SIFAT OPTIK LAPISAN TIPIS TIO2 YANG DISINTESIS MENGGUNAKAN METODE SOL GEL SPIN COATING

Transkripsi

1 SIFA OPIK LAPISAN IPIS IO YANG DISINESIS MENGGUNAKAN MEODE SOL GEL SPIN COAING Ramadhani Perdana, Dahyunir Dahlan, Harmadi Juruan Fiika FMIPA, Univerita Andala, Kampu Limau Mani Padang ABSRAK elah dilakukan intei lapian tipi io dengan menggunakan metode Sol Gel Spin Coating dari prekuror itanium butoxide. Larutan io didepoiikan diata ubtrat kaca dengan kecepatan 500 rpm elama 30 detik. Lapian io yang terbentuk dipanakan pada uhu 500 C dengan waktu tahan elama 1 jam. Karakteriai optik lapian io yang dihailkan menggunakan Spektrofotometer UV-Vi pada rentang panjang gelombang nm. Hail karakteriai menunjukkan energi gap io yang dipanakan pada uhu 500 C dengan variai waktu aging 0, 4, 48, dan 7 jam berturut- turut adalah 3,74 ev, 3,79 ev, 3,81 ev, dan 3,78 ev. Hail ini menunjukkan bahwa pemberian waktu aging berdampak terhadap bearnya energi gap io yang dihailkan. Kata kunci : io, Sol Gel Spin Coating, Waktu aging, Energi gap ABSRAC Syntheized of thin-film io with Sol Gel Spin Coating method from itanium butoxide precuror ha been conducted.io olution wa depoited on the gla ubtrate with 500 rpm angular velocity for 30 econd. hin-film product wa heated at 500 C with 1 hour holding time. Optical characteriation of the produced thin-film io wa uing UV-Vi Spectrophotometer at nm wavelength. Characteriation reult how the energy gap of io heated at 500 C with aging time variation of 0, 4, 48, and 7 hour are 3,74 ev, 3,79 ev, 3,81 ev, and 3,78 ev repectively. hi reult how that applying aging time affected the energy gap of io. Key word : io, Sol Gel Spin Coating, Aging ime, Energy Gap 1. PENDAHULUAN itanium diokida (io ) merupakan material emikonduktor tipe-n yang banyak digunakan pada berbagai aplikai, eperti: el urya (Grätzel, 003), bahan pembata dalam enor inframerah (Yurianto et al., 010), enor ga (Sotter et al., 005), pigmentai cat (Kong et al., 007), elf cleaning pada cat (Kumahetiningih, 01), fotokatali (Jitputti et al., 007) dan aplikai lainnya. io menjadi pilihan dalam banyak aplikai karena beberapa alaan, antara lain: tidak beracun, nonkoroif, lebih tabil, teredia ecara lua, memiliki kemampuan okidai yang tinggi, tidak larut dalam reaki baik ecara biologi maupun kimia, erta biaya pembuatannya relatif terjangkau (Grätzel, 003). Beberapa metode yang ering digunakan dalam pembuatan lapian io antara lain: Chemical Vapor Depoition (CVD), Phyical Vapor Depoition (PVD), Puled Laer Depoition (PLD), RF Magnetron Sputtering, (Lei Zhao et al., 008), Metal Organic Chemical Vapor Depoition (MOCVD) (Miook et al., 003), dan Sol Gel Spin Coating, (Lazim et al., 013). Diantara ekian banyak metode terebut, Sol Gel Spin Coating merupakan alah atu metode yang paling banyak digunakan dalam menghailkan lapian tipi io. Metode Sol Gel Spin Coating memiliki beberapa keuntungan antara lain: 18 JURNAL ILMU FISIKA (JIF), VOL 4 NO 1, MARE 01

