PENGARUH KONSENTRASI CuO DAN ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK TERMISTOR NTC BERBASIS (CuxZnyMnzNit)Fe2O4.

(1)

i

PENGARUH KONSENTRASI CuO DAN ZnO TERHADAP

KARAKTERISTIK TERMISTOR NTC BERBASIS (CuxZnyMnzNit)Fe2O4 Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Dari Syarat Untuk Memeperoleh Gelar

Sarjana Sains Departemen Pendidikan Fisika Program Studi Fisika

Oleh:

Aria Respati

0800733

PROGRAM STUDI FISIKA.

DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA.

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM.

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA.

(2)

ii

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI

ARIA RESPATI

0800733

JUDUL SKRIPSI: PENGARUH KONSENTRASI CuO DAN ZnO TERHADAP

KARAKTERISTIK TERMISTOR NTC BERBASIS CuxZnyMnzNit)Fe2O4

Disetujui Dan Disahkan Oleh Pembimbing:. Pembimbing I,

Dr. Dani Gustaman Syarif, M. Eng.

NIP: 196105221984031002.

Pembimbing II,

Dr. Dadi Rusdiana, M.Si.

NIP: 196810151994031002

Mengetahui:

Ketua Departemen Pendidikan Fisika

Dr. Dadi Rusdiana, M.Si.

(3)

iii

PENGARUH KONSENTRASI CuO DAN ZnO TERHADAP

KARAKTERISTIK TERMISTOR NTC BERBASIS (CuxZnyMnzNit)Fe2O4

oleh

Aria Respati

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar

sarjana sains pada fakultas pendidikan matematika dan ilmu pengetahuan alam

Universitas Pendidikan Indonesia

Agustus 2015

Hak cipta dilindungi oleh undang-undang.

Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruh atau sebagian,

(4)

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi dengan judul “PENGARUH KONSENTRASI CuO DAN ZnO TERHADAP KARAKTERISTIK TERMISTOR NTC BERBASIS (CuxZnyMnzNit)Fe2O4” adalah benar-benar hasil dari pemikiran saya sendiri, tanpa ada penjiplakan atau pengutipan yang

tidak sesuai dengan aturan atau etika penulisan ilmiah yang berlaku. Jika

dikemudian hari ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika atau aturan dalam

penulisan ilmiah, saya siap untu mempertanggungjawabkan dan siap untuk

menerima segala resiko.

Bandung, agustus 2015

Yang membuat pernyataan,

Aria Respati

(5)

iv

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan film tebal untuk termistor

NTC berbasis CuxZnyMnzNit)Fe2O4. Termistor ini berbahan dasar CuO, ZnO,

MnO, NiO, dan Fe2O3 dengan variasi konstrasi CuO dan ZnO berturut-turut

dalam persen massa adalah (15 dan 5), (10 dan 10) dan (5 dan 15). Penelitian ini

bertujuan mendapatkankomposisi yang optimal yang memiliki karakterisitik yang

paling baik. Hasil karakterisasi listrik menunjukkan tahanan suhu ruang

meningkat dari komposisi 1 ke komposisi 3 yaitu (3,84 M ), (11,78 M ) dan

(25,94 M ). Harga konstanta B dari komposisi 1 ke 3 adalah (3046 K), (3962 K),

dan (3397 K) semua memenuhi kebutuhan pasar. Pola difraksi menunjukkan

bhwa semua komposisi berstruktur kubik spinel dan struktur membaik dari

komposisi 1 ke 3, ditunjukkan dengan semakin sedikitnya puncak-puncak selain

fasa spinel. Analisis SEM menunjukkan bahwa dari komposisi 1 ke 3 stuktur

mikronya semakin membaik, ditunjukkan dari semakin sedikitnya butir-butir

berukuran kecil dan semakin tumbuhnya butir-butir besar yang diduga kuat adalah

fasa spinel. Komposisi yang paling optimal adalah komposisi 2.

