Prosiding Kimia FMIPA Pemanfaatan Motor DC dari Mesin Fotokopi

Prosiding Skripsi Semester Genap 2010/2011
SK
SK-091304
Pemanfaatan Motor DC dari Mesin Fotokopi Bekas untuk Pembuatan Spin Coater
sebagai Pelapisan Silika GF pada Slide Mikroskop sebagai Media KLTP
Syafi’ Munawir Almaki*, Fredy Kurniawan1
Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Abstrak
Telah dilakukan pembuatan spin coater dengan menggabungkan motor DC bekas bagian dari mesin fotokopi dan
mikrokontroler ATMEGA 16 yang diprogram dengan bahasa Assembly. Hasil pembuatan spincoater kemudian diuji dengan
okto coupler untuk mengetahui kecepatan yang dihasilkan. Hasil pembuatan menunjukan naiknya tegangan dapat
meningkatkan kecepatan spin coater. Kemudian spin coater ini digunakan untuk melapiskan silika GF pada slide kaca
mikroskop untuk selanjutnya digunakan sebagai plat KLTP. Pembuatan plat KLTP metode spin coater ini dilakukan pada
kecepatan 137, 250, 368, 567, 753, 854, 935, 1130 rpm. Hasil pelapisan kemudian diukur ketebalannya dengan mikroskop
optik, Hasil pengukuran menujukkan bahwa ketebalan film tipis silika GF semakin berkurang dengan bertambahnya
kecepatan. Kecepatan terendah menghasilkan 0,02 mm dan pada kecepatan tertinggi menghasilkan 0,001 mm. Pada uji
pemisahan senyawa, KLTP metode spin coater dibandingkan dengan metode pencelupan dan KLTP komersial. Pada uji ini,
pemisahan menunjukkan perbedaan hasil pemisahan yang tidak signifikan.
Kata Kunci : Pati, Bacillus stearothermophilus, α-Amilase Termostabil, Termofilik
Abstract
Spin coater fabrication have been done from recycled DC motor from copy machine combined with Atmega16 .
DC motor is controled by computer using Assembler language. The speed of the motor is monitored using octo coupler. This
spin coater then used for deposition of silica onto microscope slide glass. Then the modified silica slide is used for thin
layer chromatography (TLC). The speed at deposition was varied ( 137, 250, 368, 567,753,854, 935,1130 rpm).The
influence of thickness of silica is obseved using microscope optic. The lowest speed 137 rpm yield 0,02 mm and the fastest
speed at 1130 yield 0,001mm. The plates then are used for separation of ballpoint ink. The performance of the plate which
made by spincoater is compared to the plate which is made by immersed methode and the commersial plates. The result
showed that the thickness of silika decreased along with of theincreasing velocity. The result showed no significant different
in separation..
Keywords : Starch; Bacillus stearothermophilus; Thermostable α-Amylase; Thermophilic
1. Pendahuluan
Semakin pesatnya teknologi material menyebakan ikut
berkembangnya jenis dan aplikasi metode coating.
Pelapisan atau coating merupakan salah satu metode
untuk mendapatkan bentuk dan sifat baru dari suatu
material. Hingga saat ini ada beberapa teknologi yang
cukup famliar dikembangkan dibidang industri. Beberapa
diantaranya antara lain: chemical vapor deposition
(CVD), physical vapor deposition (PVD), electroplating,
spraying, dan spin coating ( Leyens, 1998). Setiap jenis
coating ini memilki sifat hasil pelapisan yang berbeda
sesuai dengan prinsip dasar pelapisannya. Hal ini yang
menyebabkan penggunaan metode coating dalam
aplikasi industri dan riset berbeda beda.
