Fungsionalisasi Grafena dari Grafit Batubara Sawahlunto dengan Sentrimonium Bromida Sebagai Bahan Pengisi Nanokomposit pada Matriks Karet Alam Siklik

Abstract

Coal is the most abundant source of energy and fuel is widely used throughout the world. However, its structural characteristics create the perception that coal is only useful for being produced as energy through combustion. Graphene is a semiconductor with zero bandgap and with very high charge mobility. This opens up the tantalizing possibility that graphene might one day replace silicon as the belle of the electronics industry and revolutionize nanoelectronics. This study aims to make Indonesian coal, especially Sawahlunto-West Sumatra coal as raw material in the manufacture of graphene oxide and graphene with a much higher economic value than just as fuel. A simple and effective way to synthesize graphene from a bituminous coal that comes from Sawahlunto - West Sumatra has been carried out by a modified method of Hammers and the reducing agent sodium borohydride 1%. Graphene is used as a conductive filler in an insulating matrix that is cyclic natural rubber so that nanocomposite is obtained which has thermal and electrical conductivity as a semiconductor nanocomposite. Making the nanocomposite material Graphene and Graphene filler modified with a cationic surfactant that is Cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) and mixed into the matrix by the method of mixing a solution (solution mixing) using Graphene ultrasonikasi to disperse in the matrix. The isolated graphene and nanocomposite produced were characterized by XRD, FTIR, SEM EDX and thermal conductivity tests with DSC and electrical conductivity tests were carried out using the two-point probe method. The XRD results showed a loss of 2 peaks at 32o which is the peak of G / KAS and FTIR analysis also showed a peak loss of 1139.69 cm-1 and 1721.70 cm-1 which was interpreted as C-H and C = C of cyclic natural rubber, presence peak changes in nanocomposite state that there has been a surface modification of graphene by CTAB and there has been intercalation of graphene and modified graphene in the KAS matrix. Thermal conductivity has increased to 4,0203 W / mK from 1.0 phr G / KAS; 3,1635 W / mK of mG1 / KAS 1.0 phr; 3,5569 W / mK from mG2 / KAS 2.0 phr; and electrical conductivity to be 0.17881 x 10-6 of G1 / KAS 1.0 phr; 0,2453x10-6 of G2 / KAS 2.0 phr; 0,2262x10-6 of mG1 / KAS 1.0 phr; and 0,2994x10-6 of mG2 / KAS 2.0 phr, with the addition of graphene filler material (G-Bb900) and modification of graphene (mG), there is an increase in thermal and electrical conductivity with increasing graphene content in the matrix, From the results of the characterization it can be concluded that these nanocomposites are potential enough to be applied as semiconductor nanocomposites.

Batubara adalah sumber energi yang paling berlimpah dan bahan bakar yang banyak digunakan di seluruh dunia. Namun, karakteristik strukturalnya menciptakan persepsi bahwa batubara hanya berguna untuk diproduksi sebagai energi melalui pembakaran. Grafena adalah semikonduktor dengan celah pita nol dan dengan mobilitas muatan sangat tinggi. Hal ini menawarkan harapan bahwa suatu hari grafena mungkin menggantikan silikon sebagai primadona industri elektronik dan merevolusi nanoelectronik. Penelitian ini bertujuan untuk menjadikan batubara Indonesia khususnya Sawahlunto-Sumatera Barat sebagai baham baku dalam pembuatan grafena oksida dan grafena dengan nilai ekonomi yang jauh lebih tinggi dibandingkan hanya sebagai bahan bakar. Cara mudah dan efektif untuk mensintesis graphene dari batu bara jenis bituminous yang berasal dari Sawahlunto – Sumatera Barat telah dilakukan dengan modifikasi metode Hammers dan reduktor natrium borohidrida 1%. Grafena digunakan sebagai bahan pengisi konduktif pada matriks yang bersifat isolator yaitu karet alam siklik sehingga didapat nanokomposit yang memiliki konduktivitas termal dan elektrik sebagai nanokomposit semikonduktor. Pembuatan nanokomposit dengan bahan pengisi grafena dan grafena yang dimodifikasi dengan surfaktan kationik yaitu setrimonium bromide (CTAB) dan dicampurkan ke dalam matriks dengan metode pencampuran larutan (solution mixing) menggunakan ultrasonikasi untuk mendispersikan grafena dalam matriks. Grafena yang diisolasi dan nanokomposit yang dihasilkan dikarakterisasi dengan XRD, FTIR, SEM EDX dan uji konduktivitas termal dengan DSC serta dilakukan uji konduktivitas elektrik dengan metode two- point probe. Hasil XRD menunjukkan hilangnya puncak 2 theta pada 32o yang merupakan puncak dari G/KAS dan analisa FTIR juga menunjukkan hilangnya puncak 1139,69 cm-1 dan 1721,70 cm-1 yang diinterpretasikan sebagai C-H dan C=C dari karet alam siklik, adanya perubahan puncak pada nanokomposit menyatakan bahwa telah terjadi modifikasi permukaan grafena oleh CTAB dan telah terjadi interkalasi grafena dan grafena termodifikasi dalam matriks KAS. Konduktivitas termal mengalami peningkatan menjadi 4,0203 W/mK dari G/KAS 1,0 phr; 3,1635 W/mK dari mG1/KAS 1,0 phr; 3,5569 W/mK dari mG2/KAS 2,0 phr; dan konduktivitas elektrik menjadi 0,17881 x 10-6 dari G1/KAS 1,0 phr; 0,2453x10-6 dari G2/KAS 2,0 phr; 0,2262x10-6 dari mG1/KAS 1,0 phr; dan 0,2994x10-6 dari mG2/KAS 2,0 phr, dengan penambahan bahan pengisi grafena (G-Bb900) dan modifikasi grafena (mG), terjadi peningkatan konduktivitas termal dan elektrik dengan bertambahnya kandungan grafena pada matriks. Dari hasil karakterisasi dapat disimpulkan bahwa nanokomposit ini cukup potensial untuk diaplikasikan sebagai nanokomposit semikonduktor.