Preparasi sampel CeO 2 lokal

BAB III METODE PENELITIAN

3.3 Prosedur Penelitian

3.3.1 Preparasi sampel CeO 2 lokal

Penelitian ini diawali dengan preparasi sampel CeO₂ lokal yaitu ditimbang sampel berupa Ce(OH)4 berbentuk pasta yang berasal dari Batan sebanyak 125 gram.

Sampel dimasukkan kedalam oven selama 24 jam dengan temperatur 110^oC.

Kemudian sampel digerus hingga halus. Sampel dikalsinasi pada temperatur 1000 ^oC (Purwani et al., 2016).

29 3.3.2 Sintesis Gadolinium Doped Cerium (GDC) menggunakan metode solid state dengan proses milling.

Penelitian ini dilanjutkan dengan mensintesis serbuk GDC dengan menimbang bahan sesuai dengan rumus stokiometri. Berbagai jumlah variasi Gd doping digunakan untuk pembentukan elektrolit padat berbasis cerium. GDC dengan rumus stokiometri Ce0.9Gd0.1O1.95 (GDC10) memiliki konduktivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan variasi konsentrasi lain (Burinkas et al., 2010). Metode yang digunakan adalah metode solid state dengan bantuan alat ball mill. Ada 2 jar milling yang digunakan dalam penelitian ini, masing-masing diberi jar milling A dan jar milling B.

Tabel 2. Data berat masing-masing senyawa Alat Gd2O3 sigma aldrich

(komersial)

CeO2 sigma aldrich (komersial)

CeO2

Local Jar milling A

Jar milling B

0,5236 gr 0,5236 gr

-

4,4766 gr

4,4766gr -

Data berat masing-masing senyawa tersebut berdasarkan perhitungan stoikiometri yang terdapat pada Lampiran 1. Semua bahan tersebut dimasukkan ke dalam pada jar milling A dan alat jar milling B yang berbahan dasar alumina kemudian ditambahkan etanol pada masing-masing jar milling sebagai media pencampuran agar serbuk yang dimilling tidak menggumpal. Etanol dipilih karena cepat menguap dan tidak menghasilkan reaksi samping etanol juga merupakan media pencampuran yang paling umum (Gupta et al.,2012). Kemudian, dimasukkan bola penumbuk dengan rasio serbuk dan bola 1:2.

30 Selanjutnya dilakukan milling selama 4 jam dengan kecepatan 240 rpm (Maca et al., 2007). Setelah milling, sampel kemudian dikeringkan pada temperatur 110˚C selama 24 jam menggunakan oven. Kemudian sampel dibagi menjadi 4 ada yaitu non kalsin dan 3 lainnya dilakukan kalsinasi dengan variasi temperatur 600 ^oC, 700 ^oC, 800 ^oC. Setelah itu serbuk dibuat menjadi pellet.

3.3.3. Pembuatan Pellet (Kompaksi)

Proses pemadatan dilakukan dengan mencampurkan serbuk sampel sebanyak 1,5 gram dan binder berupa Acrysol sebanyak 0,5 gram kedalam pelarut etanol (pa) sebanyak 10 mL dengan tujuan untuk menstabilkan bentuk pellet agar tidak mudah hancur. Kemudian dilakukan pengadukan dengan magnetic stirring selama 10 menit lalu dikeringkan dengan temperatur 110˚C selama 3 jam. Larutan yang telah kering dihaluskan dengan mortar dan kemudian dimasukkan ke dalam carver dan siap dikompaksi. Proses kompaksi dilakukan dengan tekanan 3 ton (Imperial College, 2013). Pellet yang sudah dikompaksi dikeluarkan dari carver, kemudian dilakukan proses sintering pada temperatur 1350^oC (Dikmen et al., 2010).