* Corresponding author Phone : +6285649268566
e-mail: [email protected]
1
Alamat sekarang : Jurusan Kimia, Fakultas MIPA,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
e-mail: [email protected]
[email protected]
Prosiding Kimia FMIPA
Pada proses CVD, wafer (substrat) diletakkan
di depan pada satu atau lebih prekursor yang bereaksi
pada permukaan substrat untuk menghasilkan deposit
yang diinginkan, kemudian dikeluarkan oleh aliran gas
melalui reaksi ruangan. Keuntungan metode ini adalah
menghasilkan lapisan dengan kemurnian yang tinggi,
Kelemahan metode ini membutuhkan instrumen besar
sehingga harganya relatif mahal (Pierson, 1966).
Electroplating memiliki cara kerja mirip
dengan elektrolisa, yaitu pelapis bertindak sebagai anoda
sedangkan material dasarnya sebagai katoda. Cara
terakhir ini yang disertai dengan perlakuan awal terhadap
benda kerja yang baik mempunyai berbagai keuntungan
dibandingkan dengan cara-cara yang lain. Kelemahan
Electroplating antara lain material pelapisan yang
terbatas pada gaya Faraday, dan hanya dapat berlaku
pada senyawa tertentu, dan permukaan yang menjadi
objek harus bersih dari pengotor apapun, sehingga
membutuhkan proses yang biayanya cukup mahal.
PVD
digunakan
untuk
meningkatkan
kekerasan dan daya tahan terhadap keausan, mengurangi
efek gesekan, dan meningkatkan daya tahan terhadap
oksidasi. Mekanismenya target material ditembaki
dengan energi agar atom- atomny lepas kemudian
ditransferkan dan didepositkan pada material yang ingin
di lapiskan. Namun, PVD juga memiliki kelemahan yaitu
beberapa proses memerlukan tekanan dan temperatur
yang tinggi, proses pada suhu yang tinggi memerlukan
sistem pendinginan yang mahal, dan biasanya kecepatan
deposisi cukup lambat (Azo, 2010). Spin coating
merupakan sebuah metode yang umum dan sederhana
untuk pelapisan material polimer pada wafer silikon.
Setelah larutan pelapis diteteskan pada wafer, sudut dari
pelapisan ditentukan dengan gaya sentrifugal yang
dikendalikan dari larutan menyebar pada wafer, dan pada
kecepatan tinggi ( 2000- 4000 rpm ) lapisan tipis
terbentuk (Hak-jukim, 2002). Metode ini memilki
keunggulan yaitu dapat mencapai ketebalan yang sangat
kecil.
Spin coater merupakan salah satu alat pelapis
atau coater yang didasarkan pada gaya sentrifugal
desposit pada substrat. Secara umum ketebalan
ditentukan kecepatan putaran dan kekentalan deposit.
Alat ini terdiri dari motor dan beberapa rangkain
elektronik yang digunakn untuk mengendalikan
kecepatan putaran. Motor DC adalah motor yang dapat
digunakan untuk membuat spin coater. Pembuaatnnya
dapat dilakukan dengan mengubah tegangan melalui PC.
Pengubahan tegangan ini dilakukan dengan bantuan
mikrokontroler. Pada penelitian ini dibuat spincoter yang
komponennya terdiri dari motor DC bekas mesin
fotokopi dan mikrokontroler.
Spin coater ini kemudian diaplikasikan untuk
pembuatan plat kromatografi lapis tipis preparatif
(KLTP). Spin coater yang akan dibuat sendiri ini
berukuran kecil atau biasa disebut sebagai instrumen kit
dan dapat dapat menghasilkan ketebalan lapisan tipis
yang relatif konsisten. Kedua hal yang tersebut dapat
dijadikan solusi untuk mengatasi ketidakmampuan
metode pencelupan (immersed methode) dalam
pengendalian ketebalan plat KLTP.
2 Prosedur Kerja
2.2.1 Pembuatan Spin coater
Mikrokontroler dirangkai dengan motor DC
dan driver motor dan okto coupler yang memiliki
potensial 24 Volt. Rangkaian alat tersebut dihubungkan
dengan komputer yang telah terinstalasi program bahasa
Assembly.
