Tesis Lukman 2014 pendadaran final

i

UJI UNJUK KERJA NANOGENERATOR

PIEZOELEKTRIK BERBASIS SENG OKSIDA DENGAN

DOPING ALUMINIUM DAN KOBALT

TESIS

Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

Lukman Nulhakim NIM. S951102005

MAGISTER TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET

2014

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

ii

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

iii

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

iv

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :

1. Tesis yang berjudul _{: “}UJI UNJUK KERJA NANOGENERATOR PIEZOELEKTRIK BERBASIS SENG OKSIDA DENGAN DOPING ALUMINIUM DAN KOBALT” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk rnernperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No 17, tahun 2010) 2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah

lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs

UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Magister Teknik Mesin UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, Oktober 2014 Mahasiswa, Lukman Nulhakim S951102005

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

v

Lukman Nulhakim, NIM: S951102005, 2014. UJI UNJUK KERJA NANOGENERATOR PIEZOELEKTRIK BERBASIS SENG OKSIDA DENGAN DOPING ALUMINIUM DAN KOBALT. Pembimbing I: Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. Pembimbing II: Agung Tri Wijayanta, S.T., M.Eng., Ph.D. Tesis Program Studi Magister Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta.

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menguji unjuk kerja nanogenerator (NG)

piezoelektrik ZnO dengan doping Aluminium dan Kobalt. Doping Aluminium dilakukan dengan mencampur material ZnO dengan masing-masing perbandingan 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 dan 14% dari berat total AlCl3+ZnAc selama 8 jam pada suhu

70oC, begitu juga untuk Kobalt dari berat total CoAc+ZnAc, metode elektrospining dipilih untuk menghasilkan serat nano yang disintering pada suhu 500oC selama 4 jam. Dengan cara yang sama dilakukan pendopingan 2 material sekaligus dengan masing-masing doping pada hasil daya yang maksimal. Uji unjuk kerja dilakukan dengan penerapan beban tekan-lepas sebesar 0,5 kgf pada NG piezoelektrik dengan menggunakan akuisisi data. Dari penelitian ini dihasilkan kristalinitas terbesar pada 10% Al dan 11% Co yaitu 83,7% dan 80,6 %, diameter kristal doping Al dan Co berkisar antara 24-83 nm dan 19-32 nm. Nilai unjuk kerja NG piezoelektrik ZnO dengan doping lebih besar dari pada NG piezoelektrik ZnO tanpa doping. Daya dan tegangan yang dihasilkan NG AlCl3+ZnAc terbesar pada doping 10% Al yaitu 125,9 nW, 254,4 mV sedangkan

NG CoAc+ZnAc terbesar pada pendopingan 11% Co sebesar 145,6 nW, 315,4 mV. Selanjutnya pendopingan 2 material sekaligus AlCl3+CoAc+ZnAc terbesar

pada perbandingan 75% Co:25% Al yaitu 169,7 nW, 352,3mV. Penambahan 2 material sekaligus pada NG piezoelektrik dapat meningkatkan unjuk kerja NG piezoelektrik berbasisi ZnO.

Kata kunci: nanogenerator, electrospinning, sintering, ZnO, aluminium, kobalt,

piezoelektrik

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

vi

Lukman Nulhakim, NIM: S951102005, 2014. The Performance Piezoelectric Nanogenerator Based Zinc Oxide doped by Aluminium and Cobalt. Supervisor I: Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. Supervisor II: Agung Tri Wijayanta, S.T.,

M.Eng., Ph.D. Thesis. Master on Mechanical Engineering. Graduate School. Sebelas Maret University, Surakarta.

