KAJIAN STRUKTUR KACA ZINC TELLURITE

Transkripsi

1 PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : KAJIAN STRUKTUR KACA ZINC TELLURITE * ** ** Sulhadi, M.R. Sahar, and M.S. Rhani * ) Jurusan Fisika, FMIPA,Universitas Negeri Semarang ** ) Jabatan Fizik, Fakulti Sains, Universiti Teknlgi Malaysia sulhadi_fis@yah.cm Abstrak Telah dapat difabrikasi kaca Zinc-Tellurite dengan melt quenching technique. Dping Er 2 O 3 ditambahkan pada kaca untuk membentuk struktur yang ptimal. FTIR dan Raman Spectrscpy digunakan untuk mengkaji struktur kaca yang terbentuk. Dari hasil FTIR dan Raman Spectrscpy menunjukan adanya pengaruh dping Erbium (Er 3+ ) pada perubahan struktur kaca. Perubahan yang teramati knsisten pada stretching vibratin mde TeO 4 trignal bipyramid (tdp) dan TeO 3 trignal pyramid (tp), dan bending vibratin mde Te-O-Te (atau O-Te-O) yang terjadi pada semua kmpsisi. Pada saat dping Er 2 O 3 ditambah, intensitas Raman sekitar 640cm cm -1 menurun, tetapi intensitas sekitar 720cm cm -1 naik. Dari hasil FTIR menunjukkan adanya pergeseran puncak absrpsi utama dari 650 cm -1 sampai 672 cm -1 sebanding dengan penambahan dping Er 2 O 3. Kata kunci : melt quenching technique, FTIR Spectrscpy, Raman Spectrscpy Pendahuluan Telah banyak dilakukan penelitian teknlgi pembuatan kaca untuk berbagai aplikasi dalam kehidupan sehari-hari. Kaca zinc tellurite merupakan salah satu sistem kaca yang mempunyai safat ptelektrnik yang khusus dan sangat baik untuk aplikasi mdulatr cahaya laser. Kelebilan lain kaca zinc tellurite adalah suhu transisi kaca yang rendah dan daya transmisi yang tinggi (M.R. Sahar dkk, 1995; M.R. Sahar dkk, 1997). Kaca zinc tellurite juga merupakan bahan dasar ptik aktif (ptically-active) jika didping dengan in lanthanide (rare earth) (D.L. Sidebttm dkk, 1997). Penggunaan dping erbium (Er 3+ ) pada kaca zinc tellurite menghasilkan kaca dengan sifat ptik dan kimia yang sesuai untuk aplikasi ptik (S. Marjanvic, dkk, 2003). Dilaprkan juga bahwa dping erbium (Er 3+ ) pada kaca zinc tellurite dapat menaikkan daya emisi karena hanya memerlukan energi phnn yang rendah (L.L. Neindre dkk, 1999). Kajian struktur pada kaca tellurite yang telah dilakukan, menunjukkan adanya dua struktur unit yang dminan yaitu TeO 4 trignal bipyramid (tbp) dan TeO 3 trignal pyramid (tp) (K. Aida dkk, 2000). Narazaki dkk (2001) melaprkan bahwa absrpsi IR pada kaca zinc tellurite sangat bergantung pada ksentrasi ZnO. Pada ksentrasi ZnO tinggi, intensitas absrpsi pada bending vibrasi Te-O menurun tetapi psisi puncak absrpsi bergeser pada nmer gelmbang lebih tinggi (A. Narazaki dkk, 2001). Paper ini melaprkan kajian struktur dari kaca zinc tellurite yang didping erbium (Er 3+ ) berdasarkan spectrum Raman dan FTIR yang terbentuk. Metde Penelitian Melt quenching technique digunakan untuk fabrikasi kaca zinc tellurite dengan kmpsisi (80- x)teo2-20zno-(x)er2o 3 system (0.5ml% x 2.5ml%). Sampel 20 g dipreparasi dari pwder TeO 2 (99%), ZnO (99.%) dan Er2O 3 (99.9%). Campuran tersebut dipanaskan dalam furnace 400 C selama 1 jam, kemudian dileburkan dalam krusibel silica pada suhu 900 C selama 1 jam. Sample yang telah lebur itu dituang dalam plat stainless steel dan diannealing pada suhu 200 C selama 3 jam. Raman spectrscpy yang digunakan pada pengukuran spectrum dengan panjang gelmbang 810 nm pada range pengukuran 100 cm cm -1. Parkin Elmer GX FTIR spectrscpy digunakan untuk menentukan spectrum absrpsi infrared. Teknik yang dipakai menggunakan pellet campuran sample kaca dan KBr dengan perbandingan 1 : 100. Spectrum IR direkam pada range 400 cm cm -1. G-12-1