2.2.2 Pembuatan Bubur Silika
Bubuk silika GF sebanyak 22 gram dilarutkan
dalam pelarut campuran metanol dan air yang telah
diaktivasi. Perbandingan pelarut metanol dan air adalah
3:1. Metanol dan air masing-masing didinginkan pada
suhu 10oC selama 12 jam, sedangkan bubuk silika GF
dipanaskan dalam oven pada suhu 110 oC selama 1 jam
(Panji, 2008).
2.2.3 Pembuatan Plat KLTP dengan spin coater
Bubur silika dituangkan pada slide kaca yang
telah ditempatkan di atas spin coater. Slide kaca diputar
dengan kecepatan yang bervariasi antara 137, 250, 368,
567, 753, 854, 935, 1130, dan 1350 rpm.
3.2.4. Pembuatan KLTP dengan Metode Pencelupan
(Immersed Methode)
Slide kaca dimasukkan dalam bubur silika
dengan posisi miring selama 1 menit . Kelebihan silika
dibiarkan menetes. Slide kaca kemudian ditiriskan
sampai kering
Prosiding Kimia FMIPA
2.2.5 Analisa Plat KLTP menggunakan Mikroskop
Optik
Plat KLT hasil pelapisan menggunakan spin
coater dan metode celup diamati dengan mikroskop optik
OLYMPUS BX-60 dengan perbesaran 50 kali.
2.2.6
Pengujian secara Kimia Hasil Pelapisan
Spin Coater dengan Metode Pencelupan
Plat KLTP hasil pelapisan dengan alat spin coater
dan metode pencelupan di uji kemampuan
pemisahannya. Sebelum diuji , diaktivasi terlebih dahulu
dengan dipanaskan pada suhu 110 o selama 1 jam.
Kemudian dengan ditotolkan senyawa tinta lalu dielusi
menggunakan eluen aseton dan metanol dengan
perbandingan 2:2.
2.3. Hasil dan Pembahasan
Penelitian ini bertujuan untuk membuat alat
spin coater. Spin coater diaplikasikan untuk membuat
lapisan silika pada slide kaca. Selanjutnya slide kaca
yang telah terlapisis silika digunakan sebagai plat KLTP.
Karakterisasi hasil pelapisan dengan alat spin coater
diamati menggunakan mikroskop optik. Penelitian ini
dilakukan dalam tiga tahap. Tahap pertama adalah
pembuatan alat spin coater yang meliputi pembuatan
rangkaian mikrokontroler dan pembuatan software untuk
pengendali kecepatan putaran. Tahap kedua yaitu
pembuatan
bubur silika, yang diawali dengan
mengaktivasi silika metanol dan air. Tahap ketiga yaitu
karakterisasi hasil pelapisan bubur silika secara
mikroskopik.
2.3.1Pembuatan Alat spin coater
Spin coater dibuat dengan cara menyusun
beberapa rangkaian komponen IC menjadi lima bagian
pembangun mikrokontroler yaitu power suply,
mikrokontroler, dan motor driver dan motor DC, dan
software.berikut diagram blok spin coater.
2.3.1 Pembuatan Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan pengendali utama
dalam spin coater. Fungsi yaitu untuk mengendalikan
kecepatan motor DC. Pengendalian utama yang
digunakan adalah rangkaian minimum sistem
mikrokontroler ATMEGA 16. Pada rangkaian minimum
sistem mikrokontoller tersebut berfungsi untuk
membatasi tegangan yang diterima oleh motor DC untuk
memutar rotor.
2.3.2. Rangkaian Power Suply
Desain
alat
ini
secara
keseluruhan
membutuhkan satu power suply. Hal ini ditujukan untk
memudahkan dalam hal pemindahan hardware ke dalam
suatu tempat tertentu atau yang sering disebut dengan
istilah “hand held”. Adapun rangkaian untuk power
supply tersusun atas trafo 1 A, jembatan, rectifier,
regulator 7808, transistor power PN3055 sebagai penguat
arus, dan resistor power 12 ohm 5watt. Besarnya resistor
tersebut dapat dicari dengan mengukur besarnya arsu
beban yang dibutuhkan yaitu sekitar 1A, sesuai dengan
persamaan tegangan pada transistor Vce=Vcc.R1,
besarnyaVce maksimum yang besarnya resistansi dapat
diperoleh R1 = (Vcc-Vce)/Ic = (12-1,5)/1=10,5 ohm.
