Atmoko, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 3  (Juli  2023) Hal. 59-63
Investigasi pembuatan mikropartikel carbon menggunakan mesin high energy ball milling (HEBM) model shaker mill
Nugroho Tri Atmoko a* , Bambang Margono a , Fariyono b , Wahyu Purna Satrio a a Departemen of Mechanical Engineering, Sekolah Tinggi Teknologi Warga Surakarta, Jl. Raya Solo – Baki No.Km 2, Kwarasan, Kec. Grogol, Kabupaten Sukoharjo, Jawa Tengah
b Departemen of Electrical Engineering, Sekolah Tinggi Teknologi Warga Surakarta, Jl. Raya Solo – Baki No.Km 2, Kwarasan, Kec. Grogol, Kabupaten Sukoharjo, Jawa Tengah *E-mail: nugrohoatmok2@gmail.com

## Abstract
The challenge of human civilization is to produce materials that will perform better in the future, so it is necessary to develop new materials. In this research, the process of making carbon particles will be carried out using the high-energy ball milling (HEBM) with shaker mill model. The effect of the shaker mill  process  on  carbon  particles  for  120  hours  on  size  and  morphology  will  be  analyzed  through  a series  of  tests.  The  research  began  by  preparing  carbon  powder  that  had  been  ground  and  passed through  mesh  200.  The  carbon  particles  that  had  passed  through  mesh  200  were  pounded  into  steel balls  (high  energy  ball  milling)  using  the  shaker  mill  model.  A  particle  size  analysis  (PSA)  test  was carried  out  to  measure  the  dimensions  of  the  carbon  particles.  In  contrast,  a  scanning  electron microscopy (SEM) test was carried out to see the shape and morphology of the carbon particles. The results show that the carbon particles measured before the  shaker mill process are 2526.03nm, while the dimensions of the carbon particles will decrease to 608.43 when the shaker is milled for 120 hours. Meanwhile, the shape and morphology of the carbon particles do not appear to be homogeneous. This indicates  that  the  shaker  mill  process  on  carbon  particles  for  120  hours  has  not  reached  nano dimensions and is homogeneous.
Kata kunci: carbon particle; microparticle; psa; sem; shaker mill

## Abstrak
Tantangan peradaban umat manusia saat ini adalah menghasilkan material yang memiliki kinerja lebih baik dimasa depan, sehingga perlu adanya material baru yang dikembangkan. Pada penelitian kali ini akan  dilakukan  proses  pembuatan  partikel  carbon  melalui  metode high  energy  ball  milling (HEBM) model shaker mill . Pengaruh proses shaker mill pada partikel carbon selama 120 jam  terhadp ukuran dan  morfologi  akan  dianalisis  melalui  serangkaian  pengujian.  Penelitian  diawali  dengan  menyiapkan serbuk  carbon  yang  sudah  ditumbuk  dan  melewati  mesh  200.  Partikel  carbon  yang  sudah  melewati mesh 200 dilakukan penumbkan bola baja menggunakan metode shaker mill . Untuk mengukur dimensi partikel  carbon  tersebut  dilakukan  uji Particle  size  analysis (PSA)  sedangkan  untuk  melihat  bentuk serta  morfologi  partikel  carbon  dilakukan  pengujian scanning  electron  microscopy (SEM).  Hasil menunjukkan  bahwa  dimensi  partikel  carbon  yang  terukur  sebelum  proses shaker  mill adalah 2526.03nm sedangkan dimensi ukuran partikel karbon akan mengecil menjadi 608.43 ketika dilakukan shaker  mill selama  120  jam.  Sedangkan  bentuk  serta  morfologi  dari  partikel  carbon  terlihat  belum homogen.  Hal  tersebut  menandakan  bahwa  proses shaker  mill pada  partikel  carbon  selama  120  jam belum mampu mencapai dimensi nano dan homogen.
Kata kunci: micropartikel; partikel carbon; psa; shaker mill; sem