2 Hasil dan Pembahasan Raman spectra dari kaca zinc tellurite yang didping dengan Er 2 O 3 ditunjukan pada Gb.1 dan Tabel 1. Dari Gb.1, dapat dilihat bahwa muncul puncak disekitar 410cm cm -1 pada semua kmpsisi kaca. Pada knsentrasi Er 2 O 3 yang rendah (x = 0.5 %ml) ada kecenderungan Raman spectra yang sama dengan kaca zinc tellurite tanpa dping (80TeO 2-20ZnO). Pada saat knsentrasi Er 2 O 3 ditambah ( x>0.5ml%), intensitas Raman disekitar 640cm cm -1 mengalami penurunan, sedangkan intensitas puncak sekitar 720cm cm -1 mangalami kenaikan. Hasil lain yang dapat dilaprkan adalah munculnya puncak disekitar 280 cm -1 pada saat knsentrasi Er 2 O 3 antara 1.0 ml% sampai 2.5 ml%. Intensity (a.u) Int S1 S2 S3 S4 S Raman Raman shift Shift /cm/ cm Gambar 1. Spektrum Raman dari kaca (80-x)TeO 2 20ZnO (x)er 2 O 3 Transmittance (%) S1 S2 S3 S4 S IR band (cm -1 ) Gambar 2. Spektrum Transmisi IR dari kaca (80-x)TeO 2 20ZnO (x)er 2 O 3 G-12-2

3 Evlusi ini mengindikasikan adanya perubahan pada struktur unit dari kaca yang terbentuk. Evlusi ini kemungkinan terjadi adanya perturbasi struktur unit kaca zinc tellurite dari TeO 4 tbp menjadi TeO 3 melalui krdinasi intermediasi TeO 3+1 (H. Li dkk, 2001; V. Nazabal dkk, 2003; P. Chartn dkk, 2003). Ilustrasi pertusbasi struktur unit kaca dari TeO 4 tbp menjadi TeO 3 dapat dilihat pada Gb.3. Keadaan tersebut mengindikasikan penambahan jumlah struktur unit TeO 3 terhadap penambahan knsentrasi Er 2 O 3. Table 1. Psisi puncak Raman dan FTIR dari kaca (80-x)TeO 20ZnO (x)er O Sampel Kmpsisi N TeO 2 ZnO Er 2 O 3 Raman shift / cm IR bands (cm ) S ; 642; ; 650; 768; 1111 S ; 651; ; 658; 768; 1115 S ; 424; 651; ; 661; 772; 1118 S ; 412; 671; ; 665; 772; 1118 S ; 412; 671; ; 672; 776; 1118 Gambar 3. Mdel perturbasi struktur unit kaca dari TeO 4 tbp menjadi TeO 3 (S. Sakida dkk, 1999) Argumentasi dari kesimpulan diatas bahwa puncak antara 720cm cm -1 merupakan stretching vibratin dari struktur unit TeO 3 tp (H. Li dkk, 2001), dimana meningkat sebanding dengan penambahan knsentrasi Er 2 O 3. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa peningkatan katin Er 3+ dapat menumbuhkan struktur unit TeO 3 tp. Ditunjukkan juga pada Gb.2, band absrpsi sekitar 650cm -1 dan 770cm -1 merupakan stretching vibratin pada equatrial dan axial ikatan Te O dari struktur unit TeO 4 tbp dan TeO 3 tp. Intensitas puncak antara 640cm 670cm, yang mana merupakan stretching vibratin dari struktur unit TeO 4 menurun sebanding dengan penambahan knsentrasi Er 2 O 3. Kecenderungan ini memang diharapkan untuk mengknversi struktur unit TeO 4 tbp menjadi TeO 3 tp, dimana kndisi ini bergantung linier terhadap knsentrasi Er 2 O 3 (H. Li dkk, 2001). Psisi puncak antara 410cm 440cm sedikit bergeser terhadap perubahan knsentrasi Er 2 O 3. Penurunan intensitas puncak tersebut diharapkan merupakan destruksi struktur Te O Te (atau O Te O) pada semua ikatan. Hal tersebut memungkinkan penurunan ikatan Te O Te secara kntinu pada netwrk TeO n (n=4,3+1,dan atau 3), yang mana ini sesuai