membentuk klaster anion logam-oskigen yang disebut sebagai polioksometalat (POM)/polioksoanion

Klasifikasi POM adalah:

Senyawa isopoli dengan rumus umum MxOq-y, dihasilkan melalui kondensasi asam dari MoO2-4/WO2-4 murni

Contoh: MO7O6-24

Senyawa heteropoli dengan rumus umum AqMxOq-y, dihasilkan melalui kondensasi asam dari MoO2-4/WO2-4 dan suatu heteroatom (A = P, Si, As dll)

Conth: PW12O3-40

Senyawa heteropoli yang mengandung rasio campuran Mo:W yang berbeda dari MoO2-4/WO2-4 dan suatu heteroatom

Contoh: P2W15Mo3O6-62

POM yang disubstitusi dengan logam transisi dengan mensubstitusi Mo dengan logam transisi dan ligan

Contoh: [PW11O39Mn(H2O)6-

POM merupakan oksidan yang efektif yang mnunjukkan trasnformasi redox multielektron yang berlangsung cepat dan reversible pada kondisi biasa

Polioksometalat

Aplikasi Nanomaterial Semikonduktor

~ Tekstil TiO2 ~

Preparation Of Multifunctional Cationized Cotton Fabric Based On Tio2 NanomaterialsA. Farouk, S. Sharaf∗, M.M. Abd El-HadyNational Research Center, Textile Research Division, Dokki, Cairo, Egypt

Degradasi Metilen Biru (Self-Cleaning)C16H18N3SCl + 51/2 O2 HCl + H2SO4 + 3 HNO3 + 16 CO2 + 6 H2OAnti-mikrobaAnti UVAnti air

Fotokatalis

Egap Konduktor : 0 – 1 eV Semikonduktor : 1 – 3 eV Isolator : > 4 eV

Nano-TiO2

Katun Multifungsi(Non-Toksik)

Fotokatalis

• Efek penyebaran pembawa muatanSemakin kecil ukuran partikel, meningkatakan efesiensi fotokatalis semakin sedikit waktu yang diperlukan untuk “photo-induced electrons” tersebar dari kristal ke permukaan substrat yang mengurangi kemungkinan rekombinan elektron dan hole.• Efek luas permukaanPeningkatan luas permukaan dengan penurunan ukuran partikel akan meningkatkan aktivitas katalis. Peningkatan disebabkan adanya penambahan permukaan reaktif untuk adsorpsi substrat.• Coupled-PhotocatalystMeningkatkan pemisahan muatan sehingga memperpanjang energi pemisahan fotokatalis

TiO2

Bahan :• Kain katun (100%) 2x2 cm• 3-Chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride (Quat 188)• Diallyl dimethyl ammonium chloride (DADMAC)• 1,2,3,4-butane tetracarboxylic acid (BTCA)• Stearic acid• Ethanol• Sodium hypophosphite (SHP)• SiO2 nanoparticles• Titanium Dioxide P25 (campuran fasa anatase/rutile)

Material

Kain katun• Dikationisasi menggunakan metode pad-

batch menggunakan 20 g/L Quat-188 dan 8 g/L NaOH

(Dilakukan untuk DADMAC – NaOH)

Fig. 1. Chemical structures of Quat-188 and DADMAC.

Kain katun terkationisasi

• Ditempatkan dalam kantong tertutup selama 24 pada suhu ruang

• Diperas • Disimpan dalam kantong pada suhu

ruang selama 24 jam• Sampel dicuci dengan air dingin + asam

asetat• Dicuci beberapa kali dengan air dingin• Dikeringkan pada suhu kamar

Kain katun terkationisasi

Preparasi Katun Tekstil Terkationisasi

Larutan BTCA 30 g/L

• Dicampurkan dan distirrer 0,5% Nano-TiO2

Natrium Hipofosfit 6% w/w

• Disuspensikan dalam etanol

Larutan Campuran

• Kain Katun kationisasi dilapisi dengan 2x dip-nip• Diperas• Dikeringkan pada 80oC 5 menit• Dikeringkan pada 180oC 3 menit• Dibilas dengan air panas dan kemudian air dingin• Dikeringkan pada suhu kamar

Katun tekstil terlapisi

Pelapisan BTCA/TiO2 Pada Katun

Larutan BTCA 30 g/L

• Dicampurkan dan distirrer 0,5% Nano-TiO2

Natrium Hipofosfit 6% w/w

• Disuspensikan dalam etanol

• Diultrasonik selama 30 menit

Larutan Campuran



0,5% Nano-SiO2

Pelapisan BTCA/TiO2/SiO2 Pada Katun

• Dicelupkan dalam asam stearat 1wt% yang terlarut dalam aseton selama 10 menit

Kain Katun Terlapisi

Larutan Campuran



Treatmen Hidrofobik

• Transmission Electron MicroscopyPenentuan ukuran partikel dan kehomogenan TiO2/SiO2

