Superhydrophobic Coating untuk Self Cleaning Glass
Robet Fransiska M A 13310088
I. Pendahuluan
Kaca sebagai material transparan telah digunakan untuk kehidupan
sehari-hari. Contohnya adalah untuk perabot rumah tangga, cermin, jendela,
material bangunan, dan aquarium. Kaca kemudian mengalami perkembangan yang
pesat terutama untuk satu dekade ini dalam industri pembuatan kaca. Pada
perkembangan selanjutnya, industri kaca berkembang dengan mengembangkan kaca
pada sifat termal, sifat optik, sifat mekanik, perlindungan dan sifat elektrik
dari material kaca. Penggunaan kaca pada beberapa aplikasi membutuhkan
pembersihan dari air yang lengket pada kaca tersebut. Contohnya adalah kaca
jendela dan kaca mobil. Para peneliti
berupaya mengembangkan material pelapis kaca yang memiliki sifat anti air (hidrofobik)
namun tetap transparan.
Contoh material alam yang memiliki sifat anti air adalah daun
teratai.Para ahli kemudian menemukan bahwa fenomena sifat daun teratai dapat
digunakan untuk mekanisme pembersihan diri (self cleaning). Struktur permukaan
daun teratai yang unik menyebabkannya tidak basah jika terkena air, butiran air
akan menggumpal dan mengumpulkan kotoran yang dilewatinya seperti lumpur
danserangga bersamanya. Permukaan daun teratai sesungguhnya kasar dalam skala
nano yaitu terdapat tonjolan-tonjolan kecil yang menahan air agar tidak
merembes masuk ke dalam daun.
Disamping anti basah, keuntungan dari hidrofobik adalah dapat
mengurangi gesekan permukaan dengan air dan juga adanya efek self cleaning yang
menyebabkan permukaan terlihat selalu bersih. Dengan memperhatikan fenomena tersebut,
dikembangkan teknologi modifikasi lapisan permukaan untuk mendapatkan efek
hidrofobik atau bahkan superhidrofobik.Salah satu tujuannya adalah untuk
diaplikasikan pada kaca.
Dikarenakan fungsinya sebagai media maupun bahan yang tembus pandang,
maka untuk dapat digunakan sebagai pelapis kaca dibutuhkan sifat tambahan
selain hidrofobik pada bahan lapisanyaitu transparan. Untuk mendapatkan sifat
transparan tersebut maka digunakan bahan silika nano sebagai filler lapisan
hidrofobik.
II. Superhidrofobik
Untuk mengukur tingkat kebasahan suatu permukaan biasanya digunakan
sudut kontak sebagai acuan. Kondisi hidrofobik dapat tercapai jika sudut kontak
air dengan permukaan melebihi 90˚, sedangkansuperhidrofobik yaitu keadaan
ketika sudut kontak air dengan sebuah permukaan lebih dari 150˚.
Permukaan yang memiliki energi permukaan yang rendah cenderung untuk
menjadi hidrofobik karena air tidak tertarik secara kuat sehingga sudut kontak
menjadi lebih besar. Salah satu cara
untuk mendapatkan permukaan superhidrofobik adalah dengan mengatur Roughness
permukaan.Roughness adalah perbedaan antara area planar dan area permukaan
sesungguhnya. Are planar mengasumsikan permukaan halus dari suatu lapisan
di mana area aktual memperhitungkan
bukit dan lembah dari permukaan. Untuk mengurangi energi permukaan, dapat digunakan
fluorocarbon. Fluorocarbon dalam bentuk adsorption film dikenal sebagai molekul
organik yang memiliki permukaan energi yang paling rendah. Akan tetapi untuk
mendapatkan keadaan superhidrofobik, harus dilakukan modifikasi Roughness
permukaan. Ada dua cara untuk melakukan modifikasi roughness, yakni membuat
struktur kasar pada permukaan hidrofobik (Sudut kontak>90°) atau
memodifikasi permukaan kasar dengan menggunakan material dengan energi
permukaan yang rendah.
III. Sintesis Silika Nano
Salah satu cara untuk mendapatkan silika berukuran nano adalah melalui
proses stober. Proses stober terdiri dari dua tahap yaitu hidrolisis dan
polikondensasi. Pada tahap hidrolisis, Tetraetil silikat ditambahkan ke air
yang berlebih yang mengandung alkohol molar-massa rendah seperti etanol dalam
suasana basa. Etanol berfungsi sebagai katalis dalam proses hidrolisis
tersebut. Untuk mendapatkan pH basa 11 sampai 12, maka dapat digunakan amonia
(NH3). Dari proses hidrolisis, didapatkan silikon tetrahidroksida. Larutan
silikon tetrahidroksida yang dihasilkan kemudian diaduk dalam etanol yang
mengandung amonia untuk proses polikondensasi. Ari proses polikondensasi,
dihasilkan partikel silika memiliki diameter antara 50 dan 2000 nanometer
tergantung pada jenis ester silikat, jenis alkohol dan rasio volume yang
digunakan. Proses tersebut disebut proses stober. Proses stober dapat di tuliskan
sebagai berikut:
IV. Metode Pembuatan Lapisan Superhidrofobik
Dip coating adalah suatu proses yang digunakan untuk pembuatan lapisan
superhidrofobik. Pada proses pelapisan ini, biasanya di bagi menjadi beberapa
langkah yaitu perendaman (immersion), dimana substrat ini direndam dalam
larutan bahan lapisan pada kecepatan konstan. Kemudian Start-up, dimana substrat
telah berada di dalam larutan untuk sementara waktu dan mulai ditarik ke atas.
Kecepatan menentukan ketebalan lapisan (penarikan lebih cepat memberikan bahan
pelapis yang lebih tebal). Pengeringan, dimana kelebihan cairan akan mengalir
dari permukaan. Penguapan (evaporation), dimana pelarut yang menguap dari cair,
membentuk lapisan tipis. Pada proses dip coating ini, kecepatan alat sangat
berpengaruh pada tiap langkah yang dilalui. Untuk itu, perlu diperhatikan dalam
pengontrolan kecepatan gerak alat agar hasil pelapisan bahan semikonduktor
mencapai hasil yang sesuai dengan kebutuhan.