3.3.4. Identifikasi Fasa dan Struktur Kristal dengan XRD(ASTM D3906-03) Sampel GDC yang dihasilkan dicetak pada cetakan alumunium yang merupakan cetakan standar untuk analisis XRD berukuran 20x10 mm dan tebal 1 mm.Pengujian menggunakan XRD Rigaku, XRD beroperasi pada tegangan 40kV dengan arus sebesar 30mA. Sumber radiasi sinar X pada alat XRD ini adalah Copper (Cu) yang memiliki panjang gelombang elektromagnetik, λ, sebesar 1,39225 Å.

Penentuan jenis fasa dan ukuran kristal menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) ditentukan dengan melihat dari puncak-puncak yang dihasilkan dari data

31 eksperimental XRD (besar sudut 2θ) dan membandingkannya dengan ICDD (International Center for Diffraction Data).

3.3.5.Identifikasi Ukuran Partikel dengan PSA (ASTM D422-63)

Uji ukuran partikel dilakukan menggunakan pengujian PSA (Partilces Size Analyzer) Malvern. Sampel diambil dengan menggunakan sudip, lalu diberi 1 tetes surfaktan, kemudian dilarutkan dalam 3 mL aquabidest dan diaduk sampai homogen.

Larutan kemudian dimasukan ke dalam tabung dengan tinggi larutan maksimum 1 cm. kemudian larutan sampel dianalisa menggunakan instrumen PSA dan ditentukan distribusi ukuran partikelnya.

3.3.6.Identifikasi Permukaan Material dengan SEM (ASTM E1508-12a)

Sampel yang akan dikarakterisasi dengan alat instrumentasi SEM terlebih dahulu dibersihkan dan dikeringkan lalu diletakkan pada specimen holder.

Selanjutnya sampel dilapisi dengan lapisan tipis logam aurum (Au). Pemotretan dilakukan dengan menggunakan perbesaran yang diinginkan untuk mengetahui butiran, batas butir, keretakan, dan dislokasi.

3.3.7. TGA (Termogravimetry Analysis) (ASTM E1131-03)

TGA merupakan teknik analisis yang digunakan untuk menentukan stabilitas panas suatu senyawa dengan melihat perubahan massa yang hilang ketika sampel dipanaskan. Uji dekomposisi material dilakukan dengan alat TGA berdasarkan ASTM E1131-03. Pengeluaran laju alir gas Ar2 dan O2 diatur untuk menyediakan lingkungan yang sesuai. Cuplikan sampel di tempatkan pada sample holder dan ditunggu hingga beratnya konstan. Pemanasan sampai temperatur 900^oC dapat segera dimulai dengan diaktifkannya program. Pengurangan fraksi massa sampel selama eksperimen dicatat.

32 3.3.8.Analisa Densitas dengan Hukum Archimedes (ASTM, D792)

Pengukuran densitas pelaksanaannya mengacu pada standar ASTM C. 373 -72.

Prosedur kerja untuk menentukan besarnya densitas relatif (g/cm³) dengan hukum Archimedes.Pellet yang telah disinter ditimbang beratnya hingga konstan (Mk). Air dituangkan kira-kira 5/4 dari volume gelas beker dan diletakkan tiang penyangga sampel di atas neraca. Pellet yang sudah ditimbang berat keringnya kemudian dimasukkan ke dalam air dan ditimbang massa basahnya (Mb). Pellet diangkatdan dikeringkan permukaannya yang selanjutnya ditimbang kembali (Ms). Pellet yang telah ditimbang kemudian dikeringkan dalam oven pada temperatur 110^oC selama 2

jam. Perhitungan densitas dapat dihitung dengan rumus Densitas = !00- ^(Ms)-(Mk)

Densitas air ...(2) 3.3.9. Identifikasi Nilai Konduktivitas Material dengan EIS

Analisis konduktivitas sampel dengan EIS tipe Solarton SI-1286 dan rangsangan frekuensi tinggi dengan alat HFRA Solarton 1255. Setelah pengukuran resistensi pada temperatur operasi 400-800 ^oC. Konduktivitas dari GDC dapat dihitung dengan persamaan

σ =

………...

⁽³⁾

Dimana :

𝜎

= Konduktivitas [Ω^-1m^-1] atau [S/m].