dengan yang dilakukan leh Nazabal dkk (2003). -1 Analisis lain yang dapat diperleh dari spectrum Raman adalah munculnya puncak antara 250cm cm, dimana dapat diasumsikan (dimungkinkan) adanya bnding dari TeO 3 dan Er O. Terbentuknya puncak yang semakin tajam, dapat dikatakan bahwa adanya peningkatan struktur unit TeO 3 tp terhadap bertambahnya knsentrasi Er 2 O 3 (T. Kmatsu dkk, 1991). Argumentasi lain yang dapat dikemukakan bahwa dping Er 2 O 3 dalam kaca zinc tellurite dapat memdifikasi struktur Te O. Puncak absrpsi sekitar 650cm dan 770cm (Gb.2) pada kaca zinc tellurite mungkin merupakan mixing dari beberapa struktur unit TeO 3 grup, symmetric TeO 4 grup dan deprmed TeO 4 grup. Pada saat knsentrasi Er 2 O 3 ditambah, puncak absrpsi utama bergeser dari 650cm sampai 672cm. Pada saat knsentrasi Er 2 O 3 antara 0.5 ml% sampai 1.0 ml%, puncak absrpsinya dikatakan slightly blue shift (L. Hu dkk, 1996). Ini merupakan mixing struktur unit dari symmetric dan defrmed TeO 4 grup pada kaca. Pergeseran psisi puncak utama ke daerah mmer gelmbang (wave-number) panjang, menunjukkan besarnya energi ikatan (energi vibrasi) pada struktur TeO 3 tp. Sehingga dapat dikatakan bahwa ikatan tersebut semakin kuat. Pada saat yang sama, tengkuk (shulder) antara 768cm dan 776cm mulai muncul dan diasumsikan sebagai struktur unit TeO 3 tp dari ZnTeO 3 (M.R. Sahar dkk, 1995). G-12-3

4 Hasil lain menunjukkan bahwa adanya pergeseran puncak absrpsi dari 462cm -1 sampai 470cm -1 knsisten terhadap penambahan knsentrasi Er 2 O 3, dimana ini diasumsikan merupakan ikatan Zn O tetrahedral (H.S. Liu dkk, 1997). Dapat pula dicatat disini yaitu adanya peningkatan intensitas puncak meskipun hanya kecil pada spektrum kaca yang terbentuk pada range 462cm samapi 470cm sebanding dengan penambahan knsentrasi Er 2 O 3. Kecilnya puncak yang terjadi tersebut karena defrmasi dari vibrasi ikatan Te O (H. Xia dkk, 2003; H. Bǘrger dkk, 1992). Sebagai tambahan, munculnya puncak absrpsi sekitar 1115cm -1 yang merupakan ikatan Te O Zn (H.S. Liu dkk, 1997). Akan tetapi ini tidak merupakan pengaruh dari vibrasi pada kmpsisi tertentu. Kesimpulan FTIR dan Raman Spectrscpy digunakan untuk mengkaji struktur kaca Zinc-Tellurite difabrikasi dengan quench-melting technique. Dping Er 2 O 3 ditambahkan pada kaca untuk membentuk struktur yang ptimal. Pada saat knsentrasi Er 2 O 3 ditambah (x>0.5ml%), intensitas Raman disekitar 640cm cm -1 mengalami penurunan, sedangkan intensitas puncak sekitar 720cm cm -1 mangalami kenaikan. Evlusi ini mengindikasikan adanya perubahan pada struktur unit dari kaca yang terbentuk. Perubahan ini dimungkinkan adanya knversi dari struktur unit TeO 4 tbp menjadi TeO 3 tp. Dari kajian IR spectrscpy, puncak absrpsi utama bergeser linear dari 650cm -1 sampai 672cm -1 terhadap penambahan knsentrasi Er 2 O 3. Pada saat yang sama mulai muncul tengkuk (shulder) antara 768cm -1 dan 776cm -1 dan diasumsikan sebagai struktur unit TeO 3 tp. Ucapan Terima Kasih Penulis menyampaikan terikma kasih kepada Kementrian Sains, Teknlgi dan Alam Sekitar (MOSTE) Malaysia atas bantuannya melalui Vt Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada UTM dan Unnes atas dukungannya pada prject ini. Daftar pustaka 1. M.R. Sahar, N. Nrdin, (1995), Oxychlride Glasses Based n The TeO 2 -ZnO-ZnCl 2 