ABSTRACT

The research aims to investigate the performance of the piezoelectric ZnO nanogenerator (NG) which were doped by Aluminium and Cobalt. The doping process of Aluminium was obtained by mixing AlCl3 in 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 and

14% of total weight with ZnAc at 70oC for 8 hours, as well as to the doping process of Cobalt by mixing CoAc with ZnAc. The electrospinning was a chosen method in order to produce nano fibers, then the nano fiber sintered at temperature at 500oC for 4 hours. Base on the maximum power output of each mixture, the doping process of 2 materials at once, Al and Co, in the same way was already done. The performance test was conducted with the compressive load of 0.5 kgf-off on the piezoelectric NG using data acquisition. The biggest result of crystalinity were 83,7% and 80,6% by 10% Al and 11% Co respectively, while the crystal diameter of Al and Co doped ZnO were range between 24-83 nm and 19-32 nm respectively. The performance of ZnO NG piezoelectric with doping process greater than without doping process. The biggest power of 125.9 nW and voltage of 254.4 mV were generated by AlCl3+ZnAc and 10% doping of Al, while

for CoAc+ZnAc and 11% doping of Co the highest power and voltage were 145.6 nW and 315.4 mV, respectively. Furthermore, the performance of power and voltage from ZnO based NG piezoelectric using doping process of 2 materials of AlCl3+CoAc+ZnAc at once in comparison of 75% Co:25% Al were 169.7 nW and 352.3mV.

Keywords: nanogenerator, electrospinning, sintering, ZnO, aluminium, cobalt, piezoelectric

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

vii

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah, segala puji hanya kepada Allah SWT. atas segala nikmat cahaya ilmu pengetahuan, kemudahan serta petunjuk yang telah diberikan sehingga dapat terselesaikan dengan baik penulisan tesis dengan judul “UJI UNJUK KERJA NANOGENERATOR PIEZOELEKTRIK BERBASIS SENG OKSIDA DENGAN DOPING ALUMINIUM DAN KOBALT”. Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dengan terselesaikannya laporan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. techn. Suyitno, S.T., M.T., selaku Pembimbing I yang telah memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.

2. Bapak Agung Tri Wijayanta, S.T., M.Eng., Ph.D., selaku Pembimbing II yang telah memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.

3. Seluruh Dosen Magister Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu, inspirasi dan motivasi selama menjalani proses perkuliahan.

4. Bapak (Alm) dan ibu di Banyuwangi yang telah setia memberikan _{do’a dan} nasehat serta dukungan materiil.

5. Bapak dan mamah di Tasikmalaya yang telah setia memberikan do’a dan nasehat serta dukungan materiil.

6. Istriku Mia Destikawanti, SE dan anakku Hafizh Zaki Ramadhan yang telah setia memberikan do’a dan nasehat serta waktunya.

7. Kakak dan adik di rumah yang telah setia memberikan do’a dan nasehat. 8. Rekan-rekan di Lab. Biofuel & Advanced Energy: Pak Imam Sholahudin, Pak

Trisma, Mas Mirza, Mas Huda, Mas Darmanto, Mas Tarmo, Pak Agus, Pak Bayu, Mas Kinas dan Mas Hery yang telah kompak berjuang dan saling membantu.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

viii

Harapan penulis mudah-mudahan tesis ini menjadi sumber inspirasi bagi pembaca sebagai tambahan wacana ilmu pengetahuan dan teknologi. Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran sangat diharapkan untuk kesempurnaan penyusunan tesis ini. Semoga tesis ini dapat menjadi manfaat bagi kita semua.

Surakarta, Penulis

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS ... iv

ABSTRAK ... v

ABSTRACT ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang... 1

1.2. Batasan Masalah ... 2

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3

1.4. Hipotesis ... 3

1.5. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 5

2.1. Penelitian Terdahulu ... 5

2.2. Dasar Teori ... 8

2.2.1.Piezoelektrik... 8

2.2.2.Material Piezoelektrik ... 9

2.2.3.Elektrospinning ... 12

BAB III METODE PENELITIAN... 15

3.1. Alat dan Bahan Penelitian ... 15

3.2. Prosedur Penelitian ... 16

3.3. Diagram Alir Penelitian ... 18

3.4. Analisis Data ... 19

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 20

4.1. Pengujian XRD ... 20

4.2. Pengujian SEM ... 24

4.3. Pengujian Unjuk Kerja Nanogenerator Piezoelektrik ... 28

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

x

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 32

5.1. Kesimpulan ... 32

5.2. Saran ... 32

Daftar Pustaka ... 33

Lampiran... ... 35

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Rangkuman nanogenerator berbasis piezoelektrik menggunakan