T = Ketebalan sampel (cm),

Rt = Tahanan elektrolit sampel(Ω), dan WA = Area kerja sampel (cm²)

Plot Arrhenius dari total konduktivitas itudiplot untuk ln (sT) sebagai fungsi temperatur (1000 / T / K) dari400^oC sampai 800^oC,

33 3.3.10. Analisis Komposisi Unsur dengan XRF (ASTM D5381-93)

Sampel ditimbang sebanyak 3 gram lalu dimasukkan kedalam sampel holder lalu dianalisis komposisi unsurnya. Hasil dari XRF yaitu tampilan presentase berupa (%

massa) dari unsur yang terkandung didalam bahan.

34 3.4.Diagram alir penelitian

Preparasi sampel

CeO₂ (Sigma Aldrich)

Ce(OH)4 dikeringkan, kalsinasi 1000^oC

Gd2O3

(Sigma Aldrich) CeO2 lokal

Ditimbang ssesuai dengan stoikiometri Ce_0.9Gd_0.1O_1.95 (GDC₁₀) CeO2 (Sigma Aldrich) + Gd2O3 (Sigma Aldrich)  GDC10 (K)

CeO₂ lokal + Gd₂O₃ (Sigma Aldrich)  GDC₁₀ (L)

Sintesis sel elektrolit GDC dengan metode solid state menggunakan alat ball mill selama 4 jam dengan kecepatan 240 rpm

Dikeringkan pada temperatur 110 ^o C selama 24 jam menggunakan oven.

Setelah kering sampel dikalsinasi dengan variasi temperatur 600 ^oC, 700 ^oC, 800 ^oC. Sampel dibagi dua yaitu powder dan sisanya dibuat menjadi pellet

GDC powder GDC pellet disintering dengan temperatur1350^oC dikarakterisasi dengan:

TGA, XRD, XRF, PSA, SEM.

dikarakterisasi dengan:

Uji Densitas dan porositas, EIS.

35 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Sintesis elektrolit GDC

Saat proses penggerusan atau proses milling bahan akan mengalami reaksi penggabungan partikel pada rentang waktu tertentu. Proses milling dilakukan sampai bahan dari berbagai komposisi tersebut tercampur sempurna dan tidak ada kristal yang berdiri sendiri atau dominan. Alat yang digunakan untuk proses milling adalah planetary ball mill. Bahan yang telah ditimbang dimasukkan ke dalam jar alumina, kemudian di milling bersama ball mill dalam waktu 4 jam. Semua material dicampur menjadi satu agar didapatkan suatu fasa material yaitu Ce_0.9Gd_0.1O_1.95. Terjadi reaksi kimia selama proses milling yaitu sebagai berikut:

0,9CeO2 + 0,05Gd2O3 Ce0.9Gd0.1O1,95……….( 4 )

Gambar 12 Ilustrasi partikel yang bertumbukkan selama proses milling (Sumber: Micro nano tools, 2017)

Selama proses milling yang terjadi di planetary ball mill sampel berada pada wadah atau yang biasa disebut dengan vial atau jar yang ditempatkan pada piringan berputar. Piringan akan berputar secara revolusi dan vial akan berputar secara rotasi.

Arah putar dari revolusi rotasi ini berlawanan arah sehingga partikel yang

36 dimasukkan ke dalam jar akan tertumbuk oleh bola dan dinding dari jar. Akibatnya material yang terperangkap antara bola penghancur dan dinding vial akan saling bertumbukkan menghasilkan deformasi pada material tersebut. Deformasi material tersebut menyebabkan fragmentasi struktur material sehingga terpecah menjadi susunan yang lebih kecil (Widjanarko et al., 2014).

Berdasarkan Gambar 13 dapat dilihat bahwa serbuk GDC K yang dihasilkan berwarna putih kekuningan sedangkan GDC L berwarna coklat muda.

