aerogel silika
Post on 10-Apr-2018
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
8/8/2019 Aerogel Silika
http://slidepdf.com/reader/full/aerogel-silika 1/3
Silika Aerogel sebagai Bahan Penyerap Energi Kinetik
Barkatul Aulia 0807121133
Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau
1. PENDAHULUAN
Aerogel merupakan salah satu koloid
dimana fase pendispersi berupa padatan dan
fase terdispersi berupa gas. Aerogel dibuat
dari bahan curah dengan desitas rendah dan
memiliki pori-pori, yang diperoleh dari gel
dimana komponen liquid digantikan dengan
gas. Sehingga aerogel memiliki komposisi
99.8% udara, dan padatan selebihnya.
Aerogel pertama kali dibuat pada tahun
1931, Samuel S. Kistler menemukan carauntuk membuat aerogel Ia menyatakan
"Obviously, if one wishes to produce an
aerogel, he must replace the liquid with air
by some means in which the surface of the
liquid is never permitted to recede within
the gel. If a liquid is held under pressure
always greater than the vapor pressure, and
the temperature is raised, it will be
transformed at the critical temperature into a
gas without two phases having been present
at any time." (S. S. Kistler, J. Phys. Chem.34, 52, 1932).
Sifat dari aerogel sendiri yaitu memiliki
densitas yang rendah, isolator yang baik.
Dengan sifat yang dimiliki oleh aerogel
maka aerogel banyak digunakan sebagai
insulator, adsorber, detektor, dll.
2. PEMBUATAN AEROGEL
2.1 Sol-Gel Chemistry
Pembentukan aerogels, secara umum,
terdiri dari dua langkah, yaitu pembentukan
gel basah, dan pengeringan gel basah.
Awalnya, gel basah dibuat oleh larutan air
natrium silikat, atau bahan serupa.
Sementara proses ini berlangsung, reaksi
pembentukan garam dalam gel yang harus
dihilangkan dengan cara washings
(pencucian berulang-ulang). Pembuatan
aerogel dibagi dua yaitu single step dantwostep aerogel. Kemudian melewati proses
aging dan soaking, lalu proses pengeringan
melewati titik kritis (supercritical driying).
2.2 Single-Step vs. Two-Step Aerogels
A. Single-Step Base Catalyzed Silica
Aerogel
Proses ini memproduksi aerogel dengan
densitas 0.08 g/cm3. Pembuatan gel
berlangsung selama 60-120 menit, The gel
time should be 60-
120 minutes, tergantung dengan temperatur.Mix two solutions:
• Silica solution terdiri dari 50 mL TEOS,
40 mL ethanol.
• Catalyst solution terdiri dari 35 mL
ethanol, 70 mL water, 0.275 mL 30%
ammonia cair, dan 1.21 mL 0.5 M
ammonium fluoride.
• Perlahan lahan ditambahkan katalis ke
campuran silica dengan dilakukan
pengadukan.
• Tuangkan campuran ke dalam cetakansampai terjadi pembentukan gel.
B. Two-Step Acid-Base Catalyzed Silica
Aerogel
Proses ini memproduksi aerogel dengan
densitas 0.08 g/cm3. Pembentukan gel yaitu
selama 30-
90 menit, tergantung temperatur.
Mix two solutions:
• Silica solution terdiri 50 mL
precondensed silica (Silbond H-5, atauequivalent), 50 mL ethanol
• Catalyst solution terdiri 35 mL ethanol,
75 mL water, dan 0.35 mL 30% ammonia
cair.
• Perlahan lahan ditambahkan katalis ke
campuran silica dengan dilakukan
pengadukan.
• Tuangkan campuran ke dalam cetakan
sampai terjadi pembentukan gel
2.3 Aging and Soaking
8/8/2019 Aerogel Silika
http://slidepdf.com/reader/full/aerogel-silika 2/3
Proses ini merupakan proses hidrolisi
dan kondensasi alkoksida silikon. Yaitu
proses untuk memperkuat jaringan silika.
dengan mengendalikan pH dan kadar air
meliputi. Proses aging menggunakan gel
katalis basa dengan perendaman gel dalam
alkohol/campuran air dengan proporsi yangsama dengan sol asli pada pH 8-9
(amonia)dan dibiarkan 48 jam.
Setelah proses aging, semua air yang
masih terkandung dalam pori-pori harus
dibuang sebelum pengeringan. Dilakukan
dengan merendam gel dalam alkohol murni.
lama waktu yang dibutuhkan untuk proses
ini tergantung pada ketebalan gel.
2.4 Supercritical Drying
Proses terakhir dan yang paling pentingdalam pembuatan aerogels silika, yaitu
pengeringan superkritis. Ini adalah di mana
cairan di dalam gel dihapus, hanya
menyisakan jaringan silika. Prosesnya
adalah sebagai berikut:
alcogels ditempatkan dalam autoclave (yang
telah diisi dengan etanol). Bertekanan 750-
850 psi dengan CO2 dan didinginkan hingga
5-10 °C. cairan CO2 kemudian di flush ke
dalam vessel sampai ethanol hilang dari
vessel dan gels. Saat gels bebas dari ethanolvessel dipanaskan pada temperatur dibawah
temperatur kritis CO2 (31°C). Penambahan
suhu meningkatkan tekanan dengan
mengeluarkan CO2 tekanan dapat dijaga
dibawah tekanan kritis CO2 (1050 psiproses
berlangsung selama 12 jam sampai 6 hari.