Untuk menjamin ketahanan dari transistor maka besarnya
R harus dipilih lebih besar dari 10,5 ohm atau sekitar
12ohm. Rangkaian power supply adalah sebagi berikut :
Gambar 4.5. Contoh Program Assembly
Gambar 4.3 Skematik Power Suply untuk Spin Coater
2.3.3 Pembuatan driver motor
Pada rangkain driver motor ini
digunakan untuk mengatur arah putaran motor DC agar
teratur. Dalam aplikasi ini putaran motor diatur oleh
perintah dari rangkaian mikrokontroler, sehingga
rangkaian driver digunakan untuk menjalankan perintah
tersebut yang kemudian keluarannya dapat memutar
motor sesuai perintah.
Perintah dari mikrokontroler diterima
oleh driver sebagai inputan 5 volt, sedangkan motor
membutuhkan 24 volt untuk berputar. Oleh sebab itu
rangkaian driver dibuat untuk meneruskan tegangan 24
volt dari Vcc+ ke keluaran jika mendapat input 5 volt.
Gambar 4.4 Hasil Desain Alat spin coater
2.3.4 Pembuatan Perangkat lunak
Spin coater yang telah dirangkai difungsikan
dengan perangkat lunak menggunakan bahasa Assembly.
Perangkat lunak ini digunakan untuk mengendalikan
putaran motor DC. Mekanismenya,bahasa Assembly akan
memberikan bahasa mnemonic yang akan memberikan
bahasa mesin pada mikrokontroler. Mikrokontroler akan
menterjmahkan bahasa ini ke dalam bentuk kode yang
pada akhirnya akan memberikan sebuah perintah untuk
melakukan perubahan tegangan sesuai yang input dari
PC. berikut adalah Hasil pembuatan perangkat lunak
ditampilkan ditampilkan pada Gambar 4.5.
Prosiding Kimia FMIPA
Pemrograman yang digunakan dalam pengisian
chip ATMEGA 16 merupakan progam Code Vision.
Proses pengompilernya selesai dengan menghasilkan file
yang berakhiran .HEX dan .LIST. Jika tidak ada
kesalahan pada listing progam maka selanjutnya lakukan
pengisian (download progam) ke IC mikrokontroller
ATMEGA16.
Pada
proses
pengisian
progam
menggunakan ATMEL dan DB9 untuk menghubungkan
ke progam Assembly dengan bentuk database yang dapat
mengecek data keypad dan beberapa nilai digital dari
penggunaan kode.
2.3.5 Motor DC
Motor DC yang digunakan adalah motor DC
bekas, yaitu diambil dari mesin fotokopi yang telah rusak
atau tidak terpakai. Alasan pemilihan jenis motor
berjenis motor DC dibandingkan motor servo ataupun
motor stepper adalah banyaknya limbah atau barang
elektronik rusak yang substansinya mengandung motor
DC lalu adanya kemampuan motor DC dikendalikan
dengan hanya mengatur input secara insitu. Hal ini
membuat Pengendalian motor DC ini dapat dilakukan
dengan mengatur voltase yang diberikan pada motor DC.
Pengaturan voltase dilakukan oleh mikrokontoler dengan
memberikan kode operasi yang diterjemahan sebagai
bahasa mesin oleh driver motor. Bahasa mesin yang di
masukan dalam driver kemudian diubah oleh driver
menjadi impuls tegangan.
Hasil pengendalian putaran motor DC
kemudian di ukur dengan okto coupler untuk memeriksa
apakah kode assembly yang diinputkan ke
mikrokontroler sudah menghasilkan kecepatan yang
sesuai. Hasil pengkalibrasian kecepatan dimunculkan
oleh Gambar 4.6.kering putih tulang. Kambourova et al.,
(1995) melaporkan bahwa B. stearothermophilus
menghasilkan sel kering sebanyak 0,9 g dalam 1 L media
(media cair + pati), sehingga hasil yang didapat setara
dengan yang pernah dilakukan oleh Kambourova et al.,
(1995).