(a) (b)

Gambar 13 a) sampel GDC K variasi temperatur kalsinasi, b) sampel GDC L variasi temperatur kalsinasi

4.2. Analisis Kestabilan Thermal dengan (Thermogravimetry analysis) TGA Thermogravimetry analysis merupakan suatu metode yang dapat mengidentifikasi sifat suatu material bila diberi perlakuan thermal. Pada karakterisasi GDC , TGA merupakan salah satu aspek yang sangat penting untuk mengetahui kestabilan termalnya.

37

200 300 400 500 600 700 800 900 94

95 96 97 98 99 100 101 102

III II

I

TG (%)

Temperature (^oC) NonKalsin

600o C 700oC 800oC

GDC K

Gambar 14. Dekomposisi Massa TGA GDC K

Hasil TGA untuk serbuk GDC K non kalsinasi dan GDC K dengan variasi temperatur kalsinasi 600 – 800˚C , menunjukkan bahwa pada rentang temperatur 600 – 800˚C (Gambar 14) bobot yang hilang tidak terlalu signifikan sehingga material GDC stabil dan dapat beroperasi pada temperatur tersebut. Terdapat tiga tahapan pada analisis TGA. Pada tahap pertama, kehilangan bobot sampel dikaitkan dengan kehilangan unsur volatil dan karbon, diperkirakan juga karena kandungan air menguap, sehingga berat dari material berkurang (Chuang et al, 2012).

Tahap kedua dan ketiga yaitu temperatur 600°C-900°C terjadi eliminasi residu senyawa organik yang telah hampir selesai, selain itu merupakan fasa kestabilan termal. Dengan demikian, ini mewakili temperatur kalsinasi yang tepat untuk serbuk GDC K. Hal ini juga didukung dengan penelitian (Cheng et al., 2003) hasil serbuk sintesis GDC K dilakukan proses kalsinasi pada temperatur 600°C dan 800°C dengan metode gel casting, dan hal ini juga didukung dengan penelitian (Herle et al., 1996) hasil serbuk sintesis GDC K dilakukan proses kalsinasi pada temperatur 700°C dan 800°C dengan metode kopresitasi.

38 Sampel GDC K non kalsinasi pada tahap I mengalami pengurangan massa sebesar 1,971 %, pada tahap II hingga tahap III yaitu pada temperatur 600^oC-900^oC sebesar 1,748%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC K non kalsinasi adalah 3,719%. Sedangkan, pada tahap I sampel GDC K kalsinasi 600 ^oC, yaitu pada temperatur dibawah 200 ^oC mengalami pengurangan massa sebesar 1,569 %, pada tahap II hingga tahap III pada temperatur 600^oC-900^oC sebesar 1,044%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC K 600^oC adalah 2,613%. Sementara itu, pengurangan massa pada sampel GDC K 700 ^oC saat tahap I yaitu pada temperatur dibawah 200 ^oC mengalami pengurangan massa sebesar 1,129 %, pada tahap II hingga tahap III pada temperatur 600^oC-900^oC sebesar 1,3%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC K 700^oC adalah 2,429%. Pengurangan massa pada tahap I sampel GDC K 800 ^oC yaitu pada temperatur dibawah 200 ^oC sebesar 0,317 %, pada tahap II hingga tahap III pada temperatur 600-900^oC sebesar 1,336%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC K 800^oC adalah 1,653%.

Pengurangan massa terbesar terjadi pada sampel GDC K non kalsinasi sebesar 3,719 % dan pengurangan massa terkecil terjadi pada sampel GDC K 800^oC sebesar 1,653 %. Pengurangan massa akan menurun seiring bertambahnya temperatur kalsinasi. Salah satu parameter penentu kestabilan sampel adalah pengurangan massa yang sedikit (Chuang et al., 2012). Temperatur operasi dari IT-SOFC adalah 600-800

oC. Diharapkan sel elektrolit GDC K akan stabil pada temperatur tersebut. Dari gambar diatas menunjukkan bahwa GDC K yang paling stabil untuk menjadi sel elektrolit IT SOFC adalah GDC K 800^oC.

