KARAKTERISASI SIFAT OPTIK BAHAN STRONTIUM TITANAT (SrTiO 3 ) DENGAN MENGGUNAKAN SPEKTROSKOPI ULTRAVIOLET-VISIBLE (UV-Vis)

KARAKTERISASI SIFAT OPTIK BAHAN STRONTIUM TITANAT (SrTiO3) DENGAN MENGGUNAKAN SPEKTROSKOPI ULTRAVIOLET-VISIBLE (UV-Vis) Mirwan Sayuti1, Krisman2, Rahmi Dewi2 1

Mahasiswa Program S1 Fisika 2 Dosen Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Kampus Binawidya Panam Pekanbaru, 28293, Indonesia. [email protected] ABSTRACT The investigation of SrTiO3 solution preparation by using of chemical reaction method has been done. The chemicals used are Strontium Carbonate (SrCO3) and Titanium Dioxide (TiO2), with the concentrations of each sample are 0,005 moles, 0,006 moles, and 0,007 moles, and the temperature differences are 600 oC, 700 oC, and 800 oC respectively. The number of samples made are six. The optical properties of SrTiO3 are investigated solution using some UV-Vis spectroscopy method. The results obtained from this study are some absorbance spectrums. The concentration 0,005 moles, 0,006 moles, and the concentration 0,007 moles before annealing at wavelength of 285 nm, 281 nm, and 282 nm have the same absorbance intensity which is 3,999 a.u. After annealing by a concentration 0,005 moles on a temperature of 600 oC, a concentration 0,006 moles on a temperature of 700 oC, and a concentration 0,007 moles on a temperature of 800 oC at wavelength of 279 nm, 277 nm and 279 nm turned out to have the same intensity of absorbance which is 3,150 a.u. So, the intensity of the absorbance materials before annealing is smaller than those materials after annealing. Keywords : SrTiO3, Annealing,Concentration, UV-Vis Spectroscopy ABSTRAK Pembuatan larutan SrTiO3 dengan menggunakan metode reaksi bahan kimia dilakukan. Bahan kimia yang digunakan adalah strontium carbonat (SrCO3) dan titanium oksida (TiO2), dengan kosentrasi masing-masing sampel 0,005 mol, 0,006 mol, dan 0,007 mol, dan perbedaan suhu 600 oC, 700 oC, dan 800 oC. Jumlah sampel yang dibuat sebanyak enam buah sampel. Untuk menyelidiki sifat optik dari larutan SrTiO3 menggunakan metode spektroskopi UV-Vis. Hasil yang didapat dari penelitian ini berupa spektrum absorbansi. Kosentrasi 0,005 mol, 0,006 mol dan kosentrasi 0,007 mol sebelum diannealing pada panjang gelombang 285 nm, 281 nm, dan 282 nm mempunyai intensitas absorbansi yang sama yaitu 3,999 a.u. Sedangkan untuk sampel yang sudah diannealing dengan kosentrasi 0,005 mol pada suhu 600 oC, kosentrasi 0,006 mol pada suhu 700 oC dan kosentrasi 0,007 1