## 1. Pendahuluan
Sepanjang  sejarah  peradaban  umat  manusia  didunia  telah  banyak  membuat  dan  menyempurnakan  material  baru dengan tujuan untuk memenuhi serta menghasilkan material yang memiliki kinerja lebih baik dimasa depan. Kehidupan di abad ke dua puluh satu ini tidak bisa didasarkan pada kelompok material dasar saja, akan tetapi sebaliknya kehidupan pada  abad  ini  harus  didasarkan  pada  penemuan  material  tingkat  lanjut  yang  disebut  dengan  “ advanced  materials ”. Meskipun  ada  beberapa  strategi  dan  pendekatan  untuk  membuat  material  tingkat  lanjut,  tumbukan  secara  mekanik ( mechanical  milling )  dan  kimia  mekanik  ( mechanochemistry )  telah  menarik banyak perhatian  dikalangan peneliti  (1). Salah satu  jenis tumbukan mekanik yang saat ini menjadi perhatian dikalangan peneliti adalah High energy ball milling (HEBM)  yang  merupakan  suatu  proses  perlakuan  pada  serbuk  dimana  pemrosesan  tersebut  memanfaatkan  energi tumbukan yang ditimbulkan oleh bola secara berulang. Model dari jenis tumbukan tersebut biasanya dibagi menjadi dua
Atmoko, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 3  (Juli  2023) Hal. 59-63
model  yakni lowenergy dan high-energy  mills (2).  Proses  yang  terjadi  selama  proses  HEBM  yakni  deformasi,  cacat material ( defect ), patahan ( fracture ) dan pemutusan/pembentukan ikatan kimia (3).
Penelitian tentang proses pembuatan carbon nanopartikel masih jarang dijumpai, sampai saat ini berbagai metode pembuatan nanoparticle yang pernah dilakukan yakni  melalui metode chemical vapor deposition , ledakan  (4), plasma arc-discharging (5,6),  induksi  gelombang  mikro  (7),  reaksi  hidrotermal  (8)  dan  tumbukan  bola  baja  (9).  Umumnya metode yang digunakan tersebut membutuhkan biaya yang mahal, suhu yang tinggi, tekanan yang besar serta  prosedur yang  rumit,  sehingga  dinilai  kurang  efektif  (9).  Oleh  karena  itu,  metode  yang  lebih  efektif  untuk  proses  pembuatan nanoparticle  dimana  lebih  hemat  biaya,  sederhana  dan  tidak  membutuhkan  prosedur  yang  rumit  sangat  dibutuhkan. Salah  satu  penelitian  yang  memanfaatkan  metode  tumbukan  bola  baja  sebenarnya  pernah  dilakukan  oleh  Indra  dkk dimana pembuatan partikel carbon menggunakan bola baja ¼ inch sebagai penumbuk ketika proses penumbuk bola baja berlangsung  selama 2  juta  siklus,  3  juta  siklus  dan 4  juta  siklus.  Untuk  menganalisa  hasil  dari proses  penumbuk  bola baja  tersebut  pengujian particle  size  analysis (PSA)  dan Scanning  electron  microscopy (SEM-EDX)  dilakukan.  Hasil menunjukkan bahwa unsur kimia yang terdapat pada carbon nanopartikel tersebut tidak homogen (10).
Berdasarkan studi literatur yang peneliti temukan, masih jarang penelitian yang berfokus untuk menganalisis hasil dari  proses  pembuatan  carbon  nanopartikel  menggunakan  metode high  energy  ball  milling model shaker  mill .  Maka dari itu, melalui penelitian ini akan dilakukan proses pembuatan carbon nanoparticle yang terbuat dari arang tempurung kelapa  dengan  memanfaatkan  metode high  energy  ball  milling model shaker  mill .  Analisis  yang  dilakukan  meliputi pengukuran dimensi, morfologi serta struktur partikel carbon.
Penelitian ini diharapkan mampu menciptakan material carbon yang berskala nano serta dapat menjadi salah satu sumber referensi dalam proses pembuatan carbon nanopartikel yang telah dianalisis melalui serangkaian pengujian.

## 2. Material dan metode penelitian
Gambar  1  merupakan  tahapan  penelitian  pembuatan  partikel  carbon  menggunakan  metode high  energy  ball milling model shaker  mill .  Penelitian  diawali  dengan  menyiapkan  arang  tempurung  kelapa  yang  nantinya  digunakan sebagai  bahan  dasar  pembuatan  carbon  partikel.  Sebelum  dilakukan  proses shaker  mill partikel  carbon  dari  arang tempurung  kelapa  tersebut  diayak  menggunakan  mesh  200.  Partikel  carbon  yang  telah  melewati  proses  mesh  200 dimasukan kedalam tabung reaksi dengan perbandingan isian ruang 30% arang; 30% bola baja dan 40% udara seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Bola baja menggunakan ukuran 3/16 Inch. Terdapat 4 tabung reaksi pada penelitian ini serta memanfaatkan motor listrik dengan kecepatan putar 700 RPM. Proses shaker mill dilakukan selama 120 Jam yang  bertempat  di  Laboratorium  Pengelasan  Sekolah  Tinggi  Teknologi  “Warga”  Surakarta.  Untuk  menganalisis  hasil pembuatan  partikel  carbon  berupa  dimensi  serta  ukuran  dilakukan  pengujian particle  size  analysis (PSA)  sedangkan untuk  mengetahui  bentuk  morfologi  dan  struktur  partikel  carbon  pada  penelitian  ini  dilakukan  uji Scanning  Electron Microscopy (SEM).  Pengujian  untuk  menganalisis  hasil  pembuatan  partikel  carbon  tersebut  dilakukan  di  PUI-Baterai Lithium Universitas Sebelas Maret Surakarta (UNS).
Arang batok kelapa Mesh 200 Serbuk Arang Partikel Carbon Proses Shakermill Tabun g Reaksi
Atmoko, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 3  (Juli  2023) Hal. 59-63
Gambar 2. Komposisi tabung reaksi
Besarnya  energi  tumbukan  yang  terjadi  antara  bola  baja  dan  partikel  carbon  di  dalam  tabung  reaksi  mengikuti formulasi energi kinetik berikut (11)(12):