(6)

v

Aria Respati, 2015

Pengaruh Konsentrasi CuO dan ZnO Terhadap Karakteristik Termistor NTC Berbasis (CuxZnyMnzNit)Fe2O4

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu ABSTRACT

A study about fabrication of thick film for NTC thermistor based of

CuxZnyMnzNit)Fe2O4 has been done. This thermistor was made of CuO, ZnO,

MnO, NiO and with variation of CuO and ZnO concentration in percent of

mass of (15 : 5), ( 10 : 10), and (5 :15). The study was to get optimal

composistion with best characteristic. The electric characterization showed that

room temprature resistivity increased from composition 1 to composition 3

namely (3,84 M ), (11,78 M ) dan (25,94 M ). The B values from composition

1 to 3 are 3046 K), (3962 K), and (3397 K. All of them met the market

requiremtent. The patern of diffraction showed that all of compositions had

cubic-spinel structure and the structure or the 3rd composition was better than 2nd and

1st composition, it was found them from decreasing of not-spinel pic phase from

1st to 3rd composition. SEM analyst showed that the microstructure was better

from composition 1 to 3, it was know from decreasing of litle grain and increasing

of big grain that the spinel phase. So thte optimal composition is composition 2.

(7)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI... Error! Bookmark not defined.

ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined.

KATA PENGANTAR... Error! Bookmark not defined.

Ucapan terimakasih ... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR ISI ...i

DAFTAR GAMBAR ... iii

DAFTAR TABEL ... iv

BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.

1.1 Latar Belakang... Error! Bookmark not defined.

1.2 Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined.

1.3 Tujuan ... Error! Bookmark not defined.

1.4 BatasanMasalah ... Error! Bookmark not defined.

1.5 Metodologi Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... Error! Bookmark not defined.

2.1 Termistor ... Error! Bookmark not defined.

2.2 Keramik ... Error! Bookmark not defined.

2.3 Sintering ... Error! Bookmark not defined.

2.4 Fasa spinel ... Error! Bookmark not defined.

2.5 Proses Termodinamika ... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODE PENELITIAN ... Error! Bookmark not defined.

3.1 Pencampuran Dan Penggerusan ... Error! Bookmark not defined. 3.2 Pencampuran dengan larutan organik (Organic Vehicle.) ... Error! Bookmark not defined.

3.3 Pembuatan film tebal dengan metode screen printing . Error! Bookmark not defined.

3.4 Film tebal di bakarpada suhu 1100 ditahan selama 3 jam ... Error! Bookmark not defined.

(8)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu

3.6 Karakterisasi ... Error! Bookmark not defined.

3.7 Analisis dan pembahasan ... Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... Error! Bookmark not defined.

4.1 Hasil Pemotretan Sampel Dan Perhitungan Faktor Koreksi ... Error! Bookmark not defined.

4.2 Uji Kelistrikan. ... Error! Bookmark not defined.

4.3 Stuktur kristal ... Error! Bookmark not defined.

4.4 Struktur Mikro ... Error! Bookmark not defined.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... Error! Bookmark not defined.

5.1 Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran ... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Grafik hubungan resistivitas listrik (ρ) dan suhu (T) untuk

termistor NTC dan sensor lainnya (Wiendartun, dkk 2007)Error! Bookmark not de

Gambar 2.2 Proses perubahan struktur mikro saat terjadi sintering (Ramlan

dan A.A. Bama 2011) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.1 Bagan metode penelitian pembuatan termistor NTC dengan

metode Scree Printing...9

Gambar 3..2 Contoh tabel data pengamatan uji resistivitasError! Bookmark not defined.

Gambar 4.1 Potret penampilan luar sampel komposisi 1Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.4 Plot grafik hubungan resistivitas vs suhu untuk semua

komposisi... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.5 Grafik Ln(R/Ro) vs 1/T untuk sampel komposisi 1Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.8 Hasil XRD sampel komposisi 1 ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.11 Pola difraksi spinel murni , (Wiendartun, dkk 2009)Error! Bookmark not

Gambar 4.12 Hasil foto SEM sampel komposisi 1Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.13 Hasil foto SEM sampel komposisi 2.Error! Bookmark not defined.

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Komposisi bahan termistor NTC dengan variasi CuO dan ZnO

... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.1. perhitungan faktor koreksi untuk setiap komposisi... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.2. Hasil pengamatan resistivitas vs suhu pada komposisi 1 ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.3 Hasil pengamatan resistivitas vs suhu pada komposisi 2 ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.4 Hasil pengamatan resistivitas vs suhu pada komposisi 3 ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.5 Daftar resistivitas beberapa bahan.... Error! Bookmark not defined.

(11)

(12)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Termistor NTC (Negative TempratureCoeficience) adalah komponen

elekronika yang biasa digunakan untuk barbagai aplikasi seperti pembatas suhu,

pembatas aliran air, pembatas arus listrik, sensor panas, sensor tekanan (D.G.

