Alat Penerangan Efisien dari Hibrid Material Berbahan Dasar Inorganic Aerogel dan Metal-Organic Phosphor

Teknologi hemat-energi untuk perumahan kini mengutamakan efisiensi dari sumber cahaya yang dihasilkan. Teknologi yang terkenal sebagai sumber penerangan atau cahaya di pasaran yakni CRT (Cathode Ray Tube) dan OLED (Organic Light Emitting Diodes). Salah satu inovasi teknologi hemat energi yang dapat bersaing dengan dua macam teknologi tersebut adalah anorganik LED (Light Emitting Diodes) dari flat lightning devices. Efisiensi dari anorganik LED ini sudah mencapai 250 – 325 lm/W. Namun, kekurangan dari perangkat ini adalah pola titik sebaran emisi cahaya. Berbagai macam light-scattering system digunakan untuk menciptakan flux cahaya yang terdistribusi (menyebar) yang mana hal tersebut dapat menurunkan efisiensi energi dari lampu LED.

Salah satu pengembangan material baru yakni menggunakan silika aerogol. Aerogol merupapakan material padat dengan densitas rendah (0,003 – 0,3 g/cm3), luas permukaan spesifik tinggi sampai dengan 1.500 m2/g, dan ukuran pori 10-20 nm. Berdasar karakteristik struktur, aerogel dapat digunakan untuk superinsulation, katalis, supercapacitators, sorbents, carrier dengan efektivitas tinggi untuk substansi aktif, dan sebagainya. Aerogel dapat diproduksi berdasarkan berbagai macam prekusor seperti inorganic substance, polymers, dan biopolymers.

Dalam hal ini akan dibuat material luminesensi hybrid dengan silika aerogel sebagai matriks anorganik light-scattering dan fosfor sebagai pengkonversi. Material-material umum yang digunakan sebagai pengkonversi pada lampu LED antara lain garnet phosphor dan bahan yang dimasukan ke dalam orgnaik stabil seperti poliamida, poliakrilamida, atau polidimetilsiloksan.

2.1. Bahan

Tetraethoxysilane (TEOS) (99.5%), asam klorida (HCl) (99.995 wt% 38%), amonia (NH3) (99.999 wt% 25%), Al(NO3)3 (99.95 wt%), air yang dimurnikan, mineral acid, dan 8-hydroxyquinoline (99,999 wt%).

2.2. Sintesis Aerogel

Sintesis gel silica dilakukan dalam 2 tahapan yaitu pembentukan sol dan gelatin. Pada tahapan preparasi sol, bahan seperti TEOS, 2-propanol, dan larutan HCl diaduk selama 10 menit. Campuran disimpan dalam keadaan

tertutup pada suhu ruangan selama 24 jam untuk proses hidrolisis. Selanjutnya, amonia ditambahkan ke dalam sol dan diaduk selama 2-3 menit. Hasil pengadukan dituang ke dalam cetakan untuk pembuatan gel monoliths. Proses terbentuknya gel berlangsung selama 5-30 menit dan material hasil tetap di simpan dalam cetakan kurang lebih 24 jam. Gel akan di simpan dengan volume empat kali lipat dari 2-propanol. Variasi konsentasi rasio antara TEOS dengan 2-propanol dilakukan untuk memberikan pengaruh pada karakteristik akhir dari aerogel.

2.3 Sintesis dan Purifikasi Metal-Organic Phosphor

Sintesis tris(8-hydroxyquinoline)alumunium dilakukan dengan solven 2-propanol (pH=10) pada suhu 50℃ dan diaduk secara kontinyu selama 1 jam. Larutan air jenuh 1,63 g Al(NO3)3 ditambahkan secara tetes demi tetes ke dalam larutan hangat yang diaduk (1,90 g 8- hydroxyquinoline (8-Hq) dalam 50 ml 2-propanol) diikuti dengan penambahan 3 ml larutan NH4OH hingga pH menjadi 9.

Pengadukan dilakukan dengan pemanasan dan kondisi dipertahankan selama 1 jam. Prose selanjutnya adalah pendinginan dan penyaringan. Endapan yang tersaring dicuci dengan n-heksana. Material akhir yang diperoleh berupa serbuk berwarna kuning muda. Hasil akhir dipurifikasi dengan vacuum sublimation.

2.4. Sintesis Hybrid Material (Silica Aerogel dan Metal-Organic Phosphor)

Untuk menghasilkan material hybrid dari silica aerogel dan metal-organic phosphor (HM-LS), tris(8-oxyquinoline)alumunium atau Alq3 dimasukkan ke silika gel sebelum dilakukan supercritical drying dengan difusi dari larutan menuju bagian berpori. Gel ini sebelumnya disintesis dalam 2-propanol dengan solvent aseton. Rasio antara gel dengan aseton dijaga sebesar 1:4. Proses penggantian dilakukan dengan pengadukan secara kontinyu selama 24 jam dan diulangin sebanyak tiga kali untuk meminimalkan residu dari 2-propanol.

Larutan Alq3 kemudian dimasukkan ke dalam gel yang berisi aseton agar Alq3 dapat masuk ke dalam pori. Rasio volume gel dengan Alq3 sebesar 1:4. Proses ini dilakukan selama 24 jam dengan disertai pengadukan.

2.5. Proses Supercritical Drying untuk Fabrikasi Aerogel

Proses pengeringan silika gel dan silika gel yang terinterkalasi oleh Alq3 dilakukan dengan medium karbon dioksida supercritical menggunakan peralatan laboratory set up. Proses berlangsung dengan CO2 mengalir dari tangki menuju kondenser dengan tekanan 60 bar dan akan didinginkan sampai suhu 298 K untuk mencegah pembentukan fasa gas. Sebuah pompa memberikan tekanan udara pada apparatus. Sebelum dimasukkan ke dalam apparatus, CO2 dipanaskan dengan heat exchanger untuk mencapai kondisi supercritical. Kontrol temperature, tekanan, laju alir massa pada peralatan dilengkapi thermocouple, flow-controller, pressure probe, dan komputer personal untuk menjalankan proses monitor, dan penyimpanan data.

Sebelum proses berlangsung, gel di dalam pelarut organik diletakkan pada apparatus bertekanan tinggi dan tertutup rapat. Karbon dioksida (CO2)

dialirkan menuju apparatus dan parameter proses ditetapkan pada suhu 313 K dan tekanan 120 bar. Laju alir CO2 melalui apparatus bertekanan tinggi sebesar 500 g/jam. Proses berjalan selama 6 jam dan dijaga pada kondisi operasi yang sudah ditetapkan. Setelah itu, proses depressurization (penurunan tekanan) dilakukan dengan laju tidak lebih dari 4 bar/menit dan aerogel dikeluarkan dari apparatus.

Location:

Share :