serat nano ... 6

Tabel 2.2 Rangkuman prosedur pembuatan serat nano ZnO menggunakan teknologi elektrospinning ... 6

Tabel 2.3 Pengaruh perubahan parameter proses elektrospinning terhadap morfologi serat nano yang dihasilkan ... 14

Tabel 4.1. Nilai diameter kristal dan kristalinitas dari semikonduktor ... 23

Tabel 4.2. Diameter serat nano ZnO dengan pendopingan AlCl3 dan ZnAc ... 27

Tabel 4.3. Diameter serat nano ZnO dengan penambahan Al-Co ... 27

Tabel 4.4. Daya dan tegangan maksimum yang dihasilkan oleh nanogenerator piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO ... 29

Tabel 4.5. Daya dan tegangan maksimum pada NG piezoelektrik Al-Co-ZnO. ... 31

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Hasil pengujian TEM a) ZnO dan b) Serbuk AZO dikalsinasi

pada 600 oC ... 5

Gambar 2.2 Efek Piezoelektrik ... 8

Gambar 2.3 Model pembebanan nanogenerator PZT ... 9

Gambar 2.4 Struktur kristal ZnO ... 10

Gambar 2.5 Data XRD nanofibers setelah dikalsinasi pada 600 oC selama 1 jam, a) CoAc/PVA, b) CoAc/ZnAc/PVA, dan c) ZnAc/PVA... 11

Gambar 2.6 Grafik kondisi tegangan dan regangan ... 11

Gambar 2.7 Mesin Elektrospinning Vertikal ... 12

Gambar 2.8 a) Gaya-gaya yang bekerja pada tetesan ujung suntikan; b) Lekukan tidak stabil setelah melewati Taylor cone ... 133

Gambar 3.1 Mesin elektrospinning horisontal ... 177

Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ... 18

Gambar 4.1. Pola difraksi sinar-X pada material Al-ZnO ... 220

Gambar 4.2. Pola difraksi sinar-X pada material Co-ZnO ... 21

Gambar 4.3. Pola difraksi sinar-X pada material Al-Co-ZnO ... 22

Gambar 4.4. Foto SEM material Al-ZnO... 25

Gambar 4.5. Foto SEM material Co-ZnO ... 26

Gambar 4.6. Foto SEM material Al-Co-ZnO... 27

Gambar 4.7. Daya dan tegangan NG piezoelektrik Al-ZnO ... 29

Gambar 4.8. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Co-ZnO ... 30

Gambar 4.9. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Co-Al-ZnO ... 30

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Teknologi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dapat dilakukan dengan memberi beban pada suatu material tertentu yang bersifat non-centrosymetric dengan memanfaatkan efek piezoelektrik (Haertling, G.H., 1999).

Material dasar yang memungkinkan diteliti karena ketersediaannya yang banyak, ramah lingkungan, dan tahan pada temperatur tinggi adalah seng oksida (ZnO). Senga oksida (ZnO) merupakan material yang unik, bersifat semikonduktor, dan termasuk material yang mempunyai bentuk kristal non-sentrosimetris sehingga dapat digunakan sebagai material termoelektrik, piezoelektrik, dan piroelektrik.