mol pada suhu 800 oC pada panjang gelombang 279 nm, 277 nm dan 279 nm ternyata mempunyai intensitas absorbansi yang sama yaitu 3,150 a.u. Nilai intensitas absorbansi bahan yang belum diannealing lebih tinggi dibandingkan bahan yang sudah diannealing. Kata Kunci : SrTiO3, Annealing, Kosentrasi, Spektroskopi UV-Vis PENDAHULUAN Penelitian bahan feroelektrik terus menjadi pusat perhatian di berbagai ilmuan dimana bahan feroelektrik memiliki karakteristik yang dapat dijadikan bahan dasar piranti elektronika. Salah satu produk yang berbasis dari bahan dasar material adalah paladium, platinum, dan keramik dengan bentuk yang bervariasi seperti lapisan tipis (thin film), batangan (rod), kawat (wire), tabung (tube) dan bola (sphere) (Liu W.T, 2006). Aplikasi tersebut perlu ditingkatkan sifat optik sehingga kita dapat menentukan daya serap dan digunakan untuk pembuatan sensor serta ditingkatkan sifat listrik terutama sifat konduktivitasnya sehingga dapat digunakan untuk memodifikasi elektroda agar dapat menghantarkan listrik. Untuk itu, diperlukan teknik pembuatan tertentu agar bahan-bahan tersebut dapat dijadikan material dengan fungsi tertentu. Strontium titanat (SrTiO3) merupakan salah satu senyawa yang bersifat feroelektrik yang sampai saat ini masih banyak diteliti secara luas. Bahan kimia (SrTiO3) ini mempunyai struktur kristal yang jauh lebih sederhana bila dibandingkan dengan bahan feroelektrik lainnya. Dilihat dari kenggunaannya, bahan ini sangat praktis karena sifat kimia dan mekaniknya yang stabil (William F dan Smith, 1996). Feroelektrik merupakan bahan dielektrik yang mempunyai polarisasi spontan serta mempunyai kemampuan mengubah polarisasi internalnya dengan menggunakan medan listrik yang sesuai. Dalam pembuatan perlu diperhatikan parameter-parameter yang berkaitan dengan proses fabrikasinya karena karekteristik akhirnya tergantung pada parameter-parameter tersebut. Pada penelitian ini bahan kimia yang digunakan adalah (SrTiO3) dengan konsentrasi dan suhu yang berbeda-beda. Untuk mengetahui tingkat absorbansi antara perbedaan konsentrasi dan antara bahan yang belum diannealing dengan bahan yang sudah diannealing maka akan dilakukan analisa struktur dari bahan penelitian dengan menggunakan spektroskopi UV-Vis. Sinar ultraviolet dan sinar tampak memberikan energi yang cukup untuk terjadinya transisi elektronik. Dengan demikian, spektrum ultraviolet dan spektrum sinar tampak dikatakan sebagai spektrum elektronik keadaan energi yang paling rendah disebut dengan keadaan dasar. Instrumen yang digunakan dalam spektroskopi ultraviolet-visible dinamakan UV-Vis spektrofotometer. METODE PENELITIAN A.

Pembuatan Sampel Senyawa SrTiO3 dibentuk dari campuran SrCO3 dan TiO2, yang reaksi kimia nya diberikan oleh persamaan (1). Berat masing-masing bahan dihitung dengan mengunakan persamaan (2) dan (3). Pada persamaan (2) dan (3) c adalah Kosentrasi larutan (mol), Mr adalah Massa molekul relative, gr adalah Massa larutan.

2

SrCO3 + TiO2 SrTiO3 +CO2 (1) Massa SrCO3 = c SrTiO3 x Mr SrCO3 (2) Massa TiO2 = c SrTiO3 x Mr TiO2 (3) Setelah bahan ditimbang, bahan tersebut langsung diannealing dengan menggunakan furnace dengan suhu yang bervariasi suhu yaitu 600oC, 700oC, 800oC, dan dengan waktu yang sama yaitu selama 1 jam. Bahan yang akan ditimbang terdiri dari tiga sampel. Proses ini bertujuan untuk dapat membedakan absorbansi antara bahan yang sudah diannealing dengan bahan yang belum diannealing hingga mendapatkan hasil yang baik. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode reaksi bahan kimia, oleh karena itu, bahan tersebut harus dijadikan dalam bentuk larutan. Bahan pelarut yang digunakan adalah asam asetat dan air suling masing-masing sebanyak 20 ml. Setelah bahan diannealing dan dilarutkan dengan menggunakan asam asetat dan air suling maka larutan diaduk dengan menggunakan magnetik stirer. Proses ini merupakan menyatukan kumpulankumpulan larutan menjadi satu dan juga meningkatkan ikatan dan mengurangi porositas larutan yang mengalami penyinaran. Untuk membuat larutan disesuaikan dengan kosentrasi masing-masing larutan, sehingga memerlukan waktu minimal selama 6 jam, semakin lama proses pengadukannya maka semakin baik hasil yang di dapat. Setelah masing-masing bahan larut maka lakukan pencampuran bahan SrCO3 dan TiO2. Ini adalah tahap terakhir sebelum melakukan karakterisasi UV-Vis, setelah selesai proses pencampuran maka larutan diaduk kembali dengan menggunakan magnetik stirer yaitu menggunakan waktu selama 2 jam. B.

