EFEK DOPAN Mn PADA STRUKTUR, SIFAT OPTIK, DAN KEMAGNETAN ZnO DISINTESIS DENGAN METODE KOPRESIPITASI

EFEK DOPAN Mn PADA

STRUKTUR, SIFAT OPTIK, DAN

KEMAGNETAN ZnO DISINTESIS

DENGAN METODE KOPRESIPITASI

EFEK DOPAN Mn PADA

STRUKTUR, SIFAT OPTIK, DAN

KEMAGNETAN ZnO DISINTESIS

DENGAN METODE KOPRESIPITASI

PELANGI EKA YUWITA

Contents

PENDAHULUAN

1

KAJIAN PUSTAKA

2

METODE PENELITIAN

3

HASIL DAN PEMBAHASAN

4

PEN DAH ULUAN

LATAR BELAKANG

v N anopa rt ik el Seng Oksida banya k dikem bangk an dalam

bidang t eknologi nano k arena m em ilki sifat m ek anik, elekt rik, dan opt ik yang dapat dia plik a sikan diant aranya unt uk sel surya, k at a lis, filim t ipis pelindung UV, sensor gas, dll.

v Pa da penelit ian sebelum nya nanopa rt ikel seng oksida

m em ilik i banyak ca ra unt uk m ensint esisnya diant a ranya

dengan m et ode k im iaw i basah, sol ge l, sp r a y py r olisis,

Penelitian sebelumnya

(Chang chun dkk, 2008)

DMS

v

Dilut ed Magnet ik Sem iconduct ors ( DMS) banyak

m enarik perhat ian penelit i karena pot ensi

aplikasinya pada perangkat spint ronik, diant aranya

sebagai

spin - va lve

t ransist or,

spin ligh t - e m it in g

(Ying liu, 2009)

v Diant ara m et ode unt uk m ensint esis nanopa rt ikel m et ode

kopresipit asi m erupa kan m et ode ya ng efekt if digunak an

ka rena k opresipit asi m erupak an m et ode yang

m enggunak a n suhu rendah da lam prosesnya sert a da pat

m enghasilkan ukuran part ikel yang kecil pada Solid St a t e.

v Da ri lat a r bela kang t ersebut sehingga a kan dilakukan

penelit ian dengan j udul

“EFEK DOPAN Mn PADA STRUKTUR, SI FAT OPTI K, DAN KEMAGN ETAN ZnO DI SI N TESI S DEN GAN METODE

Tuj uan Penelit ian

v

Pada penelit ian ini,

perm asalahan dibat asi pada

pem bent ukan m at erial

nanopart ik el Zn

_{1 - x}

Mn

_x

O

m elalui m et ode k opresipit asi

sert a k arak t erisasi st rukt ur,

sifat opt ik dan

k em agnet annya t erhadap

pengaruh variasi k om posisi

doping Mn pada

nanopart ik el Zn

_{1 - x}

Mn

_x

O.

Bat asan Masalah

v

Pada penelit ian ini,

perm asalahan dibat asi pada

pem bent ukan m at erial

nanopart ik el Zn

_{1 - x}

Mn

_x

O

m elalui m et ode k opresipit asi

sert a k arak t erisasi st rukt ur,

sifat opt ik dan

k em agnet annya t erhadap

pengaruh variasi k om posisi

doping Mn pada

KAJI AN PUSTAKA

Senyawa ZnO

v Dalam ilm u m at erial, ZnO adalah sem ikondukt or dengan besar energi

gap 3 ,3 eV dari golongan unsur pada t abel periodik I I - VI kelom pok sem ikondukt or.

v Seng oksida m engkrist al dalam t iga bent uk : w u r t zit e heksagonal,

zin cble n de kubik, dan j arang diam at i kubik r ock sa lt.

Karakterisasi ZnO

Rumus molekul

ZnO

Massa molar (berat

molekul)

81,408 gram/mol

Penampilan

Putih solid

Bau

tanpa bau

Kepadtan

5,606 gram/cm

Titik Lebur (melting

point)

1975 C

Titik didih (boiling

point)

2360 C

Kelarutan dalam air 0,16 mg/100 Ml

Band gap

3,3 Ev

Nanopartikel ZnO

v N anopart ikel Seng Oksida banyak

dikem bangkan dalam bidang t eknologi nano karena m em ilki sifat m ekanik, elekt rik, dan opt ik yang dapat diaplikasikan diant aranya unt uk sel surya, kat alis, filim tipis pelindung UV, sensor gas, dll.