2.3.6 Analisa Plat KLTP menggunakan Mikroskop
Optik
Analisa
ketebalan
dilakukan
dengan
menggunakan mikroskop optik untuk mengukur
ketebalan lapisan silika pada plat kaca. Kemudian
dilakukan variasi kecepatan pada kekentalan yang sama.
Kecepatan yang digunakan adalah 137, 250, 368, 567,
753, 854, 935, 1130, 1350 rpm. Hasil pelapisan
ditunjukkan pada tabel 4.5
No
Kecepat
Homogen Keronto
an
Ketebalan itas
kan
permukaa
n
1
137
0,02
-
v
2
250
0,017
-
v
3
368
0,015
-
v
4
567
0,013
V
v
5
753
0,01
V
-
6
854
0,005
V
-
7
935
0,003
V
-
8
1130
0,001
V
-
Tabel 4.1 Hasil Ketebalan Plat KLT
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 4.16 Hasil Pengujian Plat KLTP dengan
Ketebalan masing - masing (a)20µm(b) 17µm(c) 15 µm
(d)13 µm . Eluen yang digunakan Aseton danMetanol
dengan Perbandingan 2:2
Pada gambar 4.16 tampak bahwa senyawa
terpisah setelah dielusi menggunakan campuaran metanol
dsn aseton dengan perbandingan 2 : 2. Pemilihan
perbandingan ini didasarkan pada ketebalan plat KLTP.
Plat KLTP pada kecepatan 1 dan 2 berkisar anatara 0,02
dan 0,017 mm, jadi dikhawatirkan eluen tidak bisa
memsisahkan secara sempurna akibat tidak cukup
jumlahnya untuk naik ke permukaan atau ujung sisi atas
KLTP.Sehinggs perbandingan ini dianggap paling sesuai
untuk digunakn sebagai eluen. Pada gamabar 4.16(a) plat
KLTP pada ketebalan 0,02 menunjukkan pemisahan
yangh kurang bagus, hal ini dapat dilihat dari hasil
pemisahan senyawa, pada plat dengan ketebalan ini jarak
antara senyawa merah dan kuning cukup dekat sehingga
misalkan pada penelitian membutuhkan pengambilan
fraksi yang berwarna kuning, maka akan menemui
kesulitan dalam pengambilan fraksi tersbut karena takut
masih tercampur dengan fraksi dibawahnya. Pada
gambar 4.16(b) Tampak bahwa hasil pemisahan tinta
sudah cukup bagus. Hal ini ditandai dengan jarak
pemisahan warna ungu dan kuning sangat jauh,
sedangkan pada 4.16(c)
pemisahan senyawa tinta
menunjukkan hasil yang bagus. Hal ini ditandai dengan
adanya warna merah pada bagian tengah senyawa,
sehingga pada ketebalan ini dapat digolongakn ketebalan
yang efektif karena dapat memunculkan fraksi lain dalam
pemisahan.