Karakterisasi Material Dengan Spektroskopi UV-Vis Sampel dikarakterisasikan dengan menggunakan alat spektrofotometer, adapun prosedur kerjanya adalah Cahaya berasal dari UV-Vis yang telah di lengkapi monokromator dengan panjang gelombang 200-700 nm. Setelah itu cahaya melewati beam splitter (pemisah cahaya), cahaya sebagian diteruskan ke sampel dan sebagian lagi dibelokkan ke reflektor. Setelah mengenai sampel dan mengenai referensi (kuvet yang belum diberi larutan SrTiO3) cahaya diteruskan ke detektor yang berfungsi untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Jika sampel menyerap UV dan sinar tampak maka akan terjadi perpindahan elektron dari keadaan dasar menuju ke keadaan tereksitasi. Sinyal-sinyal dari sampel dan referensi dilipatgandakan di dalam penguat sinyal dan masuk ke dalam pencatat atau layar yang ada pada alat spektroskopi UV-Vis sehingga dapat mengerakkan sistem digital dan intensitas absorbansi terhadap panjang gelombang dapat diperoleh. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi UV-Vis ini dilakukan untuk mengetahui perbedaan absorbansi antara larutan SrTiO3 yang belum diannealing dengan larutan SrTiO3 yang sudah diannealing dengan perbedaan konsentrasi 0,005 mol, 0,006 mol dan 0,007 mol. Karakterisasi dilakukan dengan rentang panjang gelombang 200 nm – 700 nm.

3

Absorbansi ( a.u)

A. Hasil spektroskopi UV-Vis SrTiO3 yang belum diannealing

Panjang Gelombang (nm) Gambar 1. Spektrum absorbansi optik SrTiO3 dengan kosentrasi 0,005 mol.

Absorbansi (a.u)

Berdasarkan dari data yang di dapat Gambar 1 dapat dilihat intensitas absorbansi maksimum pada panjang gelombang 285 nm dengan intensitas absorbansi 3,999 arbitary unit (a.u), sedangkan posisi puncak kedua pada panjang gelombang 586 nm juga memiliki intensitas absorbansi yaitu 0,0764 a.u, dan pada panjang gelombang 444 nm itu merupakan lembah yang intensitas absorbansinya 0,0769 a. Ini merupakan representasi tingkat energi eksitasi pertama dan tingkat energi eksitasi kedua.

Panjang Gelombang (nm) Gambar 2. Spektrum absorbansi optik SrTiO3 dengan kosentrasi 0,006 mol. Gambar 2 memperlihatkan spektrum absorbansi optik dari sampel yang telah dilarutkan dengan kosentrasi 0,006 mol dengan berat bahan SrCO3 0,888 gr dan TiO2 0,48 gr. Gambar tersebut terlihat bahwa posisi puncak pertama terjadi pada panjang gelombang 281 nm dengen intensitas absorbansinya 3,999 a.u. Sedangkan posisi puncak kedua terjadi pada panjang gelombang 454 nm yang mempunyai intensitas absorbansi yaitu 0,01110 a.u dan pada panjang gelombang 444 nm itu merupakan lembah yang nilai absorbansinya

4

Absorbansi (a.u)

0,1097 a.u. Adanya kedua ini merupakan representasi tingkat energi eksitasi pertama dan tingkat energi eksitasi kedua.

Panjang Gelombang (nm) Gambar 3. Spektrum absorbansi optik SrTiO3 dengan kosentrasi 0,007 mol. Gambar 3 dapat dijelaskan bahwa sampel yang telah dilarutkan dengan kosentrasi 0,007 mol dengan berat bahan SrCO3 1,036 gr dan TiO2 0,56 gr. Perbedaan spektrum dari sampel ini terletak pada intensitas absorbansi dan posisi puncak nya. Pada Gambar terlihat posisi puncak maksimum terjadi pada panjang gelombang 282 nm, sangat sedikit perbedaan panjang gelombangnya dibandingkan dengan sampel sebelumnya yang memiliki nilai absorbansi yang sama yaitu 3,999 a.u, posisi puncak kadua terjadi pada panjang gelombang 454 nm yang memiliki nilai intensitas absorbansi 0,1180 a.u dan memiliki lembah pada panjang gelombang yang sama dengan sampel-sampel sebelumnya yaitu 444 nm hanya saja berbeda pada nilai absorbannya 0,1165 a.u. Posisi puncak ini terjadi pada panjang gelombang yang berbeda, hal ini merupakan representasi tingkat energi pertama dan tingkat energi kadua.

Absorbansi(a.u)

B. Hasil spektroskopi UV-Vis SrTiO3 yang sudah diannealing pada Suhu 600oC, 700oC, dan 800oC

Panjang Gelombang(nm)

5

Gambar 4. Spektrum absorbansi optik SrTiO3 dengan kosentrasi 0,005 mol pada suhu 600oC.