Syarif,dkk. 2007). Selain itu, temistor NTC telah digunakan dalam berbagai

bidang seperti kedokteran (termasuk kedokteran nuklir), otomotif, instrumentasi,

telekomunikasi, HVACR (Heating Ventilation Air Condisioning and

Refrigerator)(D.G. Syarif,dkk. 2009). Termistor NTC pada umumnya berstruktur

spinel tetragonal, terbentuk dari logam-logam transisi dalam sistem periodik dan

memiliki rumus umum AB2O4 dengan A adalah ion logam pada posisi tetrahedral

dan B adalah adalah ion logam pada posisi octaherdral (D.G. Syarif dan E.

Sukirman, 2007,Wiendartun, 2007).

Sampai saat ini baik di dalam maupun diluar negeri telah banyak

dilakukan penelitian tentang termistor NTC yang memiliki struktur spinel dan

memiliki rumus umum . Penelitian tersebut antara lain bertujuan untuk

memperbaiki struktur, nilai konstanta B, maupun suhu kerjanya. Berikut ini

adalah beberapa contoh hasil penelitian tentang termistor NTC yang telah

dilakukan yaitu:

bekerja pada suhu tinggi (Wiendartun, dkk 2013).

4. Termistor berstruktur spinel cubic, memiliki harga B =

(13)

2

5. Termistor berstruktur spinel cubic, memiliki harga B =(

2254-4809 K), dan bekerja pada suhu ruang (S.A. Kanade dan V. Puri

2007).

Selain itu masih banyak lagi penelitian tentang termistor NTC yang berstruktur

spinel yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Pada peneltian ini dilakukan pembuatan termistor NTC berbentuk

CuxZnyMnzNit)Fe2O4 yang masih berstruktur dengan variasi Cu dan Zn,

bahan-bahan tersebut merupakan gabungan dari logam-logam transisi yang pada

umumnya digunakan untuk pembuatan keramik termistor NTC. Pada hasil

penelitian yang sudah ada, pengaruh konsentrasi Cu yaitu pada pembuatan

termistor NTC , semakin turun konsenterasi Cu maka harga B justru

meningkat dan termistor tersebut berstruktur spinel tetragonal atau spinel cubic

(D.G. Syarif dan E.Sukirman, 2007). Sedangkan pengaruh Zn pada termistor NTC

yaitu pada pembuatan termistor NTC (

harga B akan meningkat seiring dengan penambahan Zn tetapi tidak begitu berpengaruh pada struktur kristal maupun ukuran butir dari keramik termistor

NTC tersebut (K. Park dan J.K. Lee, 2009). Jadi pada pembuatan termistor NTC

( ) ini diharapkan mendapatkan komposisi yang optimal untuk mendapatkan harga B yang tinggi dan memiliki struktur spinel serta dapat

bekerja di suhu ruang.

1.2 Rumusan Masalah

Dari yang telah dipaparkan pada bagian latar belakang di atas maka pada

penulisan ini didapatkan rumusan masalah Berapa komposisi optimal

yangmenghasilkan termistor NTC dengan karakteristik yang baikyaitu B

(14)

3

1.3 Tujuan

Mengetahui komposisi optimal yang menghasilkan termistor NTC dengan

karakteristik yang baik B , berstruktrur spinel dan memenuhi

1.4.2. Sifat mikro dan struktur kristal dikarakterisasi dengan menggunakan XRD

dan melihat morfologi kristal dengan menggunakan SEM.

1.4.2. Sifatlistrik yang diuji adalah impedansnya pada suhu yang bervariasi yaitu

dari suhu 30- 100 derajat Celcius.

1.5 Metodologi Penelitian

Berikut ini adalah langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini.

1.5.1. Penimbangan bahan-bahan dan penggerusan.

1.5.2. Pencampuran dengan larutan organik.

1.5.3. Pembuatan film tebal dengan metode screen printing.

1.5.4. Film tebal di bakar pada suhu 1100 ditahan selama 3 jam

1.5.5. pembuatan kontak perak dengan metode screen printing dan dipanaskan

pada suhu 600 .

1.5.6. Karakterisasi.

1.5.6.1.Pengambilan gambar visual gambar

1.5.6.2.Uji kelistrikan

1.5.6.3.Analisis XRD

1.5.6.4.Analisis SEM

(15)

10

BAB III

METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan diterangkatn gambaran secara umum tentang langkah-

langkah penelitian yang telah dilakukan dari mulai preparasi, pembuatan sampai

pada tahap analisis dan pembahasan. Pembuatan termistor NTC ini diperlihatkan

oleh bagan metode penelitian pada gambar 3.1di bawah ini:

Gambar 3.1.a : Bagan pembuatan film tebal dengan teknik screen printing.