39 4.2.1. Analisis Kestabilan Thermal dengan TGA GDC L

200 300 400 500 600 700 800 900 94

95 96 97 98 99 100 101 102

III^III II

I

TG (%)

Temperature (^oC) Non-Kalsin

600oC 700oC 800oC

GDC L

Gambar 15. Dekomposisi Massa TGA GDC L

Hasil TGA untuk serbuk GDC L non kalsinasi dan GDC K dengan variasi temperatur kalsinasi 600 – 800 ^oC, menunjukkan bahwa pada rentang temperatur 600 – 800 ^oC (Gambar 15) bobot yang hilang tidak terlalu signifikan sehingga material GDC stabil dan dapat beroperasi pada temperatur tersebut. Pada tahap I, kehilangan bobot sampel dikaitkan dengan kehilangan unsur volatil dan karbon.Pada tahap kedua dan ketiga, yaitu temperatur 600°C-800°C terjadi eliminasi residu senyawa organik yang telah hampir selesai. Hal ini juga sesuai dengan analisis TGA komersial.

Penentuan temperatur kalsinasi untuk GDC L disesuaikan dengan GDC K karena tidak terjadi perbedaan yang signifikan, selain itu agar dapat dibandingkan dengan GDC K.

Tahap I pada sampel GDC L non kalsinasi yaitu pada temperatur dibawah 200 ^oC mengalami pengurangan massa sebesar 1,081 %, pada tahap II hingga tahap III yaitu pada temperatur 600-900^oC sebesar 1,449%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC L non kalsinasi adalah 2,510%. Sedangkan, pada sampel GDC L

40 kalsinasi 600 ^oC, pada tahap I yaitu pada temperatur dibawah 200 ^oC mengalami pengurangan massa sebesar 0,237 %, pada tahap II hingga tahap III pada temperatur 600^oC-900^oC sebesar 1,143%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC L 600^oC adalah 1,380%. Selanjutnya, pengurangan massa sampel GDC K 700 ^oC pada tahap I yaitu pada temperatur dibawah 200 ^oC sebesar 0,438 %, pada tahap II hingga tahap III pada temperatur 600-900^oC sebesar 1,802%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC L 700^oC adalah 2,230%. Sementara itu, GDC K 800 ^oCmengalami pengurangan massa pada tahap I yaitu temperatur dibawah 200 ^oC sebesar 0,325 %, pada tahap II hingga tahap III pada temperatur 600-900^oC sebesar 2,043%, jadi total pengurangan massa pada sampel GDC L 800^oC adalah 2,368%.

Pengurangan massa terbesar terjadi pada sampel GDC L non kalsin sebesar 2,510 % dan pengurangan massa terkecil terjadi pada sampel GDC L 600^oC sebesar 1,380 %. Syarat elektrolit SOFC yang baik adalah kestabilan termal pada temperatur sedang (Ahmad et al., 2016). Salah satu parameter penentu kestabilan sampel adalah pengurangan massa yang sedikit. Pengurangan massa akan menurun seiring bertambahnya temperatur kalsinasi. (Chuang et al, 2012). Namun, berdasarkan tabel diatas dapat dilihat bahwa terjadi naik turun pengurangan massa seiring bertambahnya temperatur kalsinasi. Hal ini menandakan bahwa GDC L tidak stabil untuk digunakan menjadi sel elektrolit IT SOFC jika dibandingkan dengan GDC K.

Pengurangan massa paling sedikit terjadi disampel GDC L dengan temperatur kalsinasi 600^oC, hal ini menunjukkan bahwa GDC L yang paling stabil untuk menjadi sel elektrolit IT SOFC adalah GDC L yang dikalsinasi pada temperatur 600^oC.

41 4.3.Karakteristik GDC K variasi temperatur kalsinasi dengan XRD

Karakterisasi jenis kristal dan ukuran kristal material Ce0.9Gd0.1O1.95

dilakukan dengan menggunakan XRD Rigaku. XRD beroperasi pada tegangan 40kV dengan arus sebesar 30mA. Sumber radiasi sinar X pada alat XRD ini adalah Copper (Cu) yang memiliki panjang gelombang elektromagnetik, λ sebesar 1,39225 Å. Data diolah menggunakan software Highscore dan analisis dilakukan dengan mencocokan pada database ICDD (International Centre for Diffraction Database) 01-075-0161.