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk  menganalisis  hasil  dari  pembuatan carbon  particle menggunakan  metode high  energy-ball  milling (HEM) model shaker  mill pada  penelitian  ini  maka  terdapat  dua  pengujian  yang  dilakukan  yakni  pengujjian particle  size analysis (PSA) dan scanning electron microscopy (SEM).
3.1. Uji Particle Size Analysis (PSA)
Pengujian PSA  dilakukan untuk mengetahui dimensi dari partikel carbon sebelum dan setelah mengalami proses shaker  mill .  Partikel  carbon  berasal  dari  arang  Sebelum  dilakukan  proses shaker  mill partikel  carbon  diayak menggunakan mesh 200, adapun tujuan dari proses ayak tersbut agar partikel carbon memiliki dimensi yang seragam. Pada  saat  proses  pengujian  PSA,  masing-masing  spesimen  uji  dilakukan  tiga  kali  pengukuran  dimensi  partikel (sampling), hasil dari pengujian PSA dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 3.1 Hasil Uji Particle Size Analysis (PSA)
No Jenis Spesimen Sampling ke- Ukuran Partikel (nm) Rata-rata (nm) 1 Sebelum shaker mill 1 3335.60 2526.03 2 2053.20 3 2189.30 2 Setelah Shaker mill 1 592.40 608.43 2 675.40 3 557.50
Untuk memudahkan analisis maka dari Tabel 1 dibuat grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3 menunjukkan hasil rata-rata perbandingan ukuran partikel carbon sebelum dan setelah proses shaker mill . Berdasarkan pengukuran yang dilakukan melalui uji PSA didapat data bahwa sebelum shaker mill partikel carbon memiliki ukuran- rata-rata sebesar 2526.03 nm, sedangkan partikel carbon setelah mengalami proses shaker mill menjadi 608.43 nm atau mengalami penyusutan ukuran sebesar 76% jika dibandingkan dengan partikel carbon sebelum proses shaker mill . Hasil tersebut  sejalan  dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  A.Storion  dkk  yang  menyatakan  dalam  penelitiannya  bahwa pembuatan  partikel  carbon  memanfaatkan  metode high  energy-ball  milling model shaker  mill terbukti  efektif  untuk mengurangi  ukuran  suatu  partikel  dan  waktu  yang  dibutuhkan  jauh  lebih  singkat  jika  dibandingkan  dengan  metode konvensional (13).
Atmoko, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 3  (Juli  2023) Hal. 59-63
Gambar 3. Perbandingan rata-rata ukuran partikel carbon sebelum dan sesudah shaker mill
3.2 Hasil Uji Scanning Electron Microscopy (SEM)
Pengujian  SEM  dilakukan  dengan  tujuan  untuk  mengetahui  morfologi  serta  bentuk  struktur  partikel  carbon sebelum  dan  setelah  mengalami  proses shaker  mill .  Hasil  uji  SEM  dapat  dilihat  pada  Gambar  4  yang  menunjukkan morfologi  serta  bentuk  partikel  carbon  sebelum  dan  setelang  mengalami  proses shaker  mill .  Pada  Gambar  4(a)  yang merupakan  hasil  uji  SEM  dari  partikel  carbon  sebelum  proses shaker  mill terlihat  bahwa  partikel  tidak  homogen  dan cenderung kasar. Sedangkan pada Gambar 4(b) yang merupakan hasil uji SEM pada spesimen partikel carbon setelah mengalami  proses shaker  mill terlihat  morfologi  dari  partikel  carbon  lebih  seragam  dan  homogen,  selain  itu  ukuran partikel carbon cenderung lebih kecil jika dibandingkan dengan partikel carbon sebelum mengalami proses shaker mill . Namun  berdasarkan  morfologi  dari  hasil  uji  SEM  pada  Gambar  4  partikel  carbon  yang  dihasilkan  dari  proses shaker mill pada  penelitian  ini  belum  bisa  dikatakan  mencapai  skala  nano  (14),  hal  tersebut  juga  diperkuat  dengan  hasil  uji PSA yang menghasilkan data pengukuran partikel karbon berkisar 608.43nm atau msih dikategorikan microparticle.
Gambar 4. Morfologi partikel carbon hasil pengujian scanning electron microscopy (SEM): (a) Sebelum shaker mill dan (b) Setelah Shaker mill
4. Kesimpulan
Proses High Energy ball milling model shaker mill yang dilakukan pada serbuk carbon dapat mengurangi dimensi partikel tersebut. Berdasarkan hasil penelitian bahwa dimensi partikel carbon yang terukur sebelum proses shaker mill adalah  2526.03nm  sedangkan  dimensi  ukuran  partikel karbon  akan  mengecil  menjadi  608.43  ketika  dilakukan shaker mill selama  120  jam.  Hal  tersebut  menandakan  bahwa  proses shaker  mill selama  120  jam  belum  mampu  mencapai ukuran nanopartikel.  Selain itu berdasarkan hasil uji SEM menunjukkan bahwa partikel carbon  memiliki ukuran yang tidak  seragam  atau  belum  mencapai  dimensi  yang  homogen  baik  sebelum shaker  mill maupun  setelah  proses shaker mill .
(a) (b)
Atmoko, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 3  (Juli  2023) Hal. 59-63

## Ucapan Terima Kasih
Peneliti  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Pusat  Penelitian  dan  Pengabdian  kepada  Masyarakat  Sekolah  Tinggi Teknologi “Warga” Surakarta yang telah memberikan pendanaan melalui skema Penelitian Dasar Pemula (PDP) Lokal tahun 2023 (No.001/SPK-Penlok/PDP/PPPM/STTW/VII/2023)

## Daftar Pustaka
1. Sherif  El-Eskandarany  M,  Al-Hazza  A,  Al-Hajji  LA,  Ali  N,  Al-Duweesh  AA,  Banyan  M,  et  al.  Mechanical milling:  A  superior  nanotechnological  tool  for  fabrication  of  nanocrystalline  and  nanocomposite  materials. Nanomaterials. 2021;11(10).
2. Aliofkhazraei M. Handbook of Mechanical Nanostructuring. 2015.
3. Dudina D V., Bokhonov BB. Materials Development Using High-Energy Ball Milling: A Review Dedicated to the Memory of M.A. Korchagin. J Compos Sci. 2022;6(7).
4. Luo  N,  Li  X,  Wang  X,  Yan  H,  Zhang  C,  Wang  H.  Synthesis  and  characterization  of  carbon-encapsulated iron/iron carbide nanoparticles by a detonation method. Carbon N Y [Internet]. 2010;48(13):3858–63. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2010.06.051
5. Chaudhary  RP,  Mohanty  SK,  Koymen  AR.  Novel  method  for  synthesis  of  Fe  core  and  C  shell  magnetic nanoparticles.
Carbon N Y [Internet]. 2014;79(1):67–73. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2014.07.043
6. Wang  L,  Xiong  H,  Ur  Rehman  S,  Chen  Y,  Tan  Q,  Zhang  L,  et  al.  Optimized  microstructure  and  impedance matching  for  improving  the  absorbing  properties  of  core-shell  C@Fe3C/Fe  nanocomposites.  J  Alloys  Compd [Internet]. 2019;780:552–7. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.001
7. Liang  YC,  Hwang  KC,  Lo  SC.  Solid-state  microwave-arcing-induced formation  and  surface  functionalization of core/shell metal/carbon nanoparticles. Small. 2008;4(4):405–9.
8. Zhang  Z,  Kong  J.  Novel  magnetic  Fe3O4@C  nanoparticles  as  adsorbents  for  removal  of  organic  dyes  from aqueous solution.
J Hazard Mater [Internet]. 2011;193:325–9. Available from:
http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.07.033
9. Zhang  Z,  Wen  G.  Synthesis  and  characterization  of  carbon-encapsulated  magnetite,  martensite  and  iron nanoparticles by high-energy ball milling method. Mater Charact [Internet]. 2020;167(July):110502. Available from: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110502
10. Wardana  surya indra. Kajian Nano Partikel Dari Arang Bambu Dengan Penumbuk Bola Baja (Gotri) Ukuran ¼ Inchi. 2017;1–20.
11. Bai  Y,  He  F.  Modeling  on  the  effect  of  coal  loads  on  kinetic  energy  of  balls  for  ball  mills.  Energies.
2015;8(7):6859–80.
12. Huang  P,  Ding  Y,  Wu  L,  Fu  S,  Jia  M.  A  novel  approach  of  evaluating  crushing  energy  in  ball  mills  using regional total energy. Powder Technol. 2019;355:289–99.
13. Storion AG, Pallone EM de JA, Giraldi TR, Maestrelli SC. Influence of the shaker mill in the properties of ZnO processed by high energy milling. Res Soc Dev. 2021;10(12):e476101220855.
14. Prerna, Dubey A, Gupta R. An Overview: Nanoparticles. Drugs Cell Ther Haematol. 2021;1(3):215–20.