Pencampuran

O.V

Campuran bahan-bahan

Pencampuran dan pengadukan selama 30 menit

Pasta

Screen printing substrat alumina

Film tebal

(16)

11

11 Aria Respati, 2015

Gambar 3.1.b : Pembuatan kontak perak dengan teknikscreen printing. Film tebal

pembakaran pada

1100 ditahan

selama 3 jam

Film tebal hasil

bakar Pasta perak

Pembuatan kontak perak dengan teknik screen printing

Film dengan kontak perak

Pembakaran pada suhu 600

selama 30 menit.

Termistor NTC dengan

kontak perak.

(17)

12

Gambar 31.c : Karakterisasi dan analisis.

Gambar 3.1 : Bagan metode penelitian pembuatan termistor NTC dengan metode

Screen Printing.

1.1 Pencampuran dan Penggerusan

Dalam proses pembuatan termistorNTC ini pertama-tama yang dilakukan

adalah mencampur seluruh bahan-bahan yaitu NiO, CuO, ZnO, MnO dan

sesuai dengan konsentrasi yang telah ditentukan. Karena dalam penelitaan ini yang dilihat adalah pengaruh konsentrasi Zn dan Cu, maka dibuatlah beberapa

komposisi dari bahan-bahan tersebut yaitu 3 komposisi dengan ZnO dan CuO

divariasikan sedangkan bahan yang lainnya dibuat konstan. Komposisinya

diperlihatkan oleh tabel 3.1 di bawah ini.

Karakterisasi

Uji

kelistrikan

Analisis XRD SEM Pemotretan

sampel

(18)

13

Tabel 1.1: Komposisi bahan termistor NTC dengan variasiCuO dan ZnO

Komposisi

1.2 Pencampuran dengan larutan organik (Organic Vehicle.)

Setelah semua bahan dicampur, maka campuran bahan-bahan tersebut

ditambahkan dengan larutan organik. Larutan organik ini berfungsi sebagai

pengikat dan merupakan syarat yang penting untuk membuat pasta. dalam

penelitian ini berat dari larutan organik tersebut adalah sama dengan berat

campuran seluruh bahan. Setalah dicampur dengan bahan organik lalu

masing-masing diaduk selama 30 menit.

1.3 Pembuatan film tebal dengan metode screen printing

Setelah pasta terbentuk langkah selanjutnya adalah membuat film tebal

dari pasta tersebut di atas substrat keramik alumina. Film tebal dibuat dengan

teknik screen printing dengan menggunakan screen yang berpori dan pasta

diusapkan dengan menggunakan rakel.

1.4 Film tebal di bakarpada suhu 1100 ditahan selama 3 jam

Semua film tebal untuk setiap variasi komposisi dibakar pada suhu 1100

dan ditahan selama 3 jam secara bersamaan supaya tidak terjadi perbedaan

perlakuan pada variabel suhu karena dalam penelitian ini hanya dilihat dari

pengaruh komposisinya saja.

1.5 Pembuatan kontak perak

Pembuatan kontak pada termistor ini menggunakan pasta perak impor

dengan metode screen printing. Setelah terbentuk lapisan pasta perak pada film

tebal maka setalah itu dibakar lagi pada suhu 600 selama 30 menit

(19)

14

1.6 Karakterisasi

Setelah terbentuk film tebal keramik termistor NTC maka dilakukan

beberapa karakterisasi untuk mengetahui keadaan fisis dari termistor tersebut

sehingga termistor tersebut bisa dianalisis. Macam-macam karakterisasi tersebut

adalah sebagai berikut:

1.6.1 Pemotretan Sampel

Pemotretan sampel dilakukan untuk mengetahui penampilan visual sampel

secara kasat mata.

1.6.2 Uji Kelistrikan

Uji kelistrikan disini adalah mengukur impedansi termistor didalam

sebuah tungku dengan dua kondisi yaitu pada saat suhu naik (30

dan pada suhu turun (100 -30 ) . setiap kenaikan/penurunan sebesar 5 diamati besar resistivitasnya. Hal ini dilakukan untuk melihat pengaruh suhu

terhadap resistivitas dari termistor yang dibuat tersebut. contoh tabel

pengamatannya diperlihatkan pada gambar 3.2 di bawah ini.

