PENUMBUHAN LAPISAN CoFe 2 O 4 DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION MENGGUNAKAN SPIN COATING

Transkripsi

1 PENUMBUHAN LAPISAN CoFe 2 O 4 DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION MENGGUNAKAN SPIN COATING Disusun oleh: ERRINDA FITRIYANTI M SKRIPSI PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juli, 2017

2 2 PENUMBUHAN LAPISAN CoFe 2 O 4 DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION MENGGUNAKAN SPIN COATING Disusun oleh: ERRINDA FITRIYANTI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juli, 2017

3 3

4 4

5 5 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul PENUMBUHAN LAPISAN CoFe 2 O 4 DENGAN METODE CHEMICAL SOLUTION DEPOSITION MENGGUNAKAN SPIN COATING adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi 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 di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis. Surakarta, 7 Juli 2017 ERRINDA FITRIYANTI

6 6 MOTTO Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagi kamu. Dan boleh jadi kamu mencintai sesuatu, padahal ia amat buruk bagi kamu. Allah Maha Mengetahui sedangkan kamu tidak mengetahui (Q.S. Al-Baqarah: 216) Learn from yesterday, live for today, hope for tomorrow. (Albert Einstein)

7 7 PERSEMBAHAN Dengan penuh rasa syukur, skripsi ini saya persembahkan kepada: 1. Allah SWT yang selalu melimpahkan rahmat dan pertolongan-nya. 2. Kedua orang tua tersayang yang selalu mendukung, memberikan semangat serta mendoakanku selama menuntut ilmu. 3. Bapak Budi Purnama dan Ibu Utari yang telah membimbing saya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 4. Teman-teman grup riset magnetik. 5. Teman-teman Fisika Sahabat-sahabatku tersayang yang selalu memberikan semangat.

8 8 Penumbuhan Lapisan CoFe 2 O 4 dengan Metode Chemical Solution Deposition Menggunakan Spin Coating Errinda Fitriyanti Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Penumbuhan lapisan CoFe 2 O 4 dari nanopartikel yang dilapiskan pada substrat kaca telah dilakukan. Penelitian ini dilakukan dengan variasi kecepatan putar spin coating dan suhu annealing. Metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu CSD menggunakan spin coater. Hasil karakterisasi XRD, FTIR, dan SEM menunjukkan bahwa sampel lapisan yang terbentuk adalah kobalt ferit. Analisa struktur kristal lapisan kobalt ferit dengan variasi kecepatan putar bahwa intensitas tertinggi diperoleh untuk sampel hasil deposisi 1000 rpm. Sedangkan hasil FTIR mengindikasikan bahwa kenaikan kecepatan putar mempengaruhi energi yang diserap oleh sampel. Struktur morfologi permukaan lapisan menunjukkan terjadi perubahan ukuran butiran dan tampang lintang permukaan sampel mempengaruhi ketebalan yaitu semakin tipis dengan kenaikan kecepatan putar spin coating. Untuk variasi suhu annealing hasil XRD menunjukkan bahwa intensitas spektral meningkat dengan kenaikan suhu annealing. Analisa gugus oksida menunjukkan bahwa kenaikan suhu annealing meningkatkan hasil karakteristik kurva FTIR. Akhirnya, hasil SEM juga menunjukkan perubahan ukuran butiran dan ketebalan dengan kenaikan suhu annealing. Kata kunci: Cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ), spin coating, lapisan, nanopartikel

9 9 CoFe 2 O 4 Film Fabrication with Chemical Solution Deposition of Spin Coating Method Errinda Fitriyanti Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Sebelas Maret ABSTRACT In this study a spin coated preparation of CoFe 2 O 4 thin was deposited on glass substrate. This research was conducted with the variation of spin coating speed and annealing temperature. The result of XRD and FTIR characterization shows that the sample of the layer formed is cobalt ferrite. The result of characterization shows the ratio of crystal structure analysis to nanoparticles is much greater intensity than film, while comparison of oxide bond analysis on nanoparticles and films has shifted the peak wave number of the absorption curve. Analysis of crystal structure with rotational velocity variation that the highest intensity is obtained for sample deposited of 1000 rpm. While the FTIR results indicate that the increase in rotational velocity affects the energy absorbed by the sample. The surface layer morphology structure shows the change of grain size and the cross-sectional surface of the sample affects the thickness that is getting thinner with the increase of the spin coating rotation speed. For annealing temperature variations show that the spectral intensity of XRD pattern increases with the increase of annealing temperature. The formed oxide analysis showed that the increase of annealing temperature increased the yield characteristics of the FTIR curve. Finally, the SEM results also show changes in grain size and thickness with annealing temperature increase. Keywords: Cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ), spin coating, film, nanoparticle