Pada titik ini aerogel telah terbentuk.
3. SILICA AEROGEL SEBAGAI
ADSORBEN ENERGY KINETIK
Adsorben energy kinetic yaitu bahan
untuk menyerap energi kinetik akibat
deformasi plastik, deformasi elastis, patah
getas, atau dengan dinamika fluida gas atau
cairan di dalam materi. Silika aerogels
sebagai anorganik padat, pada dasarnya
rapuh. Sepertinya tidak mungkin sebagai
bahan bantalan/pelindung. Namun, aerogel
memiliki densitas yang sangat rendah
sehingga saat pecah, karena tekanan terjadi
secara bertahap sehingga memakan waktuyang cukup lama. Selaiin itu sebagai bahan
yang berpori, sehingga gas yang terkandung
didalamnya terdesak keluar saat aerogel
tersebut rusak/pecah. Gas harus melewati
pori-pori yang sangat kecil (~20-50 nm), gas
dengan cepat melewati pori-pori dan
menyerap sejumlah besar energi. Oleh
karena itu, energi yang ditimbulkan untuk memecahkan aerogel silika diserap dengan
cara pelepasan gas dari dalam material
(aerogel).
Bahan yang efektif untuk digunakan
dalam perangkat keamanan akan berfungsi
untuk meminimalkan gaya dirasakan oleh
objek (atau orang) yang akan dilindungi.
Hal ini biasanya dilakukan dengan
menyebarkan perlambatan objek yang
berdampak selama periode waktu yang lebih
lama. Grafik di bawah ini menunjukkan beban terhadap waktu untuk sampel silika
aerogels, dan dua bahan lainnya. Sampel
dengan sisi kubus 5 cm dan hancur oleh
berat 8 lb dengan percepatan 11 ft/det.
Kurva merah merupakan aerogel silika
dengan kepadatan 0.1 g/cm3, polystyrene
kurva kuning, dan hijau adalah
polypropylene busa elastomer.
Fig. 1 load beban terhadap waktu
Plot menunjukkan bahwa baik aerogeldan busa polystyrene mengurangi beban
maksimum yang dihasilkan pada tingkat
yang sangat rendah. Akan tetapi, busa
polistiren sering digunakan sebagai bahan
yang lebih tepat daripada silika aerogel.
Akan tetapi, Banyak busa organik
menghasilkan sejumlah besar rebound
ketika terkena impact . Hal Ini sebagian
energi diserap oleh bahan kembali ke objek
yang terkena dampak itu (seperti kepala
manusia). Efek pantulan ini sering bisamengakibatkan kerusakan lebih lanjut untuk
8/8/2019 Aerogel Silika
http://slidepdf.com/reader/full/aerogel-silika 3/3
obyek yang dilindungi. Plot defleksi (jarak
digerakkan oleh objek berdampak) vs waktu
untuk aerogel silika dan polistiren
ditunjukkan di bawah ini menunjukkan
perbedaan bahan-bahan tersebut
Fig 2. Deflection vs waktu
The polistiren (kuning), yang bersifat elastis
dan plastis, dihancurkan oleh berat badan
(defleksi positif) tapi kemudian akan
kembali ke fraksi besar volume awalnya.
Sebaliknya, silika aerogel (merah) energy
akan terserap pada jarak tertentu ke dalam
bahan dan kemudian berhenti sama sekali
tanpa memantul. Ini merupakan fenomena
yang penting untuk dipertimbangkan ketika
mengembangkan bahan untuk keamanan
dan peralatan pelindung.
Permasalahan Lingkungan
Produksi dan penggunaan aerogels
silika ramah lingkungan. Tidak ada limbah
berbahaya yang dihasilkan secara signifikan
selama produksi. Pelepasan aerogels silika
sangat wajar. Di lingkungan, mereka cepat
menjadi serbuk halus pada saat hancur yang
pada dasarnya identik dengan salah satu zat
yang paling umum di bumi, yaitu pasir.
Selain itu, aerogels silika benar-benar tidak
beracun dan tidak mudah terbakar. Hal ini
sangat menjanjikan apabila silica aerogel
digunakan sebagai bahan pelindung dan
dapat menghilangkan penggunaan plastik
Potensi Penggunaan
Sifat aerogels silika sebagai penyerap
energy kinetic ini dapat digunakan dalam
berbagai aplikasi. misalnya perlindungan
pribadi dalam kendaraan bermotor, perlindungan peralatan yang sensitif seperti
perekam data penerbangan pesawat, dan
perlindungan peralatan elektronik seperti
hard drive untuk laptop.
4. KESIMPULANSilika aerogel sebagai bahan yang
memiliki densitas yang rendah dan berpori
dapat digunakan sebagai bahan penyerap
energy kinetik. Sehingga dapat digunakan
sebagai bahan pelindung.
DAFTAR BACAAN
• ----------------, Aerogel, www.cdcc.
nasa.gov, diakses tanggal 30 mei 2010
• ----------------, 2010, Aerogel, http://en.
wikipedia.org/wiki/Aerogel, diaksestanggal 30 mei 2010
• Hunt, Arlon., Michael, ----, Silica
aerogel: How Silica Aerogels are Made,
Silica Aerogels for Absorbing Kinetic Energy, diambil dari web:
http://www.sps.aero/Key_ComSpace_Art
icles/TSA-
009_White_Paper_Silica_Aerogels.pdf
top related