ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN
MOBILITAS PEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL
SPIRULINA SP HASIL DEPOSISI SPIN COATING
Disusun Oleh : LIDYA NUR DE VEGA
M0211047
SKRIPSI
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Agustus, 2015
ii
ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN
MOBILITAS PEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL
SPIRULINA SP HASIL DEPOSISI SPIN COATING
Disusun Oleh : LIDYA NUR DE VEGA
M0211047
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA Agustus, 2015
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
PENELITIAN S1
Analisis Morfologi Permukaan dan Penentuan Mobilitas Pembawa Muatan Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil Deposisi Spin Coating
Oleh:
LIDYA NUR DE VEGA M0211047
Telah Disetujui Oleh:
Pembimbing I
Dr. Eng.Budi Purnama , S.Si.,M.,Si. NIP 197311092000031001 ... Pembimbing II Utari.,S.Si., M.Si NIP 197012062000032001 ...
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul : Analisis Morfologi Permukaan dan Penentuan Mobilitas Pembawa Muatan Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil Deposisi Spin Coating
Yang ditulis oleh :
Nama : Lidya Nur De Vega
NIM : M0211047
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada
Hari :
Tanggal :
Anggota Tim Penguji :
1. Dr. Agus Suprianto., S.Si., M.Si (………) NIP. 19690826 199903 1 001
2. Riyatun., M.Si (………)
NIP. 19680226 199402 2 001
3. Dr. Eng. Budi Purnama., S.Si., M.Si (………) NIP. 19731109 200003 1 001
4. Utari., M.Si (………) NIP. 19701206 200003 2 001
Disahkan pada tanggal 2015 Kepala Program Studi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Fahru Nurosyid., S.Si., M.Si NIP. 197210132000031002
v
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang berjudul “ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN MOBILITASPEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL SPIRULINA SP
HASIL DEPOSISI SPIN COATING” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi dari Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau di perbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 3 Agustus 2015
vi
MOTTO
“Ya Rabbku, lapangkanlah untukku dadaku dan mudahkanlah untukku urusanku dan
lepaskanlah untukku urusanku dan lepaskanlah kekakuanku dari lidahku supaya
mereka mengerti perkataanku”.
(QS.Thoha:25-28)
“There are no teams here, no buddies. You’re on your own. Be on your own”
-Cristina Yang (Grey’s Anatomy Cast)
“Sail away from the safe harbor, catch the trade winds in your sails. Explore. Dream.”
-Mark Twain
“Remember that happiness is a way of a travel – not a destination.”
-Roy M. Goodman
“If you born poor it’s not your mistake, but if you die poor it’s your mistake”
-Bill Gates
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
“For those who become a citizen of the world, who become a grown – up, who become
accountable to someone other than myself and my parents, who become accountable to
the world, to the future, to all the possibilities that life has to offer.”
“Those who ready for anything, for everything to take on life, to take on love, to take on
the responsibility and possibility.”
“For my friends who just begin their lives”
viii
ANALISIS MORFOLOGI PERMUKAAN DAN PENENTUAN MOBILITAS PEMBAWA MUATAN LAPISAN KLOROFIL SPIRULINA
SP HASIL DEPOSISI SPIN COATING Lidya Nur De Vega
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta 57126
E-mail : lidyadvega@gmail.com
ABSTRAK
Karakteristik morfologi permukaan lapisan klorofil hasil AFM (Atomic Force Microscopy) telah dianalisis. Analisis morfologi dilakukan menggunakan program WSxM 5.0 Develop 7.0 meliputi analisis 2D (2 dimensi), analisis 3D (3 dimensi), histogram ukuran partikel dan profile permukaan dari lapisan tipis. Lapisan klorofil ditumbuhkan dengan metode spin coating pada substrat glass coated ITO. Pada proses penumbuhan dilakukan variasi jumlah perulangan lapisan (N). Hasil pengamatan morfologi dengan AFM (Atomic Force Microscopy) menjelaskan bahwa lapisan tipis dengan N = 5 memiliki permukaan yang lebih rata dibandingkan dengan N = 3 akibat adanya proses inter molekular interaksi. Ukuran molekul penyusun lapisan klorofil membentuk distribusi Gaussian. Pada hasil pengamatan dari kurva profil permukaan diperoleh ketebalan lapisan berturut-turut sebesar 281,7 dan 372,6 nm untuk N = 3 dan N = 5. Karakteristik selanjutnya adalah karakteristik kurva I – V dari lapisan tipis. Kurva ini merupakan kurva hubungan arus dan tegangan dari lapisan tipis pada suhu ruang. Hasil dari kurva I – V ini adalah berupa perolehan gradien yang kemudian digunakan untuk mengukur mobilitas pembawa muatan lapisan tipis. Variasi jumlah pelapisan dan jumlah kecepatan putar yang dilakukan telah memberikan pengaruh terhadap mobilitas yang dihasilkan. Peningkatan jumlah lapisan menunjukkan adanya peningkatan mobilitas (μ) pembawa muatan dan peningkatan jumlah kecepatan putar menunjukkan penurunan mobilitas dari pembawa muatan.
