Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
Laporan praktikum modul 01 pada mata kuliah eksperimen fisika III
Typology: Lab Reports
1 / 19
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
Abstrak ini berisi intisari dari isi laporan. Abstrak ini mencakupi poin-poin penting atau garis besar pendahuluan, dasar teori, metode percobaan, data dan pengolahan, pembahasan, dan simpulan. Abstrak berkisar 100-200 kata.
i
Karbon nanodot merupakan jenis karbon dalam dunia sains nanometer yang ditemukan se- cara tidak sengaja pada tahun 2004 ketika proses pemurnian tabung nano karbon berdinding tunggal (Xu et al., 2004). Karbon nanodot (CDs) mempunyai sifat kelarutan dan fluorosensi yang kuat sehingga disebut dengan carbon nanolights (Baker et al., 2010). Hal itu menjadi ciri khusus dari karbon nanodot dan mengubah pandangan bahwa karbon hanyalah material hitam yang tidak mempunyai kemampuan memancarkan cahaya.
Beberapa kelebihan dari CDs, yaitu biokompatibel, murah, inert, toksisitas rendah, mudah dimodifikasi, dan lainnya (Zhu et al., 2012). Terdapat dua teknik dalam pembuatan CDs, yaitu dengan teknik top-down dan bottom-up. Pada metode top-down, struktur-struktur kar- bon yang lebih besar dipecah menjadi CDs. Sedangkan, pada metode bottom-up digunakan metode pemanasan sederhana, supported synthesis, dan microwave (Rahmayanti, 2015).
Microwave merupakan metode paling sederhana dari pembuatan karbon nanodot. Selain itu, hasil yang dihasilkan dari metode ini bagus karena metode ini menyediakan energi yang intensif, homogeny dan efisien, serta dapat mencapai suhu tinggi dan memulai reaksi dalam waktu yang sangat singkat dibandingkan dengan metode pemanasan yang lainnya (Haito Li et al., 2011). Keunggulan dari metode microwave adalah proses penggetaran (vibrasi) yang me- nyebabkan rantai-rantai karbon mengalami penyusunan ulang sehingga hasilnya tidak banyak mengurangi kadar air dalam larutan dan tidak menghasilkan CDs berupa gel (Rahmayanti, 2015).
Pada eksperimen ini. digunakan metode pembuatan karbon nanodot dengan microwave. Bah- an yang digunakan pada eksperimen ini ada dua, yaitu asam sitrat dan urea. Selanjutny, untuk mengetahui sifat optik, hasil sintesis dari metode karbonisasi dengan microwave akan dika- rakterisasi menggunakan Photoluminescense (PL) dan UV-Vis Spektrofotometri.
Tujuan dari eksperimen modul ini, yaitu:
Batasan dari eksperimen modul ini, yaitu:
Asumsi dari eksperimen modul ini, yaitu:
Gambar II.1. Klasifikasi berbagai jenis CD (Ozyurt, 2023)
Cahaya merupakan salah satu bentuk dari radiasi gelombang elektromagnetik, biasanya ter- diri dari berbagai gelombang yang memiliki panjang gelombang yang berbeda. Cahaya tam- pak merupakan cahaya yang dapat dilihat atau dirasakan oleh mata manusia. Warna yang dapat dilihat oleh mata manusia berhubungan dengan pita panjang gelombang tertentu di wilayah 400-700 nm. Spektrofotometri dalam pengaplikasiannya berkaitan dengan wilayah spektrum radiasi elektromagnetik ultraviolet (185-400 nm), tampak (400-700 nm), dan infra- merah (700-15.000 nm) (Robert, 2000).
Cahaya dengan panjang gelombang tertentu dapat diserap secara efektif oleh suatu zat sesuai degan struktur molekulnya. Penyerapan energi cahaya terjadi ketika foton datang membawa energi yang sama dengan perbedaan energi antara dua keadaan elektron valensi yang diper- bolehkan, foton mendorong transisi elektron dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron yang tereksitasi akan kehilangan energi ketika mengalami proses radiasi panas dan kembali ke keadaan dasar. Spektrum serapan diperoleh dengan cara mengubah panjang gelombang cahaya monokromatik yang jatuh pada zat secara berturut- turut dan mencatat perubahan serapan cahaya. Penyajian spektra yaitu dengan memplot pan- jang gelombang (nm atau μm) pada absis dan derajat serapan (transmitansi atau serapan) pada ordinat (Robert, 2000).
Intensitas (I)merupakan pengukuran pada jumlah foton yang keluar atau dieksitasi ketika ter-
jadi perpindahan elektron di dalam material. Jika intensitas semakin besar, maka material akan semakin terang. Sedangkan, jika intensitas semakin kecil, maka material akan sema- kin redup. Terdapat istilah transmisi yang merupakan ukuran jumlah cahaya yang melewati bahan transparan (Licari, 2011) atau dapat didefinisikan juga sebagai perbandingan antara intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh sampel dibandingkan dengan intensitas referensi. Berikut merupakan formula untuk transmisi (T ).
Dengan I sebagai intensitas cahaya yang keluar dari material, I 0 sebagai intensitas cahaya yang masuk pada material.