Suhu ( )

Gambar 3.2 Contoh tabel data pengamatan uji resistivitas

1.6.3 Analisis XRD

Analisis XRD dilakukan untuk melihat strukturkristal film tebal yang

(20)

15

cubic karena pada umumnya termistor NTC berstruktur tersebut dan terbentuk

dari logam transisi (D.G. Syarif dan E. Sukirman, 2007) (Wiendartun, 2007).

1.6.4 Analisis SEM

Untuk melihat morfologi permukaan dan struktur mikro sampel digunakan

SEM. Dari foto SEM ini dapat dilihat profil pemukaannya secara mikro serta

ukuran butir-butir yang terbentuk.

1.7 Analisis dan pembahasan

Langkah terakhir dalam penelitian ini adalah analisis dan pembahasan.

Langkah ini berisi tentang hasil dari karakterisasi dan pengukuran serta

pembahasan terhadap hasil karakterisasi tersebut. Pembahasan berisi tentang

penjelasan-penjelasan pada tiap hasil karakterisasi serta keterkaitan antara

masing-masing karakterisasi sehingga nantinya akan didapat sebuah kesimpulan

dan menjawab rumusan masalah pada penelitian ini. Penelitian ini dikatakan

berhasil ketika mendapatkan komposisi yang optimal dan memikiki karakteristik

yang baik yaitu berstruktur spinel dan memiliki harga B 2000 K sehingga

(21)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

1.1 Kesimpulan

Penambahan konsentrasi ZnO dan pengurangan konsentrasi CuO

meningkatkan nilai konstanta termistor (B) dari 3046 K (komposisi 1) ke 3962 K

(komposisi 2), dan menurun kembali menjadi 3397 K (komposisi 3) karena terjadi

perubahan struktur mikro. Sehingga termistor yang dibuat memenuhi kebutuhan

pasar karena memiliki harga B 2000 K. selain itu semua termistor ini

mempunyai struktur kubik spinel. Komposisi optimal berdasarkan harga B adalah

komposisi 2.

1.2 Saran

Pada penelitian ini harga tahanan suhu ruang sangat besar yaitu berorde

MΩ (mega ohm) sehingga penggunaannya sangat sempit hanya pada aplikasi

yang membutuhkan tahanan yang besar. Untuk penelitian selanjutnya supaya

dapat diaplikasikan pada bidang yang lebih luas maka perlu dilakukan cara supaya

memperkecil harga tahanan memperbanyak konsentrasi CuO dan memperkecil

konsentrasi ZnO selama hasil konstanta termisornya (B) lebih dari sama dengan

(22)

32

DAFTAR PUSTAKA

Karakterisasi Listriknya Sebelum dan Sesudah Iradiasi Gamma”.

Prosiding Seminar Nasional Dan Teknologi Nuklir.

K. Park dan J.K Lee, (2009). “The Effect of Zn on the Microstucture and applications”. Perancis. ISTE ltd.

R.N. Jadhav, S.N. mathad, dan Vijaya Puri, (2012). “Studies on the properties of Ni0,6Cu0.4Mn2O4 NTC ceramic due to Fe doping”. Ceramic

International Vol 38, Hal 5181-5188.

Ramlan danA.A. Bama, (2011). “Pengaruh Suhu dan Waktu Sintering terhadap Sifat Bahan Porselen untuk Bahan Elektrolit Padat (Komponen

(23)

33

S.A. Kanade dan Vijaya Puri, (2007). “Elerctrical Properties of Thick-film NTC Thermistor Composed Of .” Materials Research

Bulletin Vol 43, Hal 819-824.

T. Dede, D.G Syarif dan S. Karim, (2007). “Karakterisasi Keramik Termistor

NTC Dari Pasir Yarosit Yang Bersetruktur Hematit Dengan

Penambahan Oksida Mangan”. Prosiding Seminar Nasional Sains

Dan Teknologi Nuklir PTNBR-BATAN.

Wiendartun, D.G. Syarif dan P. Fian (2010). “Syntesis and Characterization of

for Negative Temprature Coefficient (NTC) Thermistors.

Prosiding PPI-PDIPTN.

Wiendartun, D.G. Syarif, dan D. Rusdiana, (2009). “Karakterisasi Keramik Film

Tebal untuk Termistor NTC yang dibuat dengan

menggunakan dari mineral yarosit”. Jurnal FPMIPA UPI.

Wiendartun, dkk. (2007). “Pengaruh Penambahan terhadap Karakteristik Keramik Untuk Termistor NTC”. Jurnal FPMIPA UPI.

Wiendartun, Waslaludin, dan D.G. Syarif, (2013). “Effect of Addition on

Characteristics of Ceramic for NTC Thermistor Utilizing