v Beberapa m et ode yang dilakukan

unt uk m endapat kan nanopart ikel ZnO yait u dekom posisi t erm al,

ch e m ica l va por de posit ion, sol gel,

spray pyrolisis, dan presipit asi m asih dikem bangkan unt uk

fabrikasi ZnO nanopart ikel dengan m orfologi dan ukuran yang

Diluted Magnetic Semiconductor

v

DMS adalah sem ik ondukt or

non- m agnet ik

yang

m em ilik i beberapa persen

elem en m agnet ik , bia sanya

t ransisi- logam ( TM ) dan

sifat

ferrom agnet ik

pada

t em perat ur

ruang

yang

banyak diharapk an

v

baru

baru

ini

dit e m uk an

penelit ia n

t ent a ng

bahan

sem ik ondukt or ok sida yang

didoping

dengan

logam

t ransisi unt uk m endapat k an

DMS

Metode Kopresipitasi

v

Met ode k opresipit asi m erupak an

salah sat u m et ode sint esis senyaw a

anorganik yang didasark an pada

pengendapan lebih dari sat u

subst ansi secara bersam a– sam a

k et ik a m elew at i t it ik j enuh.

v

Met ode yang dilak uk an adalah

dengan t ahap pelarut an,

Dopan Mangan

Sim bol

Mn

Nom or at om

25

Massa j enis

7,21 g/ cm 3

Tit ik lebur

1519º C

Tit ik didih

2061º C

St rukt ur krist al

bcc

Sifat m agnet ik

Param agnet ik, 5µB

Bilangan oksida

7+ , 6+ , 5+ , 4+ , 3+ ,

Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan

medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989).

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total

seluruh atom/molekul dalam bahan nol (Halliday & Resnick, 1989).

Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar

METODE PEN ELI TI AN

Alat dan Bahan

Alat

a. Neraca digital dengan deviasi 0,0001 g

b. Gelas ukur Phyrex 25mL

c. Beaker glass Phyrex 100mL

d. Cawan Petri

e. Hot plate

dan

magnetic stirrer

f. Spatula (stainless stell dan kaca)

g. pipet buatan Indonesia.

h. Furnace deviasi RHF 1400

i. Termometer, deviasi 1ºC

j. Aluminium foil

k. Kertas tisu

l. Krusibel 15ml, 20ml,dan 30ml

m. Kertas saring whattman 42

n. Kertas pH

(universal indicator)

Bahan

a. Zinc Acetat Dyhidrat Merck (99% PA)

b. Serbuk Mn Merck (99% PA)

c. Pelarut HCl 37%

d. Agen pengendap NH

₄

OH

e. Aquades

Peralatan Karakterisasi

DSC-TGA

XRD

SEM

Perangkat Lunak Untuk Analisis Data

v

Software

Match!

untuk analisis kualitatif

v

Software MAUD dan Rietica untuk analisis

kuantitatif

a

b

c

d

Reaksi Kimia

v proses pelarut an serbuk Zin c Ace t a t e D y h idr a t e dan serbuk Mn

( x= 0 ,0 0 , 0 ,0 1 , 0 ,0 2 , 0 ,0 3 ) dilakukan dengan pelarut berupa asam klorida

Unt uk sint esis Zn_{1 - x}Mn_xO dengan Mn ( x = 0 ,0 0 ) at au sint esis ZnO

Zn( CH₃COO)₂.2 H₂O_{( s)} + 2 HCl _{( l)} ZnCl_{2 ( l)} + 2 CH₃COOH _{( l)} + 2 H₂O _{( l)}

Unt uk sint esis Zn_{1 - x}Mn_xO dengan Mn ( x = 0 ,0 1 , 0 ,0 2 , 0 ,0 3 )

v penam bahan agen pengendap berupa basa N H₄OH ke dalam

larut an

Unt uk sint esis Zn_{1 - x}Mn_xO dengan Mn ( x = 0 ,0 0 ) at au sint esis ZnO

ZnCl_{2 ( l)} + 2 CH₃COOH _{( l)} + 2 H₂O _{( l)} Zn( OH)_{2 ( l)} + 2 N H₄Cl _{( l)} + 2 N H₄OH _{( l)} + 2 CH₃COOH _{( l)} + H₂O _{( l)}

Unt uk sint esis Zn_{1 - x}Mn_xO dengan Mn ( x = 0 ,0 1 , 0 ,0 2 , 0 ,0 3 )

v Koloid akan t erbent uk ket ika Zn2 + dan OH- pada ZnO dan ket ika

Zn2 +_{, Mn}2 +_{dan OH}- _{pada Zn}

1 - xMnxO m encapai angka krit ikal larut an dengan persam aan reaksi sebagai berikut :

Unt uk sint esis Zn1 - xMnxO dengan Mn ( x = 0 ,0 0 ) at au sint esis ZnO

dengan m olekul air

H ASI L & PEMBAH ASAN

Hasil Uji DSC-TGA

LOGO

Pola difraksi XRD Zn

_1-x

Mn

_x

O sebelum

Dilakukan Kalsinasi

Posisi 2 theta dari puncak difraksi zincite-ZnO

LOGO

Pola difraksi Zn

_1-x

Mn

_x

O (x = 0, 0,01, 0,02, 0,03)

setelah Kalsinasi

Dari pola difraksi yang dihasilkan pada grafik ZnO yang didoping Mn x= 0,03 terdapat adanya fasa baru yang terbentuk (yang bertanda *) puncak-puncak tersebut sesuai dengan data PDF