2 biayanya murah, kompoiinya yang homogen, dapat dilakukan pada uhu rendah, tidak menggunakan ruang dengan tingkat kevakuman yang tinggi, erta ketebalan lapian bia dikontrol (Widodo, 010). Beberapa penelitian mengenai intei lapian io menggunakan metode ol gel pin coating telah pernah dilakukan. Lazim et al. (013), berhail menumbuhkan lapian io dari prekuror itanium tetraiopropoxide i(oc 3H 7) 4. Pada penelitian terebut lapian io didepoiikan di ata ubtrat IO dan diputar dengan kecepatan 000 rpm. Dari penelitian terebut didapatkan krital io dalam faa anatae dengan energi gap ebear 3,69 ev pada pemanaan 550 C. Dengan metode yang ama, Karabay et al. (011) menintei io dari prekuror itanium butoxide i(oc4h9)4 yang dilarutkan dengan Etanol (CH5OH), aam aetat (CH 3COOH), acetylacetone (C 5H 8O ) erta H O. Pada penelitian terebut, larutan io didepoiikan di ata ubtrat kaca dan diputar dengan kecepatan 3000 rpm elama 0 detik. Lapian io yang terbentuk elanjutnya dipanakan pada uhu 500 C elama 4 jam, ehingga didapatkan io dalam faa anatae dengan ukuran krital 34,5 nm dan energi gap ebear 3,78 ev. Hail penelitian terebut menunjukkan bahwa energi gap io yang dihailkan maih cukup bear, jika dibandingkan dengan energi gap io faa anatae yaitu ekitar 3, ev dan rutile ekitar 3,0 ev (Dorian et al., 01). Dalam penelitian ini dilakukan intei lapian tipi io yang didepoiikan pada ubtrat kaca dengan metode Sol Gel Spin Coating dengan variai waktu aging. Aging adalah penyimpanan larutan dalam kurun waktu tertentu yang bertujuan untuk mendapatkan kondii optimal dari larutan ebelum didepoiikan pada ubtrat. Prekuror yang digunakan dalam intei larutan io adalah itanium butoxide i(oc4h9)4 karena berifat ramah lingkungan, memiliki kandungan metal yang tinggi, mudah dilarutkan, tidak mudah menguap dan harganya relatif terjangkau. Karakteriai lapian io yang dihailkan menggunakan Spektrofotometer UV-Vi untuk mengetahui karakteritik optik lapian yang dihailkan.. MEODE Periapan ubtrat Kaca ubtrat dipotong dalam ukuran 1 cm x cm. Kaca ubtrat yang telah dipotong kemudian diberihkan untuk menghilangkan kotoran organik maupun anorganik yang menempel (Yurianto, 010). Kaca ubtrat dimaukkan ke dalam gela beker berii larutan aeton dan digetarkan dengan Ultraonic Cleaner elama 15 menit. Selanjutnya dengan langkah yang ama kaca ubtrat digetarkan dalam larutan Metanol elama 15 menit. Setelah eleai, kaca ubtrat dibila dengan aquade lalu dikeringkan dengan hair dryer. Preparai Larutan io Sebanyak 1 ml itanium Butoxide dicampurkan dengan 5 ml etanol dan diaduk dengan menggunakan Magnetic Stirer elama 6 jam pada uhu kamar. Seaat etelah proe pengadukan berlangung, ebanyak 0,3 ml aquade ditetekan kedalam larutan, diikuti dengan 0,4 ml HCl. Perbandingan kompoii molarita campuran i(oc4h9)4 : CH5OH : H O : HCl yang digunakan adalah 1:6,5:1:1 (Yurianto et al., 010). Larutan io yang telah diintei kemudian diaging pada uhu kamar dengan variai waktu 0, 4, 48, dan 7 jam untuk menghailkan larutan yang lebih homogen. Pelapian Larutan io Larutan io didepoiikan pada permukaan ubtrat kaca dan diputar dengan kecepatan 500 rpm elama 30 detik. Kecepatan putaran ini akan menghailkan lapian io yang terebar ecara merata dan beba retak (Miah, 001). Setelah eleai, ampel dikeringkan di udara terbuka elama 15 menit untuk menguapkan ia-ia pelarut yang maih teria JURNAL ILMU FISIKA (JIF), VOL 6 NO 1, MARE

3 (Adem, 003). Selanjutnya lapian terebut dipanakan dengan uhu 500 ºC dengan waktu tahan 60 menit. Proe ini bertujuan untuk menumbuhkan krital, meningkatkan homogenita butir, dan menguatkan gaya adhei antar lapian dengan ubtrat. Larutan io hail intei yang belum digunakan lalu diimpan untuk kemudian didepoiikan pada 4, 48, dan 7 jam berikutnya. Perhitungan energi gap Perhitungan energi gap lapian io dimulai dari penentuan nilai tranmitani makimum dan minimum. Dari nilai terebut dapat ditentukan bearnya indek bia lapian io yang dihailkan menggunakan Peramaan (1), Peramaan (), dan Peramaan (3). N N n 1 n n M M M 1 m1 m1 m M 1 m n n N N n 1 1 Dimana n menyatakan nilai indek bia ubtrat, N dan N 1 merupakan indek bia lapian, M1 dan M adalah nilai ranmitani makimum 1 dan, m1 dan m adalah nilai ranmitani minimum 1 dan, edangkan n 1 dan n adalah indek bia lapian tipi pada maing-maing panjang gelombang λ 1 dan λ. Setelah indek bia ditentukan, maka ketebalan lapian dapat ditentukan melalui Peramaan (4). 