Hasil analisis Highscore dapat dilihat pada Lampiran 5. Grafik hasil karakterisasi XRD untuk sampel GDC K dengan variasi temperatur kalsinasi yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 15.

0 20 40 60 80 100

800 oC

Non Kalsin 600 oC 700 oC

Intensity (counts)

2-Theta (Degree) 111

200 ^{220 311}

222 400 331

420 422 GDC K

Gambar 16. Pola difraksi XRD GDC K variasi temperatur kalsinasi

Puncak-puncak yang muncul pada sampel komersial dengan variasi temperatur kalsinasi ditunjukkan pada Gambar 16, pada sampel GDC K non kalsinasi Puncak-puncak XRD yang dihasilkan berada disekitar sudut 2θ = 28,5 ^o, 33,01^o, 47,50^o, 56,39^o, 59,07^o, 69,33^o, 76,67^o, 79,04^o, 88,48^o yang merupakan pola difraksi

42 oleh bidang (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420),(422), dan sesuai dengan referensi ICDD 01-075-0161. Hasilnya menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur kristal face centered cubic (fcc) dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa.

Ce_0.9Gd_0.1O_1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,51^o. GDC K sudah mulai terbentuk walau tidak dikalsinasi namun intensitasnya rendah.

Sementara itu, puncak-puncak XRD GDC K 600 ^oC berada disekitar sudut 2θ

= 28,57^o, 33,06^o, 47,44^o, 56,36^o, 59,19^o, 69,48^o, 76,73^o, 79,10^o, 88,56^o yang merupakan pola difraksi oleh bidang (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420),(422), dan sesuai dengan referensi ICDD 01-075-0161. Hasilnya menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur kristal face centered cubic (fcc) dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa Ce_0.9Gd_0.1O_1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,57^o.

Sampel GDC K 700 ^oC, menunjukkan puncak-puncak XRD yang dihasilkan berada disekitar sudut 2θ = 28,55^o, 33,09^o, 47,45^o, 56,36^o, 59,08^o, 69,47^o, 76,71^o, 79,08^o, 88,42^o yang merupakan pola difraksi oleh bidang (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420), (422), dan sesuai dengan referensi ICDD 01-075-0161.

Hasilnya menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur kristal face centered cubic (fcc)dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa . Ce_0.9Gd_0.1O_1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,55^o.

Puncak-puncak XRD yang dihasilkan GDC K 800 ^oC berada disekitar sudut 2θ = 28,57^o, 33,10^o, 47,49^o, 56,37^o, 59,05^o, 69,47^o, 76,71^o, 79,16^o, 88,43^o yang

43 merupakan pola difraksi oleh bidang (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420), (422), dan sesuai dengan referensi ICDD 01-075-0161. Hasilnya menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur kristal face centered cubic (fcc) dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa Ce_0.9Gd_0.1O_1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,57^o.

Tabel 3. Puncak-Pucak tertinggi GDC K Sampel 2θ (^oC) Intesitas

(counts)

FWHM (Full Width Half Maximum)

Ukuran kristal (nm)

GDC K Non K 28,51 134 0,33 22,12

GDC K 600⁰C 28,57 147 0,32 22,72

GDC K 700⁰C 28,55 172 0,32 22,94

GDC K 800⁰C 28,57 180 0,26 28,08

Puncak tertinggi dari sampel GDC K dan puncak utama atau tertinggi difraksi GDC K berdasarkan Tabel 3 berada pada sudut sekitar 28,5^o. Pada pola difraksi GDC K semua variasi temperatur kalsinasi sudut sekitar 28,5^o memiliki intensitas yang paling besar. Hal ini sesuai dengan penelitian Godinho et al., (2009).