Penelitian sebelumnya tentang penggunaan material ZnO menjadi nanowire

sebagai nanogenerator telah mampu menghasilkan tegangan hingga 25 mV

(Wang, Z.L., et al., 2008). Selain itu terdapat juga penelitian tentang material ZnO

yang didoping dengan Aluminium (Al) berbasis nanorods mampu menghasilkan

tegangan hingga 60 mV (Fang, T.-H. and Kang, S.-H., 2010). Pada penelitian sebelumnya di Jurusan Teknik Mesin UNS diperoleh hasil bahwa pendopingan Al pada ZnO berbentuk nanofiber berhasil menghasilkan tegangan hingga 265.5 mV (Sholahuddin, I., 2013). Telah diteliti bahwa serat ZnO dapat diperkecil dengan penambahan material Aluminium sehingga menjadi aluminum-doped zinc oxide

(AZO) (Lee, D.Y., et al., 2008).

Material piezoelektrik berbasis nanofiber dapat dibuat dengan menggunakan metode elektrospining dengan biaya yang murah (He, J.-H., et al., 2008). Pada

debit prekursor yang lebih besar dalam proses elektrospinning dapat menghasilkan ukuran fiber yang lebih besar dan akibatnya deformasi pada kristal material tersebut rendah. Selanjutnya karena deformasinya yang rendah, maka tegangan yang dihasilkan juga rendah (Sholahuddin, I., 2013). Selain itu, dari penelitian sebelumnya diperoleh hasil bahwa nanogenerator (NG) berbasis ZnO dan AZO

menghasilkan kerapatan daya maksimum masing-masing yaitu 12.9 dan 38.8 nW/cm². Kerapatan daya ini masih rendah karena material seng oksida memiliki struktur yang getas (Kanjwal, M.A., et al., 2011) sehingga pada saat beban tinggi,

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

2

tegangan yang dihasilkan tidak mengalami peningkatan (Sholahuddin, I., 2013). Pada penelitian ini akan dipelajari metode perbaikan unjuk kerja nanogenerator ZnO yaitu dengan penambahan material lain (dopant), yaitu alumunium (Al) yang

berasal dari AlCl3 dan kobalt (Co) yang berasal dari Co3O4. Pemilihan Al karena

dapat memperkecil serat ZnO dan Al mempunyai konduktivitas yang baik. Pemilihan kobalt karena memiliki modulus elastisitas hampir tiga kali dibandingkan aluminium. Sehingga pada penelitian ini menarik untuk diteliti doping dengan penggabungan dua material yaitu aluminium dan kobalt pada ZnO sehingga diharapkan dapat meningkatkan unjuk kerja dari material piezoelektrik.

1.2. Batasan Masalah

Agar permasalahan yang dibahas tidak terlalu mengembang, maka diberikan batasan-batasan sebagai berikut:

1. Material ZnO diperoleh dari sintesa larutan seng asetat dihidrat ((CH3COO)2Zn.2H2O).

2. Material Al diperoleh dari sintesa larutan aluminium klorida heksahidrat (AlCl3.6H2O).

3. Material Co3O4 diperoleh dari sintesa larutan kobalt asetat tetrahidrat

(CoCH3OO.4H2O).

4. Parameter proses elektrospinning untuk menghasilkan serat nano adalah sebagai berikut:

a. Kapasitas pompa suntik yang digunakan 1 ml. b. Diameter dalam jarum suntik 0,6 mm.

c. Variasi laju aliran larutan ZnAc/AlCl3/CoAc/PVA adalah 2 μl/menit.

d. Jarak tip (ujung jarum) dengan kolektor 8 cm horisontal.

e. Pelat kolektor yang digunakan berbahan aluminium dengan ketebalan 0,7 mm dengan luas permukaan 5 x 5 cm2.

f. Tegangan tinggi yang diterapkan sebesar ~ 15 kV.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

3

5. Suhu sintering green fibers 500 oC selama 4 jam.

6. Gaya pembebanan dinamis sebesar 0.5 kgf dengan pembebanan tekan-lepas selama 3 detik tiap satu siklus.

1.3. Tujuan Dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini:

1. Mengetahui pengaruh penambahan kobalt dan alumunium pada seng oksida terhadap tegangan dan daya yang dihasilkan oleh nanogenerator

piezoelektrik.

