Nanosilika merupakan bahan konstruksi yang dapat meningkatkan kekuatan beton menjadi dua kali lipat. Nanosilika diperoleh dari pasir alam melalui proses pemurnian dan penggilingan halus menjadi partikel nano. Karakteristik nanosilika antara lain memiliki luas permukaan yang besar dan dapat meningkatkan kekuatan tekan beton.

1. TUGAS RESUME MATAKULIAH FISIKA BAHAN
NANO SILIKA
Oleh :
Liya Kholida (101810201027)
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN IILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS JEMBER
2013

2. RESUME NANO SILIKA
Silikon dioksida yang juga dikenali sebagai silika (daripada Latin, silex), ialah sejenis
sebatian kimia yang merupakan salah satu oksida bagi silikon dengan formula SiO 2. Ia telah
dikenali dengan kekerasannya sejak zaman purba lagi. silika paling banyak ditemui dalam
bentuk pasir dan kuartza, dan boleh juga dijumpai di dalam dinding sel diatom. (Wikipedia,
tanpa tahun). Bahan oksida khususnya silika (SiO2) telah banyak dimanfaatkan dalam
berbagai aplikasi. Pemanfaatan silika yang paling familiar dan komersial adalah sebagai
bahan utama industri gelas, dan kaca serta sebagai bahan baku pembuatan sel surya.
Beberapa tahun terakhir pemanfaatan silika dan kalsium yang dibuat nanokomposit menjadi
kandidat bahan bioaktif yang menjanjikan untuk aplikasi perbaikan jaringan tulang
(Zhongkui, 2009), serta aplikasi di industri yang berkaitan dengan produksi pigmen,
pharmaceutical, keramik, dan katalis. Pemurnian silika yang diperoleh dari bahan alam
kemudian disintesis hingga menjadi nanosilika, dan telah berhasil disintesis nanosilika dari
abu sekam padi dengan kemurnian 98 % dengan menggunakan metode kopresipitasi (Nittaya,
2008) dan dengan menggunakan high energy milling (Van Hoek, 2002). Bahkan telah
berhasil diperoleh silika dengan kadar kemurnian tinggi (> 99 %) dari abu/limbah sampingan
industri gula (Samsudin, 2009).
Saat ini dengan perkembangan teknologi, aplikasi penggunaan silika pada industri
semakin meningkat. Terutama penggunaan silika yang memiliki ukuran 1 partikel kecil
sampai skala nano. Ukuran partikel bahan baku yang diperkecil membuat produk memiliki
sifat yang berbeda dibanding ketika ukurannya besar. Sebagai salah satu contoh silika dengan
ukuran mikron banyak diaplikasikan dalam material building, yaitu sebagai bahan campuran
pada beton. Rongga yang kosong di antara partikel semen akan diisi oleh mikrosilika
sehingga berfungsi sebagai bahan penguat beton (concrete reinforced material) dan
meningkatkan daya tahan (durability) (Hadi, tanpa tahun). Sehingga di masa yang akan
datang diharapkan konstruksi sipil seperti bangunan, jembatan terowongan bahkan di dalam
laut menjadi lebih murah dan sederhana dengan nanosilika.
A.
Nanosilica
Nanosilika merupkan suatu jenis mineral yang melimpah di Indonesia dan diolah
melalui teknologi nano. Konstruksi bangunan menjadi dua kali lebih kokoh, tahan gempa,
dan kedap air laut dengan ditemukannya bahan konstruksi nanosilika ini. Nanosilika diproses
dengan ball mill yang hasilnya menjadi lebih halus sehingga menjadi lebih kuat. Menurut
Dr Nurul Taufiqu Rochman dalam Konferensi Internasional "Advanced Material and
Practical Nanotechnology" di Serpong, Banten, Senin (04/09), pencampuran beton dengan
10% bahan nano-silica dapat membuat kekuatan beton bertambah menjadi dua kali lipatnya.

3. Peneliti dari Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)
menyatakan bahwa Indonesia memiliki potensi silika hingga miliaran ton. Bahan tersebut
dapat ditemukan di berbagai tempat seperti pantai, pegunungan, dan lain-lain sehingga dapat
diperoleh dengan mudah dan murah. Nanosilika harganya hanya 30 persen lebih mahal
daripada semen, namun kualitasnya mencapai dua kali lipat. Produksi nanosilika dalam
negeri menjadi alternatif untuk menggantikan mikrosilika yang saat ini masih diimpor dan
dengan harga relatif jauh lebih mahal. Di luar negeri, kaca-kaca bangunan tinggi sudah
menggunakan teknologi nano sehingga selalu bersih dan tak perlu perawatan. Oleh karena itu
Indonesia jangan sampai hanya menonton saja dan menjadi negara pengimpor berbagai
produk hasil teknologi nano. Namun, bangsa Indonesia harus berperan aktif bahkan menjadi
pengekspor bahan-bahan hasil teknologi nano (Antara, 2009). Di masa depan, konstruksi
sipil seperti bangunan, jembatan, terowongan, bahkan bangunan di dalam laut menjadi lebih
murah dan sederhana dengan nanosilika. Sehingga penting rasanya kita membahas bahan
nano silica ini lebih dalam lagi, berikut ini merupakan pemparan tentang bahan nanosilika.
B.
Sejarah Nanosilka
Nurul Taufiqu Rahman, peneliti senior di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia,
dikenal sebagai pakar nanoteknologi terkemuka di negeri ini. Nanoteknologi adalah
teknologi yang mengontrol zat untuk menghasilkan fungsi baru dengan menggunakan skala
nanometer (nm), yaitu ukuran satu per satu miliar meter. Ketua Masyarakat [[Nanoteknologi
Indonesia LIPI itu menghasilkan nanosilika tahun 2004, dan dipatenkan atas namanya
pada Juli 2006 dari Direktorat Jenderal Haki. Bila dicampur dalam adonan semen, nanosilika
ini dapat memperkuat beton dua kali lipat. Temuannya yang lain adalah mesin penggiling
nanopartikel High Milling 3D Motion pada 2005. Mesin penggiling ciptakannya mampu
mencacah besi sampai bahan organik ukuran nanometer atau sepermilimeter. Dengan alatnya
itu, Nurul bisa berkreasi lebih jauh, misalnya menciptakan tinta spidol berbahan dasar arang
kelapa dengan alat tersebut. Tanpa zat kimia dan berbahan organik, tinta Nurul juga ramah
lingkungan. Produksi masal tinta nano itu mulai dipasarkan di sekolah-sekolah di Tangerang.
Total Nurul punya 12 paten untuk beragam ciptaannya, nanokopi, nanoherbal, nanosabun,
nanosampo (Wikipedia).
C.
Pembuatan Nanosilika
Untuk memperoleh ukuran silika sampai pada ukuran nano/ mikrosilika perlu perlakuan
khusus pada prosesnya. Untuk mikrosilika biasanya dapat diperoleh dengan metode special
milling, yaitu metode milling biasa yang sudah dimodifikasi khusus sehingga kemampuan
untuk menghancurkannya jauh lebih efektif, dengan metode ini bahkan dimungkinkan juga
memperoleh silika sampai pada skala nano (Anonim,2011).nano kristal silika dapat disintesis

4. dengan metode kopresipitasi. Berikut gambar 1 merupakan gambar bagamaana memperoleh
nano silica dari bahan pasir alam dengan proses metode kopresipitasi (Hadi, Tanpa tahun)
Pasir Alam
Uji XRF,XRD
Direndam dalam
HCL 2M (12 jam)
Pasir + NaOH (5,6,7) M
Larutan Na2SiO3 + H2O
Stirrer 2 Jam
dengan suhu
80o
Titrasi HCL (pH ~7-8,~4-5, ~1-2)
Endapan puih
Si(OH)4 + NaCl
Pencucian dan pengeringa
silika
Gambar 1 Metode pemurnian Silika menjadi nanosilia
(Sumber: Hadi, Tanpa tahun)
Uji XRF,XRD, SEM
dengan metode kopresipitasi

5. Gambar 2 Morfologi Sem SiO2 dengan molaritas NaOH 7 M pada PH akhir ~1-2.
(Sumber;Hadi, Tanpa tahun)
Berdasar hasil pengamatan SEM dapat dilihat ukuran dibawah seratus nano dapat
teramati cwalaupun sebagian besar tampak kumpulan partikel-partikel kecil yang menyatu
membentuk partikel besar (beraglomerasi) Hal ini sebenarnya sudah dapat diprediksikan
sebelumnya dengan melihat hasil XRD dimana sampel tersebut adalah salah satu sampel
yang terbentuk kristal quartz dari hasil XRD serta search match yang dilakukan. Sampel ini
mempunyai puncak-puncak yang intensitasnya tidak terlalu tinggi tetapi melebar, dimana hal
itu merupakan salah satu karakteristik dari material yang berukuran nano. partikel SiO
Usaha untuk memperoleh silika dengan kemurnian tinggi dan ukuran partikel dalam skala
nanometer menggunakan metode kopresipitasi dilakukan beberapa perlakuan awal. Salah
satu perlakuan yang dilakukan adalah merendam pasir dalam larutan HCl 2 M selama 12 jam.
Perlakuan ini berbeda dengan perlakuan-perlakuan yang sering digunakan dalam jurnal yaitu
menggunakan perlakuan suhu. Dengan perlakuan perendaman ternyata dapat mereduksi
impuritas-impuritas yang ada dalam pasir sebelum dilanjutkan dalam proses sintesis (Hadi,
Tanpa tahun)
D. Karakteristik nano silica
1. Analisis Thermal Analysis of Materials

6. Hasil Gambar grafik di peroleh dari penelitian Jonobi et al (2011) yang mengkaji
komparasi pengaruh nanosilika alam (NS) dan nanosilika komersil terhadap beton
Hasil uji t thermal analysis of materials memperlihatkan reaktifitas nanosilika alam
masih lebih rendah dibandingkan dengan nanosilika komersil. Hal ini dapat dilihat
dari jumlah panas yang dilepas selama 170 jam. Salah satu penyebabnya adalah
nanosilika alam memiliki ukuran partikel relatif besar yakni 36-80 nm dibandingkan
nanosilika komersil yang berukuran 20-40 nm
Gambar 3. Laju pelepasan panas (Q’) dan jumlah panas (Q) yang dilepaskan selama
proses hidrasi dalam durasi 170 jam (Sumber: Jonobi et al, 2011).
Gambar 3 merupakan Kurva laju pelepasan panas dan jumlah panas yang dilepaskan
seperti terlihat dalam Gambar tersebutmemperlihatkan perbedaan dan persamaan antara
ke lima spesimen yang menjalani proses hidrasi. Laju pelepasan panas pada tahapan
awal reaksi untuk kelima spesimen berjalan dengan percepatan yaitu kecepatan reaksi
hidrasi yang meningkat dengan waktu hingga mencapai puncaknya, kemudian
mengalami perlambatan yaitu kecepatan reaksi menurun dengan berjalannya waktu
reaksi dan mendekati nilai tetap pasca waktu hidrasi 170 jam. Terdapat dua jenis kurva
yang masing-masing mewakili plot antara rate of heat hydration, Q’ atau dQ/dt”, dan
heat of hydration , Q sebagai fungsi waktu. Kurva heat flow vs waktu diperoleh
langsung dari pengujian dengan thermal analyzer yang mengukur akumulasi panas
hidrasi dari waktu ke waktu, sedangkan kurva rate of heat flow diperoleh melalui

7. diferensial kurva heat flow. Secara teoritik, nilai panas eksothermik untuk
pembentukan fasa CSH adalah 400 J/gram. Diketahui bahwa untuk OPC nilai CSH
untuk pencapaian kekuatan maksimal hanya 280 J/gr. Jadi, dengan memperhatikan nilai
heat flow, spesimen dengan kode OPC-90-NSHD-10 merupakan yang terbaik dari ke
lima spesimen uji yang ada, dant ernyata juga memiliki perilaku heat flow mirip dengan
OPC. (Jonobi et al, 2011).
Gambar 4 Sifat nano silika A. Sepesifik permukaan BET silica B) besar partikel
dari silica (Sumber: Lazaro dan Brouwers, 2010).
2.
Sifat Kelistrikan
Pada gambar 5 dan tabel 1.1 menunjukan hasil pengukuran konduktivitas termal
partikel nano silika menggunakan metode jarum probe. Uji validasi probe termal
dilakukan pada es dan THF hidrat menggunakan eksperimental kami mengatur dan
hasilnya memuaskan jika dibandingkan dengan data literatur. The nano silika yang
digunakan dalam penelitian ini adalah dengan ukuran partikel dalam kisaran 50-1000
nm. Bubuk pasir disaring dalam berbagai ukuran <75 dan 75 μ m> d> 250 μ m juga
dipelajari untuk menyelidiki ketergantungan ukuran partikel pada konduktivitas termal.
Konduktivitas termal menurun sekitar 70% pada serbuk nano silica (Chari et al, 2013).

8. Gambar 5 Konduktifitas termal pada tingkat nano (Sumber: Chari et al, 2013).
Table 1 dipendensi konduktifitas termal pada ukuran yang bereda (Sumber: Chari
et al, 2013)
3.
Sifat Mekanik
Gambar 6 dan gambar 7 merupaan gambar pengaruh kekuatan tekan nanosilika
terhadap kuat tekan yang bervariasi. Hasil Gambar grafik di peroleh dari penelitian
Jonobi et al (2011) yang mengkaji komparasi pengaruh nanosilika alam (NS) dan
nanosilika komersil terhadap beton. Gambar 3. memperlihatkan perubahan kuat tekan
pada berbagai umur beton hingga 28 hari sebagai akibat penggunaan NS dan NSHD.
Berdasarkan gambar tersebut kuat tekan beton referensi 87,7 MPa, dengan penggunaan
NS 5% meningkatkan kuat tekan menjadi 93,8 MPa (7% ), dan NS 10% meningkatkan

9. kuat tekan 89,6 MPa (2%), sedangkan pada NS 3% tidak meningkatkan kuat tekan. Pada
kasus penggunaan NS 15% justru terjadi penurunan kuat tekan menjadi 48,1 MPa (45%),
hal ini diakibatkan karena terjadinya aglomerasi (Jonobi et al, 2011).
Gambar 4. menyajikan pengaruh penggunaan NSdan NSHD pada berbagai
persentase terhadap peningkatan kua tekan. Selain itu juga akan dilakukan perbandingan
dengan penggunaan SF terhadap kuat tekan. Berdasarkan hasil penelitian yang diplot
pada gambar tersebut terlihat bahwa penggunaan nanosilika hingga 15% tidak
memberikan hasil yang signifikan untuk meningkatkan kuat tekan beton, bahkan dapat
dikatakan bahwa pada persentase yang berlebih (15%) terjadi penurunan kuat tekan beton
bila dibandingkan tanpa campuran nanosilika (Jonobi et al, 2011).
Gambar 6 Pengaruh penggunaan NA dan NSHD terhadap kuat tekan (Sumber:
Jonobi et al, 2011).
Gambar 7 Perbedaan nilai optimum campuran nanosilika dan nanosilika
ditambahkan silick fume 5% (Sumber: Jonobi et al, 2011).

10. E.
Manfaat Nanosilika
Nanosilika yang digunakan umumnya berasal dari bahan limbah industri
semikonduktor. Berdasarkan hasil penelitian, memperlihatkan penggunaan nanosilika
akan meningkatkan kuat tekan pada mortar dan beton seperti yang dilaporkan Sobolev et
al. (2008), Said dan Zeidan (2009). Sedangkan Khanzadi et al.(2010) melaporkan
pengaruh penggunaan nanosilika terhadap sifat mekanik dan durabilitas. Hasilnya terjadi
peningkatan kuat tekan dan tarik beton, hal ini diindikasikan dari reaktifitas nanosilika.
Selain itu terjadi juga peningkatan kerapatan pada Interfacial Transition Zone dan
permeabilitas beton dibandingkan dengan beton normal. Seiring dengan pesatnya
pembangunan dIndonesia seperti gedung tinggi, jembatan bentang panjang dan
infrastuktur lainnya, maka High Performance Concrete (HPC) berbasis material lokal
sangat diperlukan. HPC yang ditargetkan menghasilkan kuat tekan 100 MPa dengan
tujuan dapat digunakan menyongsong kebutuhan masa depan. Salah satu produk
komersil nanosilika dapat dilihat pada gambar 8 . Nanosilika komersil adalah nanosilika
yang telah diperdagangkan secara komersil (Jonobi et al, 2011).
Dalam jurnal penelitian sains marlina et al (2012) , melalui metode hot-press
dan metode simple milling, sekam padi, nano silika dan VAc secara efektif dapat diolah
menjadi material nanokomposit yang kuat dan ringan. 2. Didapatkan kekuatan tekan
komposit maksimum antara sekam padi dan PVAc adalah 63,71 Mpa pada tekanan 50
Mpa dan temperatur 100 C.Kemudian untuk perbandingan komposisi sekam padi, PVAc
dan nano-silika, kekuatan tekan diperoleh sebesar 70,92 Mpa.
Manfaat lain dari nanosilika yaitu dapat digunakan untuk penambahan nanosilika
pada ban yang akan membuat ban memiliki daya lekat yang lebih baik terlebih pada
jalan salju, mereduksi kebisingan yang ditimbulkan, dan usia ban lebih pajang daripada
produk ban tanpa penambahan nanosilika (Hadi,tanpa tahun).
Gambar 1.5 Pasir silika bangka yang diproses menjadi nanosilika dan nanosilika
komersil HDKN (Sumber : Jonobi et al, 2011).