Dilihat dari puncak-puncak yang terbentuk pada pola XRD Gambar 16 secara umum terlihat bahwa nilai intensitas semakin bertambah seiring dengan kenaikan temperatur kalsinasi yang diberikan , fenomena ini dapat dilihat pada intensitas yang meningkat dan puncak – puncaknya menyempit. Intensitas juga berpengaruh terhadap derajat kristalinitas, semakin tinggi intensitas semakin tinggi derajat kristalinitas (Sari et al., 2014).

Selain itu, pada temperatur yang semakin meninggi puncak yang ditunjukkan semakin meninggi dan lebarnya sedikit menyempit, sedangkan pada temperatur

44 kalsinasi rendah puncak yang terlihat cenderung rendah dan sedikit agak melebar.

Menurut Pratapa et al.,(2010), lebar puncak dan tinggi puncak dapat mengindikasikan kristalinitas suatu material. Dengan bertambahnya temperatur kalsinasi akan menyebabkan kristalinitas fasa meningkat. Dalam pola difraksi, fenomena ini dapat dilihat pada intensitas yang meningkat dan puncak – puncaknya menyempit. Hal ini dikarenakan keteraturan bidang kristal meningkat sehingga bidang – bidang kristal yang terdeteksi oleh peralatan XRD semakin bertambah dan menyebabkan intensitas yang dihasilkan semakin tinggi (Sari et al., 2014).

Bertambahnya intensitas seiring dengan penambahan temperatur kalsinasi hal ini mengindikasikan derajat kristalinitas semakin bertambah dengan bertambahnya temperatur kalsinasi. Semakin banyak kristal yang terbentuk dikarenakan susunan dalam atom dalam bahan semakin teratur. Energi termal yang terus meningkat dapat mengakibatkan pertumbuhan kristal yang terus menerus hingga transformasi akhir, yaitu amorf menjadi kristal. Laju pertumbuhan kristal akan semakin tinggi dengan meningkatnya temperatur pemanasan yang dikenai pada bahan tersebut (Diana et al., 2015)

Ukuran kristal GDC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan scherrer dapat dilihat pada Lampiran 2. Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat bahwa ukuran kristal GDC Non Kalsinasi sebesar 22,12 nm, sedangkan ukuran kristal GDC K 600^oC sebesar 22,72 nm. Ukuran Kristal GDC K 700^oC sebesar 22,94nm. Ukuran Kristal GDC K 800^oC sebesar 28,08 nm. Berdasarkan ukuran kristal setiap sampel mengindikasikan bahwa semakin tinggi temperatur kalsinasi yang diberikan maka semakin besar ukuran kristal. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh (Cheng et al., 2002).

45 Parameter kisi yang didapatkan material GDC K adalah (a = b = c).

Parameter kisi yang didapatkan sampel GDC Non Kalsinasi sebesar 5,4126 Å, GDC K 600^oC sebesar 5,4119 Å, GDC K 700^oC sebesar 5,4115 Å, GDC K 800^oC sebesar 5,4114 Å. Nilai parameter kisi (a = b = c), adalah salah satu karakteristik dari struktur kristal kubik, dan hal ini menunjukkan bahwa strukur kristal yang terbentuk merupakan struktur kristal kubik.

4.3.1.Karakteristik Material GDC L variasi temperatur kalsinasi dengan XRD

0 20 40 60 80 100

600 oC 700 oC 420 422

400331 222 220 311

200 111

Intensitas (Counts)

2-Theta (Degree) GDC L

800 o C

Non Kalsin

Gambar 17. Pola difraksi XRD GDC L variasi temperatur kalsinasi Grafik hasil karakterisasi XRD untuk sampel GDC L dengan variasi temperatur kalsinasi yang berbeda pada Gambar 17 menunjukkan puncak-puncak yang muncul pada sampel lokal dengan variasi temperatur kalsinasi, pada sampel GDC L non kalsinasi puncak-puncak XRD yang dihasilkan berada disekitar sudut 2θ = 28,50^o, 33,04^o, 47,44^o, 56,29^o, 59,06^o, 69,37^o, 76,65^o, 79,03^o, 88,37^o yang merupakan pola difraksi oleh bidang (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420), (422), dan

46 sesuai dengan referensi ICDD 01-075-0161. Hasilnya menunjukkan bahwa puncak- puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur face centered cubic (fcc) dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa . Ce0.9Gd0.1O1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,50^o. GDC Lsudah mulai terbentuk walau tidak dikalsinasi namun intensitasnya rendah.

