Modifikasi Struktur Permukaan Material Superhidrofobik berbasis SiO2 dari Pasir Silika Alam Indonesia

Silvia, Linda (2026) Modifikasi Struktur Permukaan Material Superhidrofobik berbasis SiO2 dari Pasir Silika Alam Indonesia. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7001202001-PHD_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (6MB) | Request a copy

Abstract

Material superhidrofobik telah menjadi fokus penelitian global karena aplikasinya yang luas, meliputi permukaan pembersihan mandiri, pelapis antikorosi, antikabut, dan pengurangan gesekan air. Prinsip dasarnya terinspirasi dari efek daun teratai, dimana permukaannya menunjukkan sifat superhidrofobik dengan sudut kontak air ≥150°. Namun, sebagian besar material superhidrofobik yang ada saat ini dikembangkan dari bahan sintetis dengan biaya tinggi dan keterbatasan keberlanjutan. Oleh karena itu, penelitian ini mengusulkan pemanfaatan sumber daya alam Indonesia berupa pasir silika sebagai material dasar, yang dimodifikasi menjadi silika superhidrofobik melalui penggunaan surfaktan cetyltrimethylammonium bromida (CTAB) dan pendekatan rekayasa dimensi struktural. Solusi yang dilakukan melalui sintesis SiO₂–CTAB menggunakan metode sol–gel dengan prekursor metiltrimetoksisilan (MTMS) dan variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0–2,25 wt%. Selain itu, dilakukan rekayasa komposit berbasis SiO₂ amorf (SA) dan fasa kristobalit (SC) dengan kandungan SC 0–6 wt%. Strategi ini bertujuan membentuk struktur hirarki mikro–submikro pada permukaan material yang berperan penting dalam meningkatkan sifat superhidrofobik. Keterbaruan penelitian ini terletak pada penggabungan pasir silika alam Indonesia dengan teknik modifikasi struktural berbasis surfaktan dan pengendalian fasa kristobalit, sehingga diperoleh material superhidrofobik berstruktur hirarki yang tidak hanya memiliki performa tinggi tetapi juga bersumber dari material lokal yang keberadaannya melimpah di alam. Pendekatan semiempiris berbasis pemodelan sudut kontak air dengan metode kerucut terbuka 3D juga digunakan untuk mendukung hasil eksperimen dan memberikan kontribusi yang memperkuat analisis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi CTAB berbanding lurus dengan kenaikan sifat hidrofobik, dengan nilai sudut kontak air maksimum 126,1 ± 0,8° pada pelapisan plat baja. Untuk komposit SA/SC, nilai sudut kontak air tertinggi diperoleh sebesar 150,3 ± 1,7° pada bentuk bulk green compact, yang menunjukkan sifat superhidrofobik, sedangkan pada pelapisan SA/SC6 diperoleh sudut kontak air sebesar 132,6 ± 4,1°. Penambahan SC terbukti memberikan pengaruh signifikan pada pembentukan struktur hirarki dan sesuai dengan prediksi model semiempiris. Penelitian ini menunjukkan potensi material superhidrofobik berbasis SiO₂ dari pasir silika alam Indonesia untuk berbagai aplikasi di masa mendatang.
======================================================================================================================================
Superhydrophobic materials have become a major focus of global research due to their wide range of applications, including self-cleaning, anti-corrosion, anti-fogging, and drag reduction. The fundamental principle is inspired by the lotus effect, where the surface exhibits superhydrophobic behavior with a water contact angle of ≥150°. However, most existing superhydrophobic materials are developed from synthetic substances with high costs and limited sustainability. Therefore, this study proposes the utilization of Indonesia’s natural silica sand as the base material, modified into superhydrophobic silica through the incorporation of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant and structural dimension. The approach involves the synthesis of SiO₂–CTAB using the sol–gel method with methyltrimethoxysilane (MTMS) as the precursor and CTAB concentrations ranging from 0 to 2.25 wt%. Furthermore, composites were prepared using amorphous silica (SA) and cristobalite phase (SC) with SC contents ranging from 0 to 6 wt%. This strategy aims to create hierarchical micro–submicro structures on the material surface, which play a crucial role in enhancing superhydrophobicity. This study introduces a novel approach by integrating Indonesia’s natural silica sand with surfactant-assisted structural modification and cristobalite phase control, achieving hierarchically structured superhydrophobic materials with high performance and derived from abundant local resources. A semi-empirical approach based on water contact angle modeling using a 3D open-cone method was also employed to support the experimental results and strengthen the analysis. The findings indicate that increasing CTAB concentration directly correlates with enhanced hydrophobic properties, with a maximum water contact angle of 126.1 ± 0.8° achieved on steel plate coatings. For SA/SC composites, the highest water contact angle of 150.3 ± 1.7° was obtained in the form of bulk green compact, demonstrating superhydrophobic behavior, while SA/SC6 coatings exhibited a water contact angle of 132.6 ± 4.1°. The addition of SC was found to significantly influence the formation of hierarchical structures, consistent with the semi-empirical model predictions. This study highlights the potential of SiO₂-based superhydrophobic materials derived from Indonesia’s natural silica sand for various future applications.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	SiO2, MTMS, surfaktan, hirarki, pasir silika, superhidrofobik, SiO2, MTMS, surfactant, hierarchical, silica sand, superhydrophobic
Subjects:	Q Science Q Science > QC Physics Q Science > QC Physics > QC173.4.C63 Composite materials
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Linda Silvia
Date Deposited:	03 Feb 2026 02:32
Last Modified:	03 Feb 2026 02:32
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/131811

Actions (login required)

View Item