Maka, persentase dari transmitansi digambarkan sebagai foton yang masuk pada material dan ditemukan keluar dari material.
Absorbansi menyatakan seberapa banyak cahaya yang diserap oleh material. Berikut meru- pakan formula untuk absorbansi (A).
A = −log I I 0
Jadi, perbedaan antara absorbansi dan transmitansi yaitu, absorbansi sebagai persentase ca- haya yang diserap, sedangkan transmitansi merupakan cahaya yang diteruskan material.
Hukum Lambert-Beer dalam spektroskopi merupakan hubungan mengenai penyerapan ener- gi radiasi oleh suatu medium penyerap. August Beer menyatakan bahwa daya serap suatu zat terlarut berbanding lurus dengan konsentrasinya dalam suatu larutan. Hubungan tersebut dapat dinyatakan melalui formula berikut.
A = lcε (II.3)
Dengan A adalah serapan, adalah koefisien kepunahan molar (yang bergantung pada sifat kimia dan panjang gelombang cahaya yang digunakan ) , l adalah panjang jalur yang harus
Sinyal yang direkam dijadikan sebagai spektrum dalam bentuk puncak.
Prinsip kerja dari Spektrofotometer UV-Vis yaitu berfokus pada dispersi cahaya, cahaya akan berpendar menjadi berbagai bagian spektrum warna. Diperlukan cermin prisma untuk meng- hasilkan dispersi cahaya tersebut. Spektrofotometer UV-Vis menggunakan sumber cahaya untuk menerangi sampel dengan cahaya melintasi UV hingga rentang panjang gelombang tampak (190-900 nm). Alat ini akan mengukur cahaya yang diserap, ditransmisikan atau dipantulkan oleh sampel pada setiap panjang gelombang. Ketika cahaya utama diteruskan melalui lensa ke monokromator dan filter cahaya pada fotometer, maka cahaya akan berubah (dipisahkan/dipecahkan) dari cahaya polikromatis menjadi cahaya tunggal atau monokroma- tor. Berkas cahaya dengan panjang tertentu akan diukur oleh alat melalui sampel yang memi- liki zat tertentu. Hasil cahaya akan diterima oleh detektor. Detektor akan menghitung hasil cahaya akan memiliki ukuran yang sama atau sebanding dengan konsentrasi zat di dalam sampel. Sehingga, konsentrasi zat di dalam sampel dapat diketahui secara kuantitatif.
Fluoresensi adalah proses pemancaran radiasi cahaya oleh suatu material setelah tereksitasi oleh berkas cahaya berenergi tinggi. Terjadinya fluoresensi disebabkan oleh dua faktor utama yaitu cacat keadaan permukaan atau perubahan keadaan permukaan, dan kurungan kuantum (Maddu dkk., 2019).
Fotoluminesensi (PL) adalah salah satu teknik eksperimental untuk karakterisasi struktur na- no semikonduktor (khususnya sumur kuantuk (QWs)) dan untuk mempelajari sifat elektro- niknya. Fotoluminesensi (PL) merupakan fenomena optik ketika semikonduktor mengelu- arkan emisi cahaya dengan cara menyerap cahaya datang yang energinya lebih tinggi dari celah pita energi semikonduktor. Mekanisme PL yaitu ketika elektron tereksitasi yang di- hasilkan oleh eksitasi optik akan kembali ke keadaan dasar disertai dan emisi foton (Wang, 2019).
Pada eksperimen ini, dilakukan sintesis karbon nanodot dengan menggunakan pemanasan mi- crowave. Bahan yang dibutuhkan, yaitu asam sitrat, urea, dan deionized (DI) water. Alat-alat yang dibutuhkan pada eksperimen modul ini, yaitu oven microwave, oven konvensional, set spektrometer UV-Vis, set spektrometer fotoluminensi, thermometer gun, timbangan, spatu- ka, cawan gelas, crucible, kuvet, mikropipet, gelas beaker, dan pengaduk magnetik. Terdapat beberapa prosedur keamanan yang perlu diperhatikan pada eksperimen modul ini, yaitu ke- tika menggunakan peralatan listrik diharapkan dengan tegangan, arus, daya, dan frekuensi yang sesuai dengan spesifikasi alat, gunakan bahan kimia sesuai dengan ketentuan dan ta- karannya, serta wajib mengikuti manual safety alat eksperimen dan karakterisasi sehingga hubungi koordinator asisten dan laboran untuk mendapatkan panduan dan bimbingan dalam menggunakan alat.
Untuk membuat karbon nanodot (CDs), campuran yang digunakan pada eksperimen ini, ya- itu asam sitrat dan urea. Asam sitrat dan urea yang akan digunakan untuk membuat CDs diletakkan pada gelas kimia, kemudian dilarutkan dengan 5 mL DI water. Larutan tersebut dipindahkan dalam cruciblesebelum diaduk menggunakan pengaduk magnetik hingga serbuk urea dan asam sitrat menghilang. Setelah diaduk, larutan dituangkan ke cawan petri kemudian dikeringan menggunakan oven selama 1 jam. Setelah kering, panaskan sampel menggunakan microwave dengan lama pemanasan bervariasi, yaitu 90 detik, 120 detik, dan 150 detik. Sam- pel yang sudah dipanaskan dimasukkan ke dalam plastik. Setiap sampel kemudian disinari dengan sinar UV untuk mengamati adanya pendaran cahaya yang tampak.
