8/8/2019 Aerogel Silika

http://slidepdf.com/reader/full/aerogel-silika 1/3

Silika Aerogel sebagai Bahan Penyerap Energi Kinetik 

Barkatul Aulia 0807121133

Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau

1. PENDAHULUAN

Aerogel merupakan salah satu koloid

dimana fase pendispersi berupa padatan dan

fase terdispersi berupa gas. Aerogel dibuat

dari bahan curah dengan desitas rendah dan

memiliki pori-pori, yang diperoleh dari gel

dimana komponen liquid digantikan dengan

gas. Sehingga aerogel memiliki komposisi

99.8% udara, dan padatan selebihnya.

Aerogel pertama kali dibuat pada tahun

1931, Samuel S. Kistler  menemukan carauntuk membuat aerogel Ia menyatakan

"Obviously, if one wishes to produce an

aerogel, he must replace the liquid with air 

 by some means in which the surface of the

liquid is never permitted to recede within

the gel. If a liquid is held under pressure

always greater than the vapor pressure, and

the temperature is raised, it will be

transformed at the critical temperature into a

gas without two phases having been present

at any time." (S. S. Kistler,  J. Phys. Chem.34, 52, 1932).

Sifat dari aerogel sendiri yaitu memiliki

densitas yang rendah, isolator yang baik.

Dengan sifat yang dimiliki oleh aerogel

maka aerogel banyak digunakan sebagai

insulator, adsorber, detektor, dll.

2. PEMBUATAN AEROGEL

2.1 Sol-Gel Chemistry

Pembentukan aerogels, secara umum,

terdiri dari dua langkah, yaitu pembentukan

gel basah, dan pengeringan gel basah.

Awalnya, gel basah dibuat oleh larutan air 

natrium silikat, atau bahan serupa.

Sementara proses ini berlangsung, reaksi

  pembentukan garam dalam gel yang harus

dihilangkan dengan cara washings

(pencucian berulang-ulang). Pembuatan

aerogel dibagi dua yaitu single step dantwostep aerogel. Kemudian melewati proses

aging dan soaking, lalu proses pengeringan

melewati titik kritis (supercritical driying).

2.2 Single-Step vs. Two-Step Aerogels

A. Single-Step Base Catalyzed Silica

Aerogel

Proses ini memproduksi aerogel dengan

densitas 0.08 g/cm3. Pembuatan gel

 berlangsung selama 60-120 menit, The gel

time should be 60-

120 minutes, tergantung dengan temperatur.Mix two solutions:

• Silica solution terdiri dari 50 mL TEOS,

40 mL ethanol.

• Catalyst solution terdiri dari 35 mL

ethanol, 70 mL water, 0.275 mL 30%

ammonia cair, dan 1.21 mL 0.5 M

ammonium fluoride.

• Perlahan lahan ditambahkan katalis ke

campuran silica dengan dilakukan

 pengadukan.

• Tuangkan campuran ke dalam cetakansampai terjadi pembentukan gel.

B. Two-Step Acid-Base Catalyzed Silica

Aerogel

Proses ini memproduksi aerogel dengan

densitas 0.08 g/cm3. Pembentukan gel yaitu

selama 30-

90 menit, tergantung temperatur.

Mix two solutions:

• Silica solution terdiri 50 mL

 precondensed silica (Silbond H-5, atauequivalent), 50 mL ethanol

• Catalyst solution terdiri 35 mL ethanol,

75 mL water, dan 0.35 mL 30% ammonia

cair.

• Perlahan lahan ditambahkan katalis ke

campuran silica dengan dilakukan

 pengadukan.

• Tuangkan campuran ke dalam cetakan

sampai terjadi pembentukan gel 

2.3 Aging and Soaking

8/8/2019 Aerogel Silika

http://slidepdf.com/reader/full/aerogel-silika 2/3

Proses ini merupakan proses hidrolisi

dan kondensasi alkoksida silikon. Yaitu

  proses untuk memperkuat jaringan silika.

dengan mengendalikan pH dan kadar air 

meliputi. Proses aging menggunakan gel

katalis basa dengan perendaman gel dalam

alkohol/campuran air dengan proporsi yangsama dengan sol asli pada pH 8-9

(amonia)dan dibiarkan 48 jam.

Setelah proses aging, semua air yang

masih terkandung dalam pori-pori harus

dibuang sebelum pengeringan. Dilakukan

dengan merendam gel dalam alkohol murni.

lama waktu yang dibutuhkan untuk proses

ini tergantung pada ketebalan gel.

2.4 Supercritical Drying

Proses terakhir dan yang paling pentingdalam pembuatan aerogels silika, yaitu

 pengeringan superkritis. Ini adalah di mana

cairan di dalam gel dihapus, hanya

menyisakan jaringan silika. Prosesnya

adalah sebagai berikut:

alcogels ditempatkan dalam autoclave (yang

telah diisi dengan etanol). Bertekanan 750-

850 psi dengan CO2 dan didinginkan hingga

5-10 °C. cairan CO2 kemudian di flush ke

dalam vessel sampai ethanol hilang dari

vessel dan gels. Saat gels bebas dari ethanolvessel dipanaskan pada temperatur dibawah

temperatur kritis CO2 (31°C). Penambahan

suhu meningkatkan tekanan dengan

mengeluarkan CO2 tekanan dapat dijaga

dibawah tekanan kritis CO2 (1050 psiproses

 berlangsung selama 12 jam sampai 6 hari.