2. Mengetahui pengaruh penambahan kobalt dan alumunium pada seng oksida terhadap karakterisasi morfologi dan kristalinitas serat nano. Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah menghasilkan nanogenerator piezoelektrik AZO-Co3O4.

1.4. Hipotesis

Hipotesis dari penelitian ini adalah diprediksikan bahwa dengan penambahan Al dan Co dapat diperoleh peningkatan unjuk kerja dari nanogenerator

piezoelektrik berbasis ZnO. Diprediksikan terdapat titik optimum dari doping Al dan Co pada nanogenerator piezoelektrik berbasis ZnO.

1.5. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut:

BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, hipotesis serta sistematika penulisan.

BAB II : Studi pustaka, berisi tentang penelitian terdahulu, menjelaskan perkembangan nanogenerator piezoelektrik, serat nano seng oksida

(ZnO) dan penambahan unsur lain (doping). Dasar teori, berkaitan

dengan piezoelektrik, material piezoelektrik, serta elektrospinning.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

4

BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan tempat dan pelaksanaan, peralatan yang digunakan, prosedur penelitian serta diagram alir.

BAB IV : Hasil penelitian dan pembahasan, menjelaskan data hasil pengujian dan pembahasan atau analisa hasil pengujian.

BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

5 BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Terdahulu

Penelitian tentang penggunaan material ZnO menjadi nanowire sebagai nanogenerator telah dilakukan dan mampu menghasilkan tegangan hingga 25 mV

(Wang, Z.L., et al., 2008). Selanjutnya ZnO telah berhasil dengan Aluminium

(Al) berbasis nanorods mampu menghasilkan tegangan hingga 60 mV (Fang,

T.-H. and Kang, S.-T.-H., 2010). Penambahan material lain sebagai doping untuk material ZnO mempunyai banyak tujuan, antara lain penambahan kobalt oksida (Co3O4) bertujuan meningkatkan sifat mekanis sehingga mampu meningkatkan

nilai modulus elastisitas dari 106 MPa menjadi 217 MPa (Kanjwal, M.A., et al.,

2009). Pada sisi lain, penambahan Galium (Ga) dapat diperoleh bentuk serat nano yang berpori (Shmueli, Y., et al., 2012). Sementara itu, penambahan Vanadium

(V) dapat meningkatkan spontanitas polarisasi piezoelektrik pada sistem medan listrik karena ikatan V-O mudah sekali berotasi (Chen, 2010). Bahan doping lain adalah alumunium, dimana dengan penambahan Aluminium (Al) dapat mengurangi ukuran serat nano secara signifikan sebagaimana terlihat pada Gambar 2.1 (Lee, D.Y., et al., 2008).

Gambar 2.1 Hasil pengujian TEM a) ZnO dan b) Serbuk AZO dikalsinasi pada 600 oC (Lee, D.Y., et al., 2008)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

6

Chang merangkum beberapa laporan tentang nanogenerator berbasis

piezoelektrik, dimana belum adanya penggunaan serat nano ZnO sebagai penghasil energi listrik, seperti yang terlihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Rangkuman nanogenerator berbasis piezoelektrik menggunakan

serat nano (Chang, J., et al., 2012)

Beberapa penelitian yang sudah dilakukan terlebih dahulu untuk membuat serat nano ZnO dengan menggunakan teknologi elektrospinning telah memberikan informasi yang cukup mendukung dan mudah dipahami sehingga dapat diterapkan dalam penelitian serta percobaan di lapangan. Tabel 2.2 berikut merupakan rangkuman tentang prosedur pembuatan serat nano ZnO dengan teknologi elektrospinning dari beberapa referensi.

Tabel 2.2 Rangkuman prosedur pembuