Akumulasi debu dan partikel kotoran selalu menurunkan transparansi kaca, kemudian menghambat berbagai aplikasinya seperti panel fotovoltaik, kaca bangunan, dan kaca depan mobil. Dalam penelitian ini, lapisan pembersih sendiri hidrofilik telah dikembangkan dengan menggunakan partikel nano-kalsium Karbonat (nano-CaCO 3 ) dan partikel mikro-titanium dioksida hidrofilik (µ-TiO 2 ). Kehadiran gugus oksida, CO -3 dan TiO 2- membentuk daya tarik kaca yang kuat terhadap molekul air polar. Pada rasio berat 1: 1 dalam campuran CaCO 3 ke TiO 2, ia membentuk sifat hidrofilik yang hebat di mana sudut kontak air (WCA) dari kaca berlapis telah tercatat serendah 11,46 ± 0,85 °. Kaca berlapis juga menunjukkan transparansi tinggi di daerah UV dan Visible. Transmisi optik kaca berlapis berada di atas 89% pada panjang gelombang 300-400nm dan di atas 97% pada panjang gelombang 400-800nm. Karena sifat hidrofiliknya, kaca berlapis mampu menghilangkan partikel debu melalui aliran air. Lapisan hidrofilik secara spontan membentuk lapisan tipis air setelah kontak dengan kaca berlapis tanpa adanya sinar UV.
Kaca transparan optik telah banyak digunakan di gedung-gedung perumahan, panel fotovoltaik, kaca depan mobil, dll. Keuntungan utama kaca transparan optik adalah memberikan transparansi maksimum dengan penyerapan cahaya tampak yang optimal yang dapat meningkatkan efisiensi energi panel surya dan kaca bangunan. Namun, penumpukan debu dan kotoran menurunkan transparansi kaca karena debu menghalangi radiasi matahari yang masuk, sehingga menghambat aplikasi kaca. Selain itu, pembersihan kaca yang sering diperlukan terutama di gedung-gedung perumahan dan ladang surya menghabiskan banyak energi, uang, dan waktu.
Partikel yang tertanam terdiri dari permukaan berpori yang memungkinkan permeabilitas air melalui partikel. Permeabilitas air membentuk lapisan membran air pada permukaan yang dilapisi yang merangsang penyebaran air. Ketika jumlah µ-TiO 2 meningkat lebih lanjut, partikel µTiO 2 yang berukuran lebih besar diaglomerasi sebagai gumpalan pada area permukaan substrat yang kecil. Sebagai perbandingan, permukaan T3 yang kasar telah menunjukkan lebih sedikit porositas yang memungkinkan permeabilitas air yang rendah, di mana nanopartikel yang tertanam cenderung mengurangi area kontak tetesan air ke permukaan substrat. Selain itu, jumlah partikel µ-TiO 2 yang berlebihan tidak tersebar dengan baik dalam matriks polipropilen glikol (PPG) karena kekuatan perekat yang lemah.
Gambar di bawah ini menunjukkan transmisi sistem pelapisan di daerah UV (300 “ 400nm), daerah tampak (400-800nm), dan daerah inframerah dekat (800 “ 1500nm). Nilai transmisi rata-rata sistem pelapisan T1 di daerah UV adalah 90,52%, yang ditetapkan sebagai transmisi tertinggi dari sistem pelapisan. Selain itu, pelapisan T1 juga menunjukkan nilai transmitansi rata-rata tertinggi sekitar 99,43% di daerah tampak. Secara signifikan, nilai transmitansi pelapisan T1 selanjutnya meningkat menjadi 99,59% di daerah inframerah dekat pada rentang panjang gelombang 800 hingga 1500nm. Jika tidak, transmitansi pelapisan T2 menunjukkan nilai terendah dibandingkan dengan sistem pelapisan lainnya. Telah diamati bahwa transmitansi rata-rata di daerah UV, tampak, dan inframerah berkurang menjadi 89,42%, 97,52%, dan 99,41% secara berurutan. Akan tetapi, rata-rata transmitansi meningkat dari daerah UV ke inframerah.
Kehadiran partikel TiO2 telah menginduksi sifat hidrofilik pada sistem pelapis nano-CaCO3/µ-TiO2 pembersih mandiri yang disiapkan. Selain itu, PPG hidrofilik meningkatkan pembentukan gugus hidroksil, -OH yang memiliki ikatan tarik kuat dengan molekul air. Sistem pelapis nanoCaCO3/µ-TiO2 pembersih mandiri telah disiapkan dengan berbagai rasio berat nano-CaCO3 dan µTiO2 seperti pada 1:2, 1:1, dan 2:1 yang sesuai dengan sistem pelapis T1, T2, dan T3. Dari data yang diperoleh, telah diamati bahwa sistem pelapis T2 menunjukkan WCA terendah sekitar 11,46 ±0,85°, yang menunjukkan sifat hidrofiliknya yang baik. Hal ini karena lapisan T2 yang disiapkan telah mencatat tegangan permukaan tertinggi sekitar 71mN/m, di mana tegangan permukaan yang tinggi berbanding lurus dengan sifat hidrofilik. Karena efek hidrofiliknya yang baik, lapisan T2 berhasil menunjukkan kinerja pembersihan mandiri yang hebat terhadap partikel debu yang disimulasikan. Partikel debu dihilangkan sepenuhnya dari kaca yang dilapisi hanya dengan menggunakan 3 mL air. Sistem pelapisan kasar menunjukkan transparansi tinggi di daerah UV dan Visible. Sistem pelapisan yang dikembangkan memiliki transmisi optik di atas 89% pada panjang gelombang 300-400 nm dan di atas 97% pada panjang gelombang 400-800 nm. Secara keseluruhan, hasil yang diperoleh telah membuktikan bahwa sistem pelapisan nano-CaCO 3 /µ-TiO 2 pembersih mandiri yang disiapkan memiliki potensi tinggi dalam aplikasi industri seperti panel fotovoltaik, kaca bangunan, dan kaca depan mobil.
Penulis: Lilik Jamilatul Awalin, ST, SPd, MT, PhD.
Link:
Baca juga: Biokompatibilitas Cangkang Kepiting yang Disterilkan oleh Sinar Ultraviolet