(e)
(f)
(g)
(h)
Gambar 4.17 Hasil Pengujian Plat KLTP dengan
Ketebalan masing - masing (e)10µm(f) 5µm(c) g µm (h)1
µm . Eluen yang digunakan Aseton dan Metanol dengan
Perbandingan 2:2
Prosiding Kimia FMIPA
Pada gambar 4.16( d) juga menunjukkan hasil
yang bagus, hampir sama dengan gambar sebelumya
yaitu adanya warna merah pada bagian KLTP, namun
lebih tampak pudar. Hal ini disebabkan ketebalan pada
plat lebih tipis dibandingkan gambar sebelumnya.Untuk
gambar 4.17 (e) hasil pemisahan tinta cukup bagus, Hal
ini dapat dilihat dari jarak pemisahn yang cukup jauh,
begitu juga dengan gambar 4.17 (f) jarak antara warna
ungu dan kuning cukup jauh, namun pada gamnbar
4.17(g) plat KLTP pada ketebalan ini menunjukkan hasil
yang bagus, hal ini ditandai terdapatnya tipe yang tidak
sama dengan dua hasil sebelumya, yaitu muncul sedikit
warna merah pada bagian antara ungu dan kuning,
sebagai mana gambar 4.16(c) dan 4.16(d) Pada gambar
4.17 (h) menunjukkan pemisahan yang cukup bagus. Hal
ini terlihat dari naiknya warna kuning yang begitu naik
sehingga membuat hampir tidak tampak. Hal ini berarti
fase diam dari kromatografi dalam hal ini adalah silika
GF mampu mendistribusikan senyawa lebih baik
dibandaing hasil sebelumnya. Sedangkan perbandingan
dengan KLTP komersial ditunjukkan oleh gambar 4.18
Gambar 4.4.3 Hasil Pemisahan Senyawa Tinta
menggunakan KLTP Komersial dengan Ketebalan 0,8
µm
Pada Gambar 4.4..3 tampak bahwa KLTP
komersial ini dapat memisahkan senyawa tinta menjadi
dua bagian. Hal ini tidak jauh berbeda dengan KLTP
yang pembuatannya melalui metode spin coating. Hal ini
disebabkan ketebalan plat KLTp komersial ini tidak jauh
berbeda dengan yang dibuat sendiri tersebut yaitu sekitar
0,001 mm. Hal ini menunjukkan bahwa hasil pembuatan
plat KLTP dengan spincoater yang dibuat dapat membuat
KLTP standar sebagaimana platKLTP komersial.
4. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari
penelitian ini adalah mikrokontroler Atmega 16
dirangkaikan dengan motor DC bekas mesin fotokopi
dihubungkan dengan motor driver dan dijalankan dengan
program Assembly dapat digunakan untuk membuat alat
spin coater. Spin coater tersebut dapat digunakan untuk
melapiskan silika GF pada slide kaca mikroskop untuk
selanjutnya dapat digunakan sebagai KLTP. Ketebalan
Plat KLTP dapat ditentukan,dengan mengatur kecepatan
putar
spin coater. Pada kecepatan 137 rpm
menghasilkan 0,02 mm, kecepatan 250 rpm
menghasilkan ketebalan 0,17 mm, pada kecepatan 368
menghasilkan ketebalan plat KLTP 0,015 mm, pada
Prosiding Kimia FMIPA
kecepatan 567 rpm menghasilkan ketebalan 0,01 mm,
sedangkan pada kecepatan 854 rpm menghasilkan 0,005
mm, pada kecepatan 935 rpm menghasilkan 0,003 mm,
serta pada kecepatan 1130 rpm menghasilkan 0,001 mm.
Ucapan Terimakasih
1. Dr. rer. nat, Fredy Kurniawan, M.Si atas
dukungan, bimbingan, dan motivasi yang
diberikan
2. Orang Tua dan keluarga ats semua dorongan, dan
dukungan moral spritul yang diberikan.
3. Rekan –rekan kimia ITS
4. Serta pihak lain yang tidak dapat disebutkan.
Daftar Pustaka
Hak-Jukim et.al.(2002). Preparation of tungsten metal
film by spin coating method.Korea
University.Korea.
Pierson,H.O.(2001). Handbook of Chemical Vapor
Deposition
(CVD)
Principles,
Technology and Applications (2nd
Edition).
William
Andrew
Publishing.NY.
Donald M. (1998).Handbook of Physical Vapor
Deposition (PVD) Processing:
Film
Formation,
Adhesion,
Surface
Preparation and Contamination Control..
Westwood, N.J.: Noyes Publications.
Knovel
Mattox,
D.M.(2001).Electronics
&
Semiconductors Metals & Metallurgy
Handbook of Physical Vapor Deposition
(PVD) Processing Publisher: William
Andrew Publishing