Absorbansi(a.u)

Gambar 4 memperlihatkan spektrum absorbansi dari sampel yang telah dilarutkan yang memiliki kosentrasi 0,005 mol dengan berat bahan SrCO3 0,78 gr, TiO2 0,4 gr dan suhu 600oC. Gambar tersebut terlihat posisi puncak maksimum pada panjang gelombang 279 nm dengan intensitas absorbansinya 3,1503 a.u, posisi puncak kedua terjadi pada panjang gelombang 519 nm, dan intensitas absorbansi 0,0786 a.u. Ternyata bahan yang sudah diennealing memiliki panjang gelombang yang rendah dan absorbansi yang rendah bila dibanding dengan yang belum diannealing.

Panjang Gelombang (nm) Gambar 5. Spektrum absorbansi optik SrTiO3 kosentrasi 0,006 mol pada suhu 700oC.

dengan

Absorbansi(a.u)

Gambar 5 menjelaskan bahwa, absorbansi mulai terjadi pada panjang gelombang 637 nm dan memiliki intensitas absorbansi 3,1503 a.u, sedangkan posisi posisi puncak maksimumnya terjadi pada panjang gelombang 277 nm yang memiliki intensitas absorbansi 0,1589 a.u. dengan mempunyai dua lembah yaitu pada panjang gelombang 442 nm, 464 nm dan intensitas absorbansinya 0,1600 a.u, 0,1599 a.u. Pada spektrum ini terjadi empat intensitas absorbansi yaitu pada panjang 637 nm, 587 nm,454 nm, 277 nm dengan intensitas absorbansi 0,1589 a.u, 0,1610 a.u, 0,1633 a.u, 3,1503 a.u.

Panjang Gelombang (nm) 6

Gambar 6. Spektrum absorbansi optik SrTiO3 dengan kosentrasi 0,007 mol pada suhu 800oC. Gambar 6 menunjukkan bahwa intensitas absorbansi maksimumnya terjadi pada panajang gelombang 279 nm dengan nilai absorbansi 3,1503 a.u dimana posisi puncak kedua nya terjadi pada panjang gelombang 454 nm dengan intensitas absorbansi 0,1268 a.u, dan mempunyai lembah dengan panjang gelombang 442 nm dengan intensitas abasorbansi 0,1257 a.u. Posisi puncak ini terjadi pada panjang gelombang yang berbeda, hal ini merupakan representasi tingkat energi pertama dan tingkat energi kadua. KESIMPULAN DAN SARAN Larutan SrTiO3 yang merupakan salah satu senyawa yang bersifat feroelektrik, feroelektrik merupakan bahan dielektrik yang mempunyai polarisasi spontan serta mempunyai kemampuan mengubah polarisasi internalnya dengan menggunakan medan listrik yang sesuai, hal ini telah terlihat dari hasil yang didapat dari spektroskopi UV-Vis. Hasil yang didapat pada penelitian ini ternyata tidak sesuai dengan teori dasarnya hal ini disebabkan oleh larutan SrTiO3 tersebut tidak bewarna sehingga mempunyai nilai intensitas yang sama dengan konsentrasi yang berbeda, perbedaan absorbansi terlihat pada larutan yang belum diannealing dengan larutan yang sudah diannealing. Spektrum absorbansi UVVis memperlihatkan bahwa SrTiO3 yang belum diannealing memiliki intensitas absorbansi yang lebih tinggi yaitu 3,999 a.u dibandingkan dengan SrTiO3 yang sudah diannealing yang nilai intensitas absorbansinya 3,150 a.u. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs. M. Emrizal Tambosai, M.Si.MH selaku Kepala Laboratorium Kimia Anorganik dan juga mengucapkan terima kasih kepada Maretsa Riauzi S.Si dan Ade Ibrahim S.Si telah banyak membantu selama penelitian menggunakan Spektroskopi UV-Vis. DAFTAR PUSTAKA Kulagin, N.A., Landar, S.V., Litvinov L.A. 1981. Spectra and Radiation Stableness of SrTiO3 Single Crystals Doped with 3d and 4f Ions. Spectral Optics Spectral 50: 888-892. Liu, W.T. 2006. Nanoparticles and Their Biological and Environmental Applications. Bioscience and Bioengineering 1: 554-562. William, F., dan Smith, 1996. Principles of Material Science and Engineering International Edition, Mc Graw-hill. Iinc, Florida 16,L13.

7