Pada titik ini aerogel telah terbentuk.

3. SILICA AEROGEL SEBAGAI

ADSORBEN ENERGY KINETIK 

Adsorben energy kinetic yaitu bahan

untuk menyerap energi kinetik akibat

deformasi plastik, deformasi elastis, patah

getas, atau dengan dinamika fluida gas atau

cairan di dalam materi. Silika aerogels

sebagai anorganik padat, pada dasarnya

rapuh. Sepertinya tidak mungkin sebagai

 bahan bantalan/pelindung. Namun, aerogel

memiliki densitas yang sangat rendah

sehingga saat pecah, karena tekanan terjadi

secara bertahap sehingga memakan waktuyang cukup lama. Selaiin itu sebagai bahan

yang berpori, sehingga gas yang terkandung

didalamnya terdesak keluar saat aerogel

tersebut rusak/pecah. Gas harus melewati

 pori-pori yang sangat kecil (~20-50 nm), gas

dengan cepat melewati pori-pori dan

menyerap sejumlah besar energi. Oleh

karena itu, energi yang ditimbulkan untuk memecahkan aerogel silika diserap dengan

cara pelepasan gas dari dalam material

(aerogel).

Bahan yang efektif untuk digunakan

dalam perangkat keamanan akan berfungsi

untuk meminimalkan gaya dirasakan oleh

objek (atau orang) yang akan dilindungi.

Hal ini biasanya dilakukan dengan

menyebarkan perlambatan objek yang

 berdampak selama periode waktu yang lebih

lama. Grafik di bawah ini menunjukkan  beban terhadap waktu untuk sampel silika

aerogels, dan dua bahan lainnya. Sampel

dengan sisi kubus 5 cm dan hancur oleh

  berat 8 lb dengan percepatan 11 ft/det.

Kurva merah merupakan aerogel silika

dengan kepadatan 0.1 g/cm3, polystyrene

kurva kuning, dan hijau adalah

  polypropylene busa elastomer.

Fig. 1 load beban terhadap waktu

Plot menunjukkan bahwa baik aerogeldan busa polystyrene mengurangi beban

maksimum yang dihasilkan pada tingkat

yang sangat rendah. Akan tetapi, busa

  polistiren sering digunakan sebagai bahan

yang lebih tepat daripada silika aerogel.

Akan tetapi, Banyak busa organik 

menghasilkan sejumlah besar rebound

ketika terkena impact . Hal Ini sebagian

energi diserap oleh bahan kembali ke objek 

yang terkena dampak itu (seperti kepala

manusia). Efek pantulan ini sering bisamengakibatkan kerusakan lebih lanjut untuk 

8/8/2019 Aerogel Silika

http://slidepdf.com/reader/full/aerogel-silika 3/3

obyek yang dilindungi. Plot defleksi (jarak 

digerakkan oleh objek berdampak) vs waktu

untuk aerogel silika dan polistiren

ditunjukkan di bawah ini menunjukkan

 perbedaan bahan-bahan tersebut

Fig 2. Deflection vs waktu

The polistiren (kuning), yang bersifat elastis

dan plastis, dihancurkan oleh berat badan

(defleksi positif) tapi kemudian akan

kembali ke fraksi besar volume awalnya.

Sebaliknya, silika aerogel (merah) energy

akan terserap pada jarak tertentu ke dalam

 bahan dan kemudian berhenti sama sekali

tanpa memantul. Ini merupakan fenomena

yang penting untuk dipertimbangkan ketika

mengembangkan bahan untuk keamanan

dan peralatan pelindung.

Permasalahan Lingkungan

Produksi dan penggunaan aerogels

silika ramah lingkungan. Tidak ada limbah

 berbahaya yang dihasilkan secara signifikan

selama produksi. Pelepasan aerogels silika

sangat wajar. Di lingkungan, mereka cepat

menjadi serbuk halus pada saat hancur yang

 pada dasarnya identik dengan salah satu zat

yang paling umum di bumi, yaitu pasir.

Selain itu, aerogels silika benar-benar tidak 

 beracun dan tidak mudah terbakar. Hal ini

sangat menjanjikan apabila silica aerogel

digunakan sebagai bahan pelindung dan

dapat menghilangkan penggunaan plastik 

Potensi Penggunaan

Sifat aerogels silika sebagai penyerap

energy kinetic ini dapat digunakan dalam

  berbagai aplikasi. misalnya perlindungan

  pribadi dalam kendaraan bermotor, perlindungan peralatan yang sensitif seperti

  perekam data penerbangan pesawat, dan

  perlindungan peralatan elektronik seperti

hard drive untuk laptop.

4. KESIMPULANSilika aerogel sebagai bahan yang

memiliki densitas yang rendah dan berpori

dapat digunakan sebagai bahan penyerap

energy kinetik. Sehingga dapat digunakan

sebagai bahan pelindung.

DAFTAR BACAAN

• ----------------, Aerogel, www.cdcc.

nasa.gov, diakses tanggal 30 mei 2010

• ----------------, 2010, Aerogel, http://en. 

wikipedia.org/wiki/Aerogel, diaksestanggal 30 mei 2010

• Hunt, Arlon., Michael, ----, Silica

aerogel:  How Silica Aerogels are Made,

Silica Aerogels for Absorbing Kinetic Energy, diambil dari web:

http://www.sps.aero/Key_ComSpace_Art

icles/TSA-

009_White_Paper_Silica_Aerogels.pdf