Hipotesis pada eksperimen modul ini, yaitu munculnya pendaran cahaya dengan warna yang berbeda-beda melalui pemanasan dengan microwave yang mempengaruhi nilai panjang ge- lombang dan intensitas.
Gambar IV.1. Kurva Intensitas Fotoluminesensi
IV.1.2 Eksperimen Variasi Kedua
Untuk sampel-sampel yang sama, diperoleh pula nilai absorbansi dan panjang gelombang dari spektrometer UV-Vis yang disajikan dalam bentuk kurva berikut.
Gambar IV.2. Kurva Absorbansi UV-Vis
IV.2.1 Pertanyaan
CDs dapat mengemisikan cahaya dan memiliki panjang cahaya emisi yang berbeda- beda
CDs dapat mengemisikan cahaya karena material CDs mempunyai dua pita energi, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Jarak antara pita valensi dan pita konduksi disebut sebagai band gap atau celah pita. Jika terdapat foton yang mempunyai energi yang sama atau lebih besar dari energi band gap, maka terjadi penyerapan energi dan elektron pada pita valensi tereksitasi ke pita konduksi dan terjadi hole yang bermuatan positif. Hal ini yang menyebabkan CDs dapat mengemisikan cahaya serta emisi cahaya yang dihasilkan (pendaran warna) berbeda bergantung ukuran dan celah pita material CDs. Kedua hal itu (ukuran dan celah pita) juga menjadi penyebab panjang cahaya emisi karbon dot nanopartikel dapat berbeda-beda.
Hubungan waktu dan suhu sintesis terhadap ukuran nanopartikel
Jika waktu sintesis lebih lama, maka akan terjadi pertumbuhan carbon dots sehingga ukuran nanopartikel akan semakin besar. Jika suhu sintesis semakin tinggi, maka laju reaksi akan semakin cepat, sehingga carbon dots akan semakin bertumbuh dan ukurannya akan semakin besar. Selain itu, terdapat laju reaksi lain yang dapat memengaruhi pertumbuhan carbon dots, laju reaksi ini tidak dapat dikontrol.
Hubungan antara ukuran nanopartikel terhadap warna pendaran
Material kuantum dots memiliki ukuran yang sangat kecil berskala nanometer. Karena uku- rannya sangat kecil, maka material ini akan memiliki sifat kuantum. Pada material quantum dots akan muncul fenomena yang disebut efek kurungan kuantum. Sifat material QDs yaitu dapat muncul pendaran atau emisi cahaya jika material disinari oleh sinar Ultra Violet. Pen- daran material QDs tergantung pada ukuran material. Ketika muncul efek kurungan kuantum pada kuantum dots, walaupun dengan material yang sama, jika ukuran material berbeda, maka pendarannya akan berbeda pula (Ferry, 2018). Efek kurungan kuantum terjadi jika jari-jari material lebih kecil dari radius bohr sehingga akan terjadi perubahan yang signifikan pada ukuran nanopartikel.
Ketika partikel berukuran sangat kecil hingga ke skala nanometer, maka efek kurungan ku-
ini disebut sebagai transisi Anti-Stokes. Spektrum Anti-Stokes muncul dari hamburan ine- alstis foton oleh molekul, dimana foton yang dihamburkan mempunyai energi yang lebih tinggi daripada foton yang datang. Hal ini terjadi ketika molekul menyerap energi dari fo- ton yang datang dan mengalami transisi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Up-conversion pada CDs yang teramati dapat berasal dari difraksi cahaya orde kedua (Roy et al., 2015). Up-conversion dapat terjadi ketika karbon nanodot menunjukkan emisi pada rentang panjang gelombang 450 - 750 nm. Berisikan jawaban dari bagian open problem pada modul dan ditu- liskan dalam bentuk paragraf. Jabarkan secara rinci dengan didukung data (harus) dan teori yang relevan. Rujuk data secara spesifik dan beri sitasi yang memadai. Tambahkan gambar, tabel, ataupun persamaan jika diperlukan.
Aplikasi yang dapat dikembangkan dari karbon nanodots
Jawaban tiap soal open problem ditulis dalam \subsubsection{} terpisah dengan diberi judul berupa frasa yang merepresentasikan isi pertanyaan.
Daftarkan kontribusi tiap anggota kelompok terhadap dokumen laporan ini pada Lampiran A ini. Jika tidak ada senarai ini, nilai modul terkait dikurangi 50%.
Jika diperlukan Lampiran lainnya, semisal untuk data eksperimen, tambahkan dengan for- mat serupa Lampiran ini. Tiap Lampiran disajikan dalam \chapter{} berbeda dalam file lampiran.tex ini. Jika diperlukan, Anda dapat membuat \section{}, \subsection{}, dst. di Lampiran ini.
