Perpustakaan Digital ITB

Tembaga merupakan logam yang memiliki sifat konduktivitas listrik dan panas yang sangat baik serta dapat berperan sebagai katalis dan mempunyai sifat antimikroba. Tembaga dalam bentuk serbuk berskala nano, telah digunakan sebagai bahan baku magnetic recording, tinta dan pasta konduktif, sensor, katalis, antiseptik dan minyak pelumas. Serbuk tembaga dapat disintesis dengan metode elektrolisis. Karakteristik umum serbuk yang dihasilkannya adalah memiliki ukuran partikel berskala mikron dengan struktur dendritik. Saat ini telah dikembangkan metode pulse current electrolysis (PCE) dengan mengatur parameter waktu on (ton) dan waktu off (toff) proses elektrolisis yang perubahannya berlangsung secara periodik. Metode PCE tersebut mampu menurunkan ukuran partikel serbuk hingga skala ultra fine serta mampu mengurangi dimensi struktur dendritiknya. Oleh karena itu, pada penelitian ini dikembangkan lebih lanjut metode PCE yang dimodulasikan secara periodik dengan ultrasonic scrapping untuk menghasilkan serbuk tembaga berskala nano dengan bentuk partikel yang relatif bulat (rounded). Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi pengaruh rapat arus, konsentrasi tembaga dalam elektrolit, duty cycle dan frekuensi PCE terhadap ukuran partikel dan morfologi serbuk tembaga yang dihasilkan. Selain itu, dikembangkan model numerik ukuran butiran untuk memprediksi dan menentukan kondisi operasi PCE agar diperoleh serbuk nano tembaga. Selanjutnya, hasil prediksi ukuran butiran serbuk nano tembaga dengan model numerik yang dikembangkan, diverifikasi dengan data-data percobaan. Persamaan matematika yang digunakan dalam model numerik ukuran butiran berhubungan dengan mekanisme pengintian dan pertumbuhan inti pada proses PCE. Parameter yang disimulasikan untuk memprediksi ukuran butiran serbuk tembaga adalah konsentrasi tembaga dalam elektrolit, rapat arus, duty cycle dan waktu elektrolisis. Rata-rata ukuran butiran serbuk tembaga ditentukan dengan ii persamaan integral yang diselesaikan secara numerik dengan metode numerik multiple trapezoidal rule. Percobaan sintesis serbuk tembaga diawali dengan melakukan pengukuran kurva polarisasi katodik deposisi tembaga dengan metode potentiodynamic scan menggunakan potentiostat untuk mendapatkan nilai rapat arus limit difusi (iL) pada berbagai konsentrasi tembaga. Nilai rapat arus limit difusi tersebut menjadi acuan batas minimal rapat arus yang diberikan (iapp) untuk terpenuhinya kriteria terbentuknya endapan serbuk tembaga dengan proses elektrolisis. Percobaan sintesis serbuk tembaga dengan metode PCE dilakukan dengan larutan elektrolit yang mengandung tembaga terlarut dalam asam sulfat dan dilakukan dalam sebuah sel elektrolisis kedap udara yang dilengkapi buret berskala untuk mengukur volume gas hidrogen yang dihasilkan dari reaksi sel di permukaan katoda. Anoda yang digunakan adalah pelat tembaga murni (99,99% Cu), sementara pelat titanium G1 digunakan sebagai katoda. Perangkat DC power supply-nya menggunakan pulse rectifier yang dilengkapi kontrol modulasi untuk scrapping serbuk. Serangkaian percobaan sintesis serbuk tembaga dengan PCE dilakukan pada suhu ruangan (25-28°C) dan konsentrasi H2SO4 1M dengan variasi konsentrasi tembaga dalam elektrolit, rapat arus, duty cycle, frekuensi pulse dan waktu proses. Endapan serbuk tembaga dikeringkan pada suhu 100????1°C dalam atmosfir inert menggunakan gas argon. Data yang dikumpulkan dari percobaan adalah berat serbuk dan volume gas hidrogen yang kemudian digunakan untuk menghitung efisiensi arus dan konsumsi energi elektrolisis. Karakterisasi serbuk tembaga yang dilakukan meliputi penentuan ukuran partikel menggunakan Particle Size Analyzer (PSA), morfologi dan ukuran partikel menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM), komposisi serbuk menggunakan Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX), morfologi dan konfirmasi ukuran partikel berskala nano menggunakan Transmision Electron Microscope (TEM) serta identifikasi unsur dan senyawa serta kristalinitas serbuk menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode PCE telah dapat menghasilkan serbuk nano tembaga dengan ukuran partikel 40-90 nm dan memiliki bentuk yang relatif bulat (rounded) dengan tingkat rounded index sebesar 0,91-0,98. Hasil tersebut tercapai pada rentang kondisi konsentrasi tembaga 0,03-0,04 M, konsentrasi H2SO4 1M, rapat arus 0,15-0,5 A/cm2, waktu proses 3-40 detik, duty cycle 5-10 %, frekuensi 100 Hz dan suhu larutan 25-28°C.