10 10 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi ini. Sholawat serta salam senantiasa penulis haturkan kepada Rosulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia. Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains ini penulis beri judul Penumbuhan Lapisan CoFe 2 O 4 dengan Metode Chemical Solution Deposition Menggunakan Spin Coating. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si., M.Si. selaku pembimbing I yang senantiasa dengan sabar telah memberikan bimbingan, saran dan motivasi dari awal hingga skripsi ini dapat selesai. 2. Ibu Utari, S.Si., M.Si. selaku pembimbing II yang senantiasa dengan sabar memberikan bimbingan, saran dan motivasi hingga skripsi ini dapat selesai. 3. Bapak Khairuddin, S.Si., M.Phil., Ph.D. selaku pembimbing akademik yang senantiasa memberikan bimbingan dan saran selama perkuliahan. 4. Segenap dosen dan staff Program Studi Fisika FMIPA UNS yang telah memberikan bimbingan, ilmu dan pengetahuan selama perkuliahan. 5. Ayah dan Ibu, orang tuaku tersayang, atas kesabaran, do a dan semangat yang telah diberikan kepada penulis semenjak kecil. 6. Teman surga Anggit, Nilam, Ratna, Jijah, Nanda, Sinta, Reza, dan Sopi yang selalu memberikan semangat, motivasi dan hiburan untuk menyelesaikan skripsi ini. 7. Teman-teman magnetik Mbak Coco, Mas Elsa, Regina, dan Julian yang selalu membantu dan memberikan semangat untuk menyelesaikan skripsi ini.

11 11 8. Teman di Lab Material Sistha, Nandani, dan Andi yang selalu membantu dan memberikan semangat selama penulis melakukan penelitian. 9. Teman KKN Klepu Fenny, Ayu, Iefa, Winanda, Lulu, Faiz, Adit, dan Wisono yang selalu memberikan semangat untuk menyelesaikan skripsi ini. 10. Teman-teman Fisika angkatan 2013 atas segala semangat, motivasi dan bantuan sehingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan dengan baik. 11. Seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Semoga Allah SWT memberikan balasan yang berlipat ganda kepada semuanya. Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penulisan Skripsi ini. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini dapat bermanfaat. Surakarta, 7 Juli 2017 Errinda Fitriyanti

12 12 PUBLIKASI Sebagian dari skripsi saya yang berjudul Comparison XRD pattern of CoFe 2 O 4 thin films and nanoparticles telah dipresentasikan di International Conference on Science and Applied Science (ICSAS) 2017.

13 13 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv HALAMAN PERNYATAAN... v HALAMAN MOTTO... vi HALAMAN PERSEMBAHAN... vii HALAMAN ABSTRAK... viii HALAMAN ABSTRACT... ix KATA PENGANTAR... x HALAMAN PUBLIKASI... xii DAFTAR ISI... xiii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR GAMBAR... xvi DAFTAR SIMBOL... xviii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Batasan Masalah Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Hysteresis Loop Anisotropi Ferit Kobalt Ferit Lapisan Tipis Magnetik Metode Penumbuhan Lapisan Tipis Magnetik Metode Chemical Solution Deposition Karakteristik Magnetik BAB III METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Alat yang Digunakan dalam Penelitian Bahan yang Digunakan dalam Penelitian Prosedur Penelitian Preparasi Alat dan Bahan Pembuatan CoFe 2 O 4 Nanopartikel Pembuatan larutan nanopartikel Proses penumbuhan lapisan tipis CoFe 2 O Proses Annealing Karakterisasi sampel Analisa Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 26

14 4.1 Perbandingan Analisa Struktur Kristal Nanopartikel dan Film Perbandingan Analisa Gugus Oksida Nanopartikel dan Film Variasi Kecepatan Putar Spin Coating Variasi Suhu Annealing BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

15 15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel II.1. Perhitungan ukuran kristalit dan strain sampel yang divariasi kecepatan putar spin coating pada suhu annealing 700 o C Tabel II.2. Perhitungan ukuran kristalit dan strain sampel yang divariasi suhu annealing pada kecepatan putar spin coating 1500 rpm Tabel IV.1. Sebaran ukuran butiran variasi suhu annealing melalui SEM Tabel IV.2. Sebaran ukuran butiran variasi kecepatan putar spin coating melalui SEM... 59