1 d ( 1n n1 ) Setelah ketebalan lapian tipi diketahui, maka koefiien erap lapian tipi io untuk maing- maing panjang gelombang dapat ditentukan dengan menggunakan Peramaan (5). 1 d ln Penentuan energi gap lapian dapat ditentukan dengan metode auc Plot yaitu dengan menarik ektrapolai pada daerah linier dari grafik hubungan hingga memotong umbu energi. Perhitungan terebut menggunakan peramaan (6) (Abdullah et al., 009). hf A ( hf Eg 0,5 ) Dengan α adalah koefiien aborpi, A adalah kontanta, hf adalah energi (ev), dan E g (ev) adalah energi gap pada material. () (1) (3) (4) (5) (6) 3. HASIL DAN DISKUSI Karakteritik Aborbani dan ranmitani Lapian ipi io Hail pengukuran aborbani optik dengan Spektrometer UV-Vi berada pada rentang panjang gelombang nm yang ditunjukkan pada Gambar 1. 0 JURNAL ILMU FISIKA (JIF), VOL 4 NO 1, MARE 01

4 Gambar 1. Grafik hubungan aborbani terhadap panjang gelombang lapian io 500 C dengan variai waktu aging Gambar 1 menunjukkan bahwa nilai aborbani makimum terjadi pada daerah dengan panjang gelombang nm yang merupakan daerah panjang gelombang ultraviolet. Pada kondii ini lapian tipi io yang dihailkan cenderung untuk menyerap emua cahaya yang datang kepadanya, ehingga menyebabkan nilai aborbani maing-maing ampel menjadi tinggi. Pada Gambar 1 dapat juga dilihat bahwa nilai aborbani makimum tiap lapian io berada pada panjang gelombang 300 nm. Hal ini mengindikaikan bahwa lapian io yang dihailkan dalam faa anatae, karena lebih dekat dengan pektrum panjang gelombang ultraviolet (Afrozi, 010). Pada Gambar 1 dapat dilihat adanya perbedaaan nilai aborbani makimum pada tiap lapian io yang dihailkan. Nilai aborbani makimum io yang dipanakan pada uhu 500 C dengan variai waktu aging 0, 4, 48, 7 jam berturut-turut adalah 0,84, 0,97, 0,95, dan 0,90. Nilai aborbani makimum tertinggi dimiliki oleh io 500 C dengan waktu aging 4 jam, edangkan nilai aborbani makimum terendah dimiliki oleh io 500 C 0 jam (tanpa aging). Perbedaan nilai aborbani makimum ini diebabkan oleh adanya perbedaan ketebalan lapian yang dihailkan. Proe aging dapat menyebabkan emakin rapat dan teraturnya atom- atom penyuun io, yang berpengaruh kepada ketebalan lapian yang dihailkan. Dari nilai aborbani yang diperoleh kemudian dapat ditentukan bearnya nilai tranmitani lapian io yang dihailkan. Grafik hubungan tranmitani terhadap panjang gelombang dari lapian io 500 C dengan variai waktu aging dapat dilihat pada Gambar. Dari Gambar dapat dilihat bahwa terjadi perubahan nilai tranmitani yang cukup tajam pada rentang panjang gelombang 300 nm ampai 400 nm yang menunjukkan adanya erapan opti yang cukup tinggi pada panjang gelombang terebut. Sedangkan pada daerah pektrum cahaya tampak, lapian tipi io cenderung untuk menerukan emua berka inar yang datang kepadanya. Hal ini dapat dibuktikan dengan dengan tingginya nilai tranmitani pada wilayah terebut. Nilai tranmitani makimum lapian io 500 C dengan variai waktu aging berturut-turut adalah 87,5%, 84%, 93%, dan 97 %. Dari nilai terebut dapat dilihat bahwa nilai tranmitani terendah terjadi pada io 500 C dengan waktu aging 4 jam. Hal ini menunjukkan bahwa lapian io 500 C dengan waktu aging 4 jam memiliki kemampuan aborbani yang makimum. JURNAL ILMU FISIKA (JIF), VOL 6 NO 1, MARE 014 1