Puncak-puncak XRD GDC L 600 ^oCyang dihasilkan berada disekitar sudut 2θ

= 28,51^o, 33,04^o, 47,45^o, 56,30^o, 59,03^o, 69,37^o, 76,70^o, 79,02^o, 88,35^oyang merupakan pola difraksi oleh bidang (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420),(422), dan sesuai dengan referensi ICDD 01-075-0161. Hasilnya menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur kristal face centered cubic (fcc) dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa . Ce0.9Gd0.1O1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,51^o.

Sampel GDC L 700 ^oC , puncak-puncak XRD yang dihasilkan berada disekitar sudut 2θ = 28,51^o, 33,03^o, 47,45^o, 56,29^o, 59,07^o, 69,38^o, 76,64^o, 78,98^o, 88,36^oyang merupakan pola difraksi oleh bidang(111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420), (422), dan sesuai dengan referensi ICDD 01-075-0161. Hasilnya menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur face centered cubic (fcc) dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa .Ce0.9Gd0.1O1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,51^o.

Sementara itu, sampel GDC L 800 ^oC menunjukkan puncak-puncak XRD berada disekitar sudut 2θ = 28,52^o, 33,05^o, 47,43^o, 56,30^o, 59,07^o, 69,32^o, 76,65^o, 79,02^o, 88,35^o yang merupakan pola difraksi oleh bidang (111), (200), (220), (311),

47 (222), (400), (331), (420), (422), dan sesuai dengan referensi ICDD01-075-0161.

Hasilnya menunjukkan bahwa puncak-puncak yang muncul berasal dari material GDC dengan struktur kristal face centered cubic (fcc) dan tidak adanya kemunculan fasa yang lebih dari satu (single phase) yaitu fasa . Ce0.9Gd0.1O1.95. Puncak tertinggi terdapat pada sudut 28,52^o.

Tabel 4. Puncak-puncak tertinggi GDC L Sampel 2θ (^oC) Intesitas

(counts)

FWHM Ukuran kristal (nm)

GDC L Non K 28,51 269 0,186 39,85

GDC L 600⁰C 28,50 294 0,186 39,85

GDC L 700⁰C 28,51 277 0,195 43,34

GDC L 800⁰C 28,52 271 0,164 45,20

Berdasarkan Tabel 4 diperoleh puncak tertinggi dari sampel GDC L dan difraksi GDC L pada sudut sekitar 28,5^o. Pada pola difraksi GDC L semua variasi temperatur kalsinasi sudut sekitar 28,5^o memiliki intensitas yang paling besar.

Dilihat dari puncak-puncak yang terbentuk pada pola xrd Gambar 4 secara umum terlihat bahwa nilai intensitas yang tidak stabil yaitu naik turun seiring dengan kenaikan temperatur kalsinasi yang diberikan. Intensitas tertinggi terdapat pada sampel GDC L 600 ^oC. Intensitas juga berpengaruh terhadap derajat kristalinitas, semakin tinggi intensitas semakin tinggi derajat kristalinitas (Sari et al.,2014). Hal ini bisa terjadi karena saat analisis TGA menunjukkan bahwa pengurangan massa yang paling sedikit terdapat pada sampel GDC L 600 ^oC. Pengurangan massa mempengaruhi intensitas, semakin banyaknya pengurangan massa maka semakin sedikit intensitasnya.

Ukuran kristal GDC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan scherrer dapat dilihat pada Lampiran 2. Berdasarkan Tabel 4 dapat dilihat bahwa ukuran