Parameter Kisi

c ( Å) 5,1995 5,1998 5,2056 5,1863

α=β (o) 90 90 90 90

γ (o)

Vol. cell 47,4981120

Analisis Ukuran Kristal dengan MAUD

N o

Kom posisi dopan

M n2 + _{( x) Ukuran Krist al ( Å)}

Nilai ukuran kristal Zn_1-xMn_xO untuk variasi komposisi dopan ion Mn2+

Hasil Pengujian Sampel dengan SEM

Hasil uji SEM Zn_1-xMn_xO

dengan komposisi dopan ion Mn2+ _{(a) x=0,00 (b) x=0,01 (c)} x=0,02 (d) x=0,03 dengan perbesaran 27.500 kali

LOGO

Karakterisasi Optik dengan Menggunakan

Spektrofotometer UV-Vis

Perubahan intensitas absorbansi terjadi pada rentang panjang gelombang 250-400 nm.

N o Kom posisi dopan M n2 + _{( x) Energi Gap ( eV)}

1 0,00 3,30

2 0,01 3,20

3 0,02 3,15

4 0,03 3,05

Energi Gap Zn_1-xMn_xO untuk variasi komposisi dopan ion Mn2+

Grafik Hubungan antara Variasi Doping Mn2+

Sifat Magnetik Zn

_1-x

Mn

_x

O (x = 0, 0,01, 0,02, 0,03)

Ferrom agnet ik

Superparam agnet ik

Diam agnet ik

Param agnet ik lem ah

Dopan Mn x= 0 ,0 3

Dopan Mn x= 0 ,0 2

Dopan Mn x= 0 ,0 1

Paramagnetik Lemah

• _{Menurut (Omri dkk,2013) pada dasarnya}

ZnO tanpa doping memiliki sifat diamagnetik.

• _{Sifat paramagnetik lemah ini muncul}

dimungkinkan karena adanya kecacatan intrinsik pada ZnO yang berupa

Diamagnetik

• _{Sifat diamagnet disebabkan karena atom pada orbitalnya}

tidak mempunyai elektron bebas dan sebagian besar saling berpasangan. Hal ini bisa terjadi dimungkinkan terjadi

karena sifat atom Zn pada dasarnya berupa diamegnetik.

• _{penelitian yang dilakukan oleh (K. Omri dkk, 2013) yang}

Superparamagnetik

• _{Superparamagnetik memiliki sifat magnetnya}

menyerupai sifat paramagnetik, hanya nilai koersifitasnya mendekati nol.

• _{Pada penelitian (Mera dkk, 2010) yang menduga}

bahwa fase paramagnetik pada sampelnya

Ferromagnetik

• _{(Coey dkk,2013) menjelaskan bahwa sifat}

ferromagnetik dari sampelnya merupakan hasilferromagnetic exchange pada diluted ferromagnetik oksida yang memungkinkan termediasi olehshallow donor elektron.

• _{Di lain sisi kecacatan intrinsik seperti}

kekosongan oksigen dan intersisi Zn juga merupakan asumsi sementara yang

KESI MPULAN & SARAN

Kesimpulan

1 . Peningkat an dopan ion Mn2 + _{pada N anopart ikel Zn}

1 - xMnxO

m eningkat kan param et er kisi a, b, dan c. Sehingga volum e sel sat uanpun j uga m eningkat seiring penam bahan doping. Hal ini

t erj adi karena j ari- j ari ion Mn2 + _{lebih besar daripada j ari- j ari ion}

Zn2 +_{. N am un ukuran krist al Zn}

1 - xMnxO m enurun seiring dengan

peningkat an dopan ion Mn2 +_.

2 . Peningkat an dopan ion Mn2 + _{pada nanopart ikel Zn}

1 - xMnxO

m enurunkan energi gap ( Eg) Zn_{1 - x}Mn_xO.

3 . Ket ika Mn didopingk an pada ZnO m enghasilkan kurva m agnet isasi yang berbeda- beda pada m asing- m asing kom posisi pendoping.

Pada dopan x= 0 ,0 0 grafik m enunj ukkan sifat param agnet ik lem ah, dopan x= 0 ,0 1 grafik m enunj ukkan sifat diam agnet ik, dopan

x= 0 ,0 2 grafik m enunj ukkan sifat superparam agnet ik, dan dopan x= 0 ,0 3 grafik m enunj ukkan sifat ferrom agnet ik.

4 . Berdasarkan hasil penguj ian SEM dapat diket ahui bahw a bent uk

m orfologi dari part ikel Zn_{1 - x}Mn_xO yait u n a n o w ir e dan dit unj ukkan

bahw a dengan sem akin banyak kom posisi doping Mn yang

diberik an, m orfologi yang dihasilkan sem akin halus. Hal ini karena

ukuran part ikel Zn_{1 - x}Mn_xO sem akin kecil dengan bert am bahnya

Saran

v

Perlu dilak uk an penelit ian lebih lanj ut unt uk m enghasilk an