5 Gambar. Grafik hubungan tranmitani terhadap panjang gelombang lapian io 500 C dengan variai waktu aging Perhitungan Energi Gap Energi gap lapian io ditentukan dengan metode auc Plot yaitu dengan menarik ektrapolai pada daerah linier dari grafik hubungan αhv dan hv hingga memotong umbu energi. Hail ektrapolai terebut dapat dilihat pada Gambar 3. A B C D Gambar 3. Kurva (αhv) terhadap (hv) lapian tipi io 500 C dengan variai waktu aging (a) 0 Jam, (b) 4 Jam, (c) 48 Jam, (d) 7 Jam JURNAL ILMU FISIKA (JIF), VOL 4 NO 1, MARE 01

6 abel 1 Energi gap io 500 C dengan variai waktu aging. Sampel Energi Gap (ev) io 500 C 0 jam 3,74 io 500 C 4 jam 3,79 io 500 C 48 jam 3,81 io 500 C 7 jam 3,78 Hail perhitungan energi gap lapian io 500 C dengan variai waktu aging menggunakan metode auc Plot dapat dilihat pada abel 1. Pada abel 1 dapat dilihat bahwa ada kecendrungan kenaikan nilai energi gap io mulai dari waktu aging 0 jam hingga 48 jam. Namun pada aat waktu aging 7 jam, energi gap io yang dihailkan mengalami penurunan. Hal ini mengindikaikan bahwa pada aat aging 48 jam terjadi kondii yang dinamakan dengan peak-aged, dimana pada aat itu lapian io yang telah didepoiikan terebar ecara merata. Kondii ini berdampak kepada ketebalan lapian yang dihailkan ehingga berpengaruh pada tingginya energi gap yang dihailkan. Sedangkan pada aat waktu aging 7 jam, lapian io telah memauki kondii yang dinamakan dengan over-aged. Pada kondii ini kualita lapian io udah mulai mengalami penurunan. Kondii ini berdampak terhadap ketebalan lapian yang dihailkan ehingga menyebabkan terjadinya penurunan energi gap io pada aat itu. Berdaarkan abel 1 juga dapat dilihat bahwa energi gap io 500 C dengan variai waktu aging berada pada rentang 3,74 ev ampai dengan 3,81 ev. Nilai ini cukup bear jika dibandingkan dengan energi gap yang dimiliki io faa anatae yaitu 3, ev (Dorian et al., 01). Bearnya energi gap yang dimiliki oleh io ini diebabkan oleh adanya kandungan material lain dalam bahan io yang menjadikan io terebut tidak murni. Kandungan material terebut akan menghailkan energi gap endiri yang akan menyerap energi foton yang bereuaian dengan celah pita energi yang dimilikinya, ehingga memperlebar pektrum aborbani io yang dihailkan (Nurmawarti et al., 009). 4. KESIMPULAN Sintei io dari prekuror itanium butoxide menggunakan metode Sol Gel Spin Coating telah berhail dilakukan. Hail karakteriai optik menggunakan Spektrometer UV-Vi menunjukkan bahwa energi gap io yang dipanakan pada uhu 500 C dengan variai waktu aging 0, 4, 48, dan 7 jam berturut- turut adalah 3,74 ev, 3,79 ev, 3,81 ev, dan 3,78 ev. erdapat kecendrungan kenaikan nilai energi gap io mulai dari waktu aging 0 jam hingga 48 jam. Namun pada aat waktu aging 7 jam, energi gap io yang dihailkan mengalami penurunan. Hal ini diebabkan karena pada aat waktu aging 48 jam terjadi kondii peak aged dan pada aat waktu aging 7 jam terjadi kondii over aged. Kedua kondii ini akan berpengaruh terhadap ketebalan lapian io yang dihailkan. Sehingga akan berdampak juga terhadap energi gap io. Selain itu bearnya energi gap yang dimiliki oleh io ini diebabkan oleh adanya kandungan material lain dalam bahan io yang menjadikan io terebut tidak murni. UCAPAN ERIMAKASIH Penuli mengucapkan terimakaih kepada Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Mayarakat, Direktorat Jenderal Pendidikan inggi. Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan RI melalui DIPA (Daftar iian Pelakanaan Anggaran) Univerita Andala No. DIPA: /013, ata bantuan pembiayaan pada Penelitian Hibah Program Pacaarjana Unand 013 ini. JURNAL ILMU FISIKA (JIF), VOL 6 NO 1, MARE 014 3