• Scanning Electron Microscopy/EDX Morfologi partikel TiO2/SiO2

• X-Ray DiffractionPenentuan fasa kristal TiO2/SiO2

• Tensile StrengthPenentuan kekakuan kain katun terlapisi• Kekasaran PermukaanPenentuan kekasaran kain setelah dilapisi• Permibilitas udara Penentuan kemampuan dilewati angin• Faktor UV ProtektorKemampuan menahan sinar UV• Pengukuran anti basahKemampuan kain anti air• Anti bakteri dan self cleaning

Meode Karakterisasi – Uji Sifat Kain

Hasil Dan Pembahasan

Suggested mechanism of the reaction of cationized cotton fabric with BTCA/TiO2

nanoparticles.

Chemical structures of the cationized cotton.

Kationisasi Katun Mekanisme Pelapisan Katun

(a)TiO2 on DADMAC cationized cotton

(b)TiO2\SiO2 nanomaterials on DADMAC cationized cotton

(c) TiO2 on Quat cationized cotton(d)TiO2\SiO2 nanomaterials on

Quat cationized cotton fabrics.

Pola XRD

Pola XRD menunjukan puncak yang khas dari senyawa TiO2 dan SiO2 pada katun, sehingga dapat disimpulkan bahwa fotokatalis telah terlapisi pada katun tekstil.

The morphology of SiO2 nanoparticles and TiO2/SiO2 nanomaterials.

TEM - SEM

Effect of cationization/or nanoparticles treatments on the UV protection properties of cotton fabrics.

UV Protection

Sifat anti UV dari katun tekstil muncul dengan adanya lapisan TiO2 dan SiO2 pada katun, sehingga ketika sinar UV menyinari kain sinar akan diserap oleh fotokatalis sehingga dapat melindungi kulit dari sinar UV.

Effect of cationization/or nanoparticles treatments on the antibacterial properties of cotton fabrics.

Anti Bakteri

Nanopartikel TiO2 dan SiO2 berperan dalam reaksi fotokatalitik dengan terbentuknya hole dan e- yang akan bereaksi mendegradasi protein yang menyusun dinding sel bakteri sehingga terbentuk zona inhibisi

(A)Decolorization of MB dye on cotton fabric surface

(B)UV–vis absorption spectra of decolourization of methylen blue (10 mg/l) after 1 h UV-irradiation.

Panel (B) is untreated cotton sample(1)Quat cationized cotton treated with TiO2

nanoparticles(2)DADMAC cationized cotton treated with

TiO2 nanoparticles(3)Quat cationized cotton treated with

TiO2/SiO2 nanomaterials(4)DADMAC cationized cotton treated

TiO2/SiO2 nanomaterials.

Self-Cleaning

Schematic illustration of preparation of hydrophobic surfaces on cotton fabric.

Sifat Hidrofobik

Sifat hidrofobik dari katun tekstil muncul dikarena gugus hidrofob dari asam stearat yang melapisi katun tekstil.

Shows drop penetration time (TEGEWA test) for cotton fabrics before and after treatment with stearic acid as hydrophobic additive [after 2 washing cycles].

Sifat Hidrofobik

Effect of different treatments on the physical properties of cotton fabrics.

Sifat Fisika Katun

Kesimpulan

Berdasarkan teori mengenai efek nanopartikel dan aplikasi nanomaterial dalam bidang tekstil, dapat disimpulkan bahwa :1. Efek ukuran nano dari suatu material berpengaruh terhadap struktur, sifat

elektronik, luas permukaan, reaktivitas dari material.2. Sifat material berukuran bulk akan sangat berbeda dengan material bersifat nano.3. Material fotokatalis sangat bdipengaruhi dengan ukuran partikel, dimana semakin

nano ukuran fotokatalis maka akan semakin reaktif.4. Dari hasil penelitian mengenai faktor ukuran partikel dalam fotokatalis, TiO2

berukuran nano sangat berpengaruh dalam terbentuknya hole dan elektron tereksitasi.

5. Material semikonduktor sangat menarik dikembangkan sebagai fotokatalis dikarenakan bersifat heterogen sehingga dapat digunakan berulang dan band gap dapat dimodifikasi sesuai dengan aplikasinya.

Terima kasih