Superhydrophobic Coating untuk Self Cleaning Glass

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.