16 16 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Kurva magnetisasi awal dan kurva demagnetisasi pada kuadran satu dan dua dari ferromagnet kubik... 5 Gambar 2.2. Loop hysteresis dengan kurva magnetisasi awal untuk hard magnet dimana keduanya proses kontrol hysteresis a) nukleasi b) pinning... 6 Gambar 2.3. Interaksi antara derajat kebebasan spin dan orbit... 7 Gambar 2.4. Skema kurva magnetisasi untuk Tb, dengan medan yang diterapkan sepanjang dan tegak lurus terhadap sumbu positif... 8 Gambar 2.5. Skema struktur spinel Gambar 2.6. Struktur Barium Ferit Gambar 2.7. Proses Chemical Solution Deposition (CSD) Gambar 2.8. Empat tahap proses spin coating Gambar 2.9. Kurva serapan FTIR CoFe 2 O 4 dan MnFe 2 O Gambar (a) Sinar-X datang dan sinar-x pantul dengan sudut θ simetri dengan garis normal dari bidang kristal dan (b) puncak difraksi pada sudut Bragg θ Gambar 3.1. Diagram alir prosedur penelitian Gambar 4.1. Spektral XRD sampel kobalt ferit nanopartikel dan film Gambar 4.2. Spektrum FTIR sampel kobalt ferit nanopartikel dan film Gambar 4.3. Spektral XRD sampel lapisan tipis kobalt ferit variasi kecepatan putar spin coating Gambar 4.4. (a) ukuran kristalit dan (b) lattice strain pada variasi kecepatan putar spin coating Gambar 4.5. Spektrum FTIR sampel kobalt ferit dengan variasi kecepatan putar spin coating Gambar 4.6. Hasil SEM struktur morfologi permukaan sampel CoFe 2 O 4 pada variasi kecepatan putar spin coating yaitu (a)1000 rpm, (b) 1500 rpm, (c) 2000 rpm, (d) 2500 rpm, dan (e) 3000 rpm dengan Gambar 4.7. perbesaran kali Hasil SEM tampang lintang permukaan sampel CoFe 2 O 4 pada variasi kecepatan putar spin coating yaitu (a)1000 rpm, (b) 1500 rpm, (c) 2000 rpm, (d) 2500 rpm, dan (e) 3000 rpm dengan perbesaran 5000 kali Gambar 4.8. Spektral XRD sampel lapisan tipis kobalt ferit variasi suhu annealing Gambar 4.9. (a) ukuran kristalit dan (b) lattice strain pada variasi suhu annealing Gambar Spektrum FTIR sampel kobalt ferit dengan variasi suhu annealing Gambar Hasil SEM struktur morfologi permukaan sampel CoFe 2 O 4 pada variasi suhu annealing yaitu (a)500 o C, (b) 600 o C, (c) 700 o C dengan perbesaran kali... 37

17 Gambar Hasil SEM tampang lintang permukaan sampel CoFe 2 O 4 pada variasi suhu annealing yaitu (a) 500 o C, (b) 600 o C, (c) 700 o C perbesaran 5000 kali Gambar IV.1. Simulasi pengukuran butiran pada suhu annealing 500 o C melalui SEM Gambar IV.2. Simulasi pengukuran butiran pada suhu annealing 600 o C melalui SEM Gambar IV.3. Simulasi pengukuran butiran pada suhu annealing 700 o C melalui SEM Gambar IV.4. Sebaran ukuran butiran variasi suhu annealing (a) 500 o C, (b) 600 o C, (c) 700 o C Gambar IV.5. Simulasi pengukuran butiran pada kecepatan putar spin coating 1000 rpm melalui SEM Gambar IV.6. Simulasi pengukuran butiran pada kecepatan putar spin coating 1500 rpm melalui SEM Gambar IV.7. Simulasi pengukuran butiran pada kecepatan putar spin coating 2000 rpm melalui SEM Gambar IV.8. Simulasi pengukuran butiran pada kecepatan putar spin coating 2500 rpm melalui SEM Gambar IV.9. Simulasi pengukuran butiran pada kecepatan putar spin coating 3000 rpm melalui SEM Gambar IV.10.Sebaran ukuran butiran variasi kecapatan putar spin coating (a) 1000 rpm, (b) 1500 rpm, (c) 2000 rpm, (d) 2500 rpm, dan (e) 3000 rpm

18 18 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Nilai/Satuan M Magnetisasi A/m, emu/gr, emu/cc M s Magnetisasi saturasi A/m, emu/gr, emu/cc M r Magnetisasi remanen A/m, emu/gr, emu/cc H Medan magnet eksternal Oersted μ Permeabilitas Wb/Am μ 0 Permeabilitas ruang hampa 4πx10 7 Wb/Am H c Koersivitas Oersted f Frekuensi s -1 r Jari-jari lingkaran m T annealing Suhu annealing o C ω Kecepatan putar rpm n Jumlah zat mol Mr Massa molekul relatif gr/mol m Massa molekul gram V Volume larutan liter D Ukuran kristalit m λ Panjang gelombang m β Lebar setengah puncak (FWHM) rad θ Sudut difraksi ( o ), rad ε Strain k Angka gelombang cm -1