Metode Sintesis Teknik Sol-Gel

Metode sintesis teknik sol-gel merupakan salah satu teknik sintesis yang cukup menjanjikan untuk membentuk ukuran partikel skala nano sekaligus memebentuk penampakan morfologi yang homogen [1-3]. Proses sol-gel merupakan teknik sintesis yang menerapkan 2 tahapan fasa penting yaknik sol dan gel. Sol adalah suspensi koloid partikel padat dalam fasa cair melalui reaksi hidrolisis dan polimerasi dari prekursor tertentu atau sol merupakan dispersi stabil dari partikel koloid atau polimer dalam sebuah pelarut dimana interaksi yang terjadi adalah gaya van der walls. Sedangkan gel adalah zat yang memiliki pori semirigid yang terdiri atas jaringan kontinu dalam tiga dimensi yang dapat terbentuk dari rantai polimer [4].

Prinsip metode sintesis teknik sol-gel adalah pembentukan larutan prekursor dari senyawa yang diharapkan dengan menggunakan pelarut organik, terjadinya polimerisasi larutan, terbentuknya, dan dibutuhkan proses pengeringan dan kalsinasi gel untuk menghilangkan  senyawa organik serta membentuk material anorganik berupa oksida. Teknik sintesis ini membeutuhkan banyak tahap diantaranya adalah proses fisika dan kimia yang terdiri atas hidrolisis, polimerisasi, pembentukan gel, kondensasi, pengeringan dan densifikasi. Kelebihan dari penggunaan metode ini diantaranya adalah (a) homogenitas produk yang tinggi, (b) kemurnian yang tinggi, dan (c) suhu yang digunakan realtif rendah. Sedangkan kekurngannya adalah (a) prekursor yang mahal, (b) membutuhkan waktu yang lama dan (c) terbentuknya sisa hidroksil dan karbon [4]. Salah satu contoh sintesis material yang menggunakan teknik sintesis ini adalah titanium dioksida (TiO₂) [5].

Gambar 1. Ilustrasi sintesis TiO₂ menggunakan teknik sintesis sol-gel [2]

Penelitian yang dilakukan oleh Setyani dan Wibowo [6] mensintesis nano TiO₂ dengan variasi pelarut menunjukkan ukuran partikel berskala nano masing-masing untuk pelarut metanol dan etanol adalah 13,78 nm dan 34,26 nm. Penggunaan pelarut dengan polaritas yang berbeda akan menghasilkan polaritas yang berbeda kemudian akan mempengaruhi besarnya reaktivitas pada saat proses hidrolisis dan kondensasi berlangsung. Pengaruh ini dibuktikan melalui pengamatan menggunakan XRD yang menunjukkan penggunaan pelarut metanol akan meningkatkan kristalinitas nanopartikel TiO₂. Fokus objek terhadap material semikonduktor TiO₂ pun dilakukan oleh Almu’minim dan timnya [7] dengan melapiskan TiO₂ pada substrat sebagai film lapis tipis TiO₂. Pengaplikasian TiO₂ pada substrat film memberikan penampakan partikel yang berbeda diabndingkan dengan penelitian yang dialkukan oleh Setyani dan Wibowo dimana ukuran partikel yang terbentuk adalah sebesar 250 nm berdasarkan hasil pengamatan menggunakan SEM. Penampakan muka morfologi dalam penelitian ini pun menunjukkan tingkat homogenitas yang rendah yakni inti kristal tidak menyebar tidak merata pada beberapa bagian. Bagaimanapun, berdasarkan data XRD kristal berjenis anatase berhasil dibuat dengan mudah pada penelitian.

Gambar 2. Analisis nano-TiO₂ (a) [6], tampilan fisik kristal TiO₂ pada substrat kaca (b-c) [7] menggunakan teknik sintesis sol-gel

Penelitian yang dilakukan oleh Ningsih dan Khair [8] mensintesis nanopartikel NiO dengan variasi prekursor menggunakan teknik sintesis sol-gel pada suhu rendah. Masing-masing prekursor membentuk ukuran struktur nano dengan mudah dimana nikel nitrat heksahidrat, nikel asetat tetrahidrat dan nikel sulfat heksahidrat memiliki ukuran partikel sebesar 72,16; 38,63; dan 32,84 nm. Berdasarkan hasil SEM, masing-masing prekursor memberikan struktur morfologi yang bervariasi. Prekursor nikel nitrat heksahidrat, nikel asetat tetrahidrat dan nikel sulfat heksahidrat masing-masing membentuk spherical, rod dan hexagonal. Pengamatan menggunakan XRD prekursor nikel nitrat heksahidrat dan nikel asetat tetrahidrat menunjukkan struktur kristal kubik, sedangkan nikel sulfat heksahidrat berstruktur kristal monoklinik dimana masing-masing menunjukkan impuriti atau pengotor dari substansi samping yang terbentuk.

Gambar 3. SEM dari prekursor nikel nitrat heksahidrat (a), nikel asetat tetrahidrat (b) dan nikel sulfat heksahidrat (c) [8]

Daftar Pustaka

1.    T.K. Kim, M.N. Lee, S.H. Lee, Y.C. Park, C.K. Jung,dan J.H. Boo, 2005, Thin Solid Films, 475: 171-177.

2.    M. Hema, A.Y. Arasi, P. Tamilselvi, dan R. Anbarasan, 2013, Chemical Science Transaction, 2(1): 239-245.

3.    S. Rahim, S. Radiman, dan A. Hamzah, 2012, Sins Malaysiana, 41(2): 219-224

4.    S. K. W. Ningsih, 2016, Sintesis Anorganik, UNP Press.

5.    Y. Rilda, S. Arief, A. Dharma dan A. Alif, 2010, Jurnal Natur Indonesia, 12(2): 178-185.

6.    A. Setyani dan E. A. P. Wibowo, 2017, Jurnal Ilmiah Sains, 17(1): 26-29.

7.    A. S. Almu’minin, T. Haryati, dan T. Mulyono, 2016, Jurnal Ilmu Dasar, 17(2): 65-72.

8.    S. K. W. Ningsih dan M. Khair, 2017, Makara Journal of Science, 21(1): 19-24.

Baca juga Teknik Sintesis Hidrotermal disini.

Baca juga Teknik Sintesis Solvotermal disini.