11. DAFTAR PUSTAKA
Anonim.2012.Silika.http://xa.yimg.com/kq/groups/14595269/1134487206/name/Silika.d.
[28 Desember 2013] .
Antara.2009.Teknologi Nano Gandakan Kekuatan Beton. http://puspiptek.ristek.go.id/
teknologi nano gandakan ekuatan beton. [28 Desember 2013].
Chari et al. 2013.Dependence of thermal conductivity in micro to nano silica. Bulletin of
Materials Science.
Hadi, S. Tanpa tahun. Sintesis Silica Amorft Berbasis Pasir Alam Bancar Menggunakan
Metode Kopresipasi.
http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Master-17757-1109201720-
chapter1pdf.pdf. [28 Desember 2013].
Ikawati, Y. 2010.Inovasi Baru Nanoteknologi.Http:// sains.kompas.com/read/2010/09/02.
[28 Desember 2013].
Jonobi et al.2011.Studi Komparasi Pengaruh Nanosilika Alam (NS) dan
Nanosilika
Komersil Terhadap Beton. Jurnal Material.
Jonbi, Pane I., Hariandja B., Imran I.,.2012. The Use of Nanosilica for Improving of Concrete
Compressive Strength and Durability. Applied Mechanics and Materials (AMM) Vols.
204- 208 pp. 4059. 4062 .
Marlina et al .2012. Pengaruh Komposisi Sekam Padi dan Nano Silika Terhadap Kuat Tekan
Material Nanokomposit. Jurnal Penelitian Sains , 15 (1)
Nittaya, T., Apinon, N. .2008. Preparation of Nanosilica Powder from Rice Husk Ash by
Precipitation Method. Chiang Mai J. Sci 35(1) : 206-211
Lazaro dan Brouwers.2010.Nano-silica Production by a Sustainable process; Application in
Building Materials. 8th fib PhD Symposium in Kgs. Lyngby, Denmark
Said, A.M. dan Zeidan, M.S., (2009), ”Enhancing the Reactivity of Normal and Fly Ash
Concrete Using ColloidaNano-Silica” ACI-Special Publication (SP 267-7)
Sobolev, K.G. dan Soboleva, S.V.1998.High–Performance Concrete Mixture Proportioning.
ACI Special Publication (SP179-26 ).

12. Samsudin,
A., Heru,
Production of
S., Sugeng, W., Agus, P., Ratna, B.2009. ”A facile method for
High Purity Silica Xerogel from Bagasseash”.Adv.Pow.Tech20:
468-472.
Wikipedia. Tanpa tahun. Nurul Taufiqu. http://id.wikipedia.org/wiki/Nurul_Taufiqu. [28
Desember 2013] .
Wikipedia. Tanpa tahun. Silikon Dioksida. http://ms.wikipedia.org/wiki/Silikon_dioksida.
[28 Desember 2013]
Zhongkui, H., Liu, A., Li, C., Xuesi, C. 2009. Preparation of bioactive glass ceramic
nanoparticles by combination of sol–gel and coprecipitation method. Journal of NonCrystalline Solids 355: 368–372 .