7 DAFAR PUSAKA 1. Abdullah, M., Khairurrijal, 009, Review: Karakteriai Nanomaterial, Jurnal Nanoain & Nanoteknologi, ISSN , Vol. No.1. Adem, U., 003, Preparation of BaxSr1-xiO3 hin Film By Chemical Solution Depoition and heir Electrical Characterization, hei, he Department of Metallurgical & Material Engineering. he Middle Eat echnical Univerity. 3. Afrozi, A.S, 010, Sintei dan Karakteriai Katali Nanokompoit Berbai itanium Untuk Produki Hidrogen Dari Glierol Dan Air, Skripi, FMIPA, UI, Depok 4. Dorian A.H. Hanaor., Mohammed H.N. Aadi., Sean Li., Aibing Yu., Charle C. Sorrell, 01, Ab Initio Study of Phae Stability in Doped io, Computational Mechanic 50,() pp Grätzel, M., 003, Review Dye-Senitized Solar Cell, Journal of Photochemitry and Photobiology C: Photochemitry Review, Volume 4, hal Jiputti, J., Pavaupree S., Suzuki Y., dan Yohikawa S., 008, Synthei of io Nanotube and It Photocatalytic Activity For H Evolution, Japanee Journal of Applied Phyic, Volume 47, Number 1, hal Karabay., S. Aydın Yükel., F. Ongül., S. Öztürk., M. Ali, 011, Structural and Optical Characterization of io hin Film Prepared by Sol Gel Proce, Proceeding of the International Congre on Advance in Applied Phyic and Material Science, Vol. 11 No.1 8. Kong F.., Dai S.Y., dan Wang K.J., 007, Review of Recent Progre in Dye- Senitized Solar Cell, Hindawi Publihing Corporation Advance in OptoElectronic, Article ID Kumahetiningih, N., Dyah Sawitri., 01, Aplikai io Sebagai Self Cleaning Pada Cat embok dengan Diperant Polietilen Glikol (PEG), Jurnal eknik Pomit, Vol. 1, No. 1, hal Lazim, H.G., Ajeel, K.I., Haan., 013, Syntei and Characterization of itanium Dioxide Film and here Application In P3H/iO Solar Cell, Indian Juornal of Applied Reearch, Vol Lei Zhao., Qing Jiang., Jianhe Lian., 008, Viible-Light Photocatalytic Activity Of Nitrogen-Doped io hin Film Prepared By Puled Laer Depoition, Applied Surface Science, 54, PP Miah, M.Y, 001, Preparation of Meoporou io thin film by Surfactan emplating, Journal of Non-Crytalline Solid, 85: Miook, K., Jong, H. L., Sang, H.L., Chan, H. C., 003, Preparation of io Film by he MOCVD Method and Analyi For Decompoition of richloroethylene Uing In Situ F-IR Spectrocopy, Journal of Molecular Catalyi A: Chemical, 193 PP Nurmawarti, I., Abdullah, M, 009, Ditribui Celah Pita Energi itania Kotor, Jurnal Nanoain dan Nanoteknologi, ISSN , hal Sotter, E., X. Vilanova, E. Liobet, M. Stankova. Correig., 005, Niobium Doped itanium Nano powder for ga enor Application. Journal of Optoelectronic and Advanced Material Vol.7. No.3. PP Widodo, S, 010, eknologi Sol Gel Pada Pembuatan Nano Kritalin Metal Okida Untuk Aplikai Senor Ga, Seminar Rekayaa Kimia Dan Proe. 17. Yurianto, E., Noor Baa yah Ibrahim., Zahari Ibarahim., 010, he Effect Of io hin Film on he Senitivity, Repeatability and Current Denity of he Dielectric Bolometer Ba 0.6Sr 0.4iO 3 a a Ditance Senor, Solid State Science and echnology, Volume 18, Number, hal JURNAL ILMU FISIKA (JIF), VOL 4 NO 1, MARE 01