System, J. Nn- Cryst. Slids 184, hal M.R. Sahar, A.K. Jehbu, M.M. Karim, (1997), TeO 2 -ZnO-ZnCl 2 Glasses fr IR Transissin, J. Nn- Cryst. Slids 213&214, hal D.L. Sidebttm, M.A. Hruschka, B.G. Rtter, R.K. Brwn, (1997), Structure and Optical Prperties f Rare Earth dped Zinc Oxyhalide Tellurite Glasses, J. Nn-Cryst. Slids 222, hal S. Marjanvic, J. Tuluse, H. Jain, C. Sandmann, V. Dierlf, A.R, Krtan, N. Kpylv, R.G. Ahrens, (2003), Characterizatin f New Erbium-dped Tellurite Glasses and Fiber, J. Nn-Cryst. Slids 322, hal L.L. Neindre, S. Jiang, B.C. Hwan, T. Lu, J. Watsn, N. Peyghambarian, J. Nn-Cryst. Slids 255 (1999) K. Aida, Y. Benin, V. Dimitrv, T. Kmatsu, R. Sat, (2000), Kinetics f Enthalpy Relaxatin at the Glass Transitin in The Ternary Tellurite Glasses, J. Am. Ceram. Sc. 83 [5], hal A. Narazaki, K. Tanaka, (2001), IR and XPS Studies n The surface Structure f Pled ZnO-TeO 2 Glasses with Secnd-Order Nnlinearity, J. Am. Ceram. Sc. 84 [1], hal H.S. Liu, T.S. Chin, S.W. Yung, (1997), FTIR and XPS Studies f Lw-Melting PbO-ZnO-P 2 O 5 Glasses, Mater. Chem & Phys 50, hal H. Li, Y. Su, S.K. Sundaram, (2001), Raman Spectrscpy Study f Nd-dped 10Na 2 O-90TeO 2 Glasses, J. Nn-Cryst. Slids , hal V. Nazabal, S. Tdrki, A. Nukui, T. Matsumt, S. Suehara, T. Hnd, T. Araki, S. Inue, C. River, T. Cardinal, (2003), Oxyfluride Tellurite Glasses Dped by Erbium: Thermal Analysis, Structural Organizatin and Spectral Prperties, J. Nn-Cryst. Slids 325, hal P. Chartn, P. Thmas, P. Armand, (2003), Raman and Crystallizatin Behavir f TeO 2 Sb 2 O 4 Glasses, J. Nn-Cryst. Slids 321, hal T. Kmatsu, H.Tawarayama, H.Mhri, K.Matusita, (1991), Prperties and Crystallizatin Behavir f TeO 2 LiNbO 3 Glasses, J. Nn-Cryst. Slids 135, hal L. Hu, Z. Jiang, (1996), Prperties and Structure f TeO 2 Based Glasses Cntaining Ferrelectric Cmpnents, Phys. Chem. Glasses 37 [1], hal H. Xia, Q. Nie, J. Zhang, J. Wang, (2003), Preparatin and Optical Spectrscpy f Na 2 O-TeO 2 -ZnO Glasses Cntaining divalent eurpium Ins, Mater. Lett 57, hal H. Bǘrger, K. Kneipp, H. Hbert, W. Vgel, (1992), Glass Frmatin, Prperties and Structure f Glasses in The TeO 2 -ZnO System, J. Nn-Cryst. Slids 15, hal G-12-4

5 16. S. Sakida, S. Hayakawa, T. Yk, (1999), 125 Te NMR Study f (M=Li, Na, K, Rb and Cs) Glasses, J. Nn-Cryst. Slids 243, hal DATA PRIBADI PENYAJI 1. Nama Penulis : SULHADI, S.Pd, M.Si. 2. Tempat/tanggal lahir : Pati, 16 Agustus Alamat Instansi : Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Negeri Semarang (Unnes) Gd. D7, Kampus Sekaran Gunungpati Semarang 4. Pendidikan : S1, Pend Fisika IKIP Semarang (1995) S2, Fisika ITB (1998) 5. Pengalaman Penelitian : 1. Fabrikasi Wafer SOI dengan Metade ELTRAN (Tesis S2-1998) 2. Optimasi dan Aplikasi Therm Cntrller pada Klam Pembenihan Udang (Penerapan IPTEK-2002) 3. Preparatin and Characterizatin Er 3+ -dped Zinc-Tellurite Glasses fr Laser Aplicatin (Prject S3-2004) 6. Publikasi Ilmiah : 1. Fabrikasi Wafer SOI dengan Metade ELTRAN (Simpsium Nasinal HFI, di UGM-1998) 2. Pembuatan dan Optimasi Alat Sparatr Pasir Besi (Simpsium Nasinal HFI, di Unnes-2003) 3. FTIR and Raman studies in the (80-x)TeO 2 20ZnO (x)er 2 O 3 glass system (MASS Cnference, di Lumut, Malaysia-2003) 7. Alat yang diperlukan untuk presentasi :! OHP! LCD Semarang, 24 Juni 2004 Tertanda, S U L H A D I G-12-5