Kata Kunci: Lapisan Klorofil, Spin Coating, Morfologi Permukaan, AFM, Mobilitas.
ix
Surface Morphology Analysis and Determination of The Charge
Carrier Mobility in Chlorophyll layer Spirulina Sp Fabricated by
Spin Coating Method
Lidya Nur De Vega
Physics Department, Faculty of Mathematic and Natural Science Universitas Sebelas Maret, Surakarta 57126
E-mail : lidyadvega@gmail.com
ABSTRACT
Surface morphological characteristic of chlorophyll layer have been analized. Morphological surface have been done by WSxM 5.0 Develop 7.0
program including 2D (2 dimension), 3D (3 dimension), histogram of size distribution and surface profile analysis. Chlorophyll layer deposited by spin coating methods on a glass coated ITO substrates. Layer variation (N) performed in this deposition. Results of morphological observation by AFM (Atomic Force Microscopy) explains that a thin layer with N = 5 has a flatter surface than with N = 3 due to inter molecular interaction process. The molecular size of the chlorophyll layers form a Gaussian distribution. From the profile curves, thickness of the layer were obtained as 281.7 nm and 372.6 nm for N =3 and 5 respectively. Characteristics of I – V curve has been done for chlorophyll layer. I – V curve explained the relationship between current and voltage. Gradient of this I – V
curve than used for mobility measurement of chlorophyll layer. Layer and spin rate variation performed influenced mobility. Increasing of layer number raise the mobility (μ) and increasing of spin rate showed the decrease of mobility.
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, memuji-Nya, meminta pertolongan dan ampunan kepada-Nya, serta berlindung kepada-Nya dari keburukan jiwa, dan kejelekan amal. Sesungguhnya segala puji penulis panjatkan hanya kepada Allah SWT, yang senantiasa memberi rahmat, perlindungan, serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Sholawat beserta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Shalawat yang cahayanya turut menyinari diriku dari setiap arah dan setiap waktu. Serta menyertai molekulku dalam kehidupanku dan setelah kematianku. Semoga rahmat dan salam penghormatan ini tercurah pula kepada keluarganya yang suci dan para sahabatnya yang terpilih.
Skripsi yang berjudul “Analisis Morfologi Permukaan dan Penentuan Mobilitas Pembawa Muatan Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil Deposisi Spin Coating” merupakan sebagian persyaratan bagi penulis guna mendapatkan gelar sarjana sains fisika. Dengan berbesar hati penulis ingin mengucapkan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada seluruh pihak yang telah memberikan masukan, bantuan dan bimbingan baik secara langsung maupun tidak langsung. Ucapan terimakasih secara khusus penulis sampaikan kepada:
1. Dr.Eng. Budi Purnama., S.Si., M.Si selaku Pembimbing I yang senantiasa dengan sabar membimbing meluangkan waktu, memberi arahan, memberi berbagai masukan, serta motivasi tersendiri kepada penulis.
2. Ibu Utari., S.Si., M.Si selaku Pembimbing II yang senantiasa dengan sabar memberikan bimbingan serta motivasi kepada penulis.
3. Dr. Agus Supriyanto selaku Pembimbing akademik yang senantiasa memberikan bimbingan kepada penulis.
4. Keluarga yang selalu memberikan doa dan semangat kepada penulis. 5. Arimaya, Diah, Dinasti, Dini, Endang dan Ratna selaku sahabat serta
xi
6. Chomsatin, Khodijah, Sehati selaku sahabat bimbingan akademik. You’re
doing a great job for me!
7. Material Research Grup 2011-2012.
8. Seluruh Angkatan Fisika 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, dan 2014.
Akhirnya, hanya kepada Allah SWT penulis memohon dengan menyebut nama-Nya yang agung, yang apabila dimintai dengannya pasti memberi, apabila diseru pasti mengabulkan, agar menjadikan karya yang sedikit ini diberkahi dan ikhlas mengharap wajah-Nya Yang Maha Mulia, mendekatkan penulis, pembimbing, pembaca, serta semua pihak kepada surga Firdaus yang tertinggi, serta memberi manfaat bagi penulis dalam kehidupan dunia, kehidupan sesudah mati, dan kepada siapa saja yang sampai padanya skripsi ini. Aamiin..
Surakarta, 3 Agustus 2015
xii
PUBLIKASI
Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Analisis Morfologi Permukaan dan Penentuan Mobilitas Pembawa Muatan Lapisan Klorofil Spirulina sp Hasil Deposisi Spin Coating” telah dipublikasikan pada Jurnal Fisika dan Aplikasinya Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS Volume 11 Nomor 3, Edisi Oktober 2015.
xiii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ...i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ...iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
HALAMAN MOTTO ...vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
HALAMAN ABSTRAK ... viii
HALAMAN ABSTRACT ...ix
KATA PENGANTAR ...xi
HALAMAN PUBLIKASI ... xii
DAFTAR ISI ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ...xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1.Latar Belakang ... 1 1.2.Batasan Masalah ... 2 1.3.Perumusan Masalah ... 2 1.4.Tujuan Penelitian ... 3 1.5.Manfaat Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1Material organik: Klorofil ... 4
2.2Fenomena Transport ... 5
2.2.1Eksitasi Pembawa Muatan ... 5
xiv
2.3 Karakterisasi Mobilitas Muatan ... 7
2.3.1 DriftCurrent ... 8
2.3.2 Efek Hall ... 9
2.3.3Magnetoresistansi Organik (OMAR) ... 9
2.4 Faktor Berpengaruh Pada Mobilitas Pembawa Muatan ... 10
2.5 Morfologi Permukaan Lapisan Tipis Klorofil ... 11
2.6 Atomic Force Microscopy (AFM) ... 12
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 14
3.1Tempat dan Waktu Penelitian ... 14
3.2Alat dan Bahan Penelitian ... 14
3.2.1 Alat dan Bahan untuk Isolasi Klorofil Alam ... 14
3.2.2 Alat dan Bahan Penumbuhan Lapisan Tipis Klorofil Alam ... 16
3.2.3 Karakterisasi Lapisan Tipis Klorofil Alam ... 17
3.3Diagram Penelitian ... 18
3.3.1 Karakterisasi Morfologi Lapisan Tipis Klorofil Alam... 19
3.3.2 Program WSxM 5.0 Develop 7.0... 19
3.3.2 Karakterisasi Pengukuran Mobilitas Pembawa Muatan ... 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 23
4.1Pengamatan Morfologi Permukaan Lapisan Tipis Spirulinasp ... 23
4.2Pengukuran Mobilitas Pembawa Muatan ... 27
4.2.1 Mobilitas Pembawa Muatan dengan Variasi Jumlah Lapisan Tipis ... 27
4.2.2 Mobilitas Pembawa Muatan dengan Variasi Kecepatan Putar ... 30
BAB V PENUTUP ... 33
5.1Kesimpulan ... 33
xv
DAFTAR PUSTAKA ... 35 LAMPIRAN ... 40
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur inti molekul klorofil dan gugus fungsionalnya ... 4
Gambar 2.2 Skema energi pada pita konduksi dan pita valensi ... 5
Gambar 2.3 Skema konfigurasi orbital (a) Keadaan dasar (b) Spin single excited state (c) Spin triplet excited state ... 6
Gambar 2.4 Geometri standar Efek Hall ... 9
Gambar 2.5 Morfologi klorofil hasil pengamatan AFM ... 12
Gambar 2.6 Gambar skema proba AFM ... 13
Gambar 3.1 Diagram alir prosedur penelitian ... 18
Gambar 3.2 Tampilan program WSxM 5.0 Develop 7.0 ... 20
Gambar 3.3 Tampilan menu program WSxM 5.0 Develop 7.0 ... 20
Gambar 3.4 (a) Ukuran skematik substrat PCB dan (b) Diagram skematik pengukuran mobilitas pembawa muatan dengan metode I-V ... 22
Gambar 3.5 (a) Proba PCB termodifikasi dan (b) Set alat I-V meter ELKAHFI 100 ... 22
Gambar 4.1 Morfologi permukaan lapisan klorofil spirulina sp hasil karakterisasi AFM dengan scan range 1 μm pada (a) N = 3 dan (b) N = 5 ... 23
Gambar 4.2 Tampilan program WSxM 5.0 Develop 7.0 pada analisa histogram untuk N = 3 ... 24
Gambar 4.3 Tampilan program WSxM 5.0 Develop 7.0 pada analisa histogram untuk N = 5 ... 24
Gambar 4.4 Histogram kejadian ditemukan sebaran ukuran partikel yang diungkapkan dari nilai topografi dievaluasi pada sampel dengan (a) N = 3 (b) N = 5 ... 25
Gambar 4.5 Hasil karakterisasi AFM untuk 3D (3 dimensi) sampel klorofil spirulina sp dengan (a) N = 3 dan (b) N = 5 serta representasi profile permukaannya ... 26
Gambar 4.6 Grafik I – V lapisan tipis untuk N = 2 lapisan dan N = 4 lapisan ... 28
Gambar 4.7 Grafik mobilitas pembawa muatan (μ) sebagai fungsi jumlah lapisan (N) ... 30
xvii
Gambar 4.8 Grafik I – V lapisan tipis pada variasi kecepatan putar untuk (a) N = 1 lapisan dan (b) N = 3 lapisan ... 31 Gambar 4.9 Grafik mobilitas pembawa muatan (μ) sebagai fungsi kecepatan putar (μ) ... 32
xviii
LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 Data Karakterisasi I-V meter………… ... 40 Lampiran 2 Tipikal Perhitungan Nilai Mobilitas Pembawa Muatan (Variasi Jumlah Lapisan)…………. ... 46 Lampiran 3 Tipikal Perhitungan Nilai Mobilitas Pembawa Muatan (Variasi Kecepatan Putar)………… ... 47 Lampiran 4 Perolehan Derajat Kekasaran (Roughness) dengan Program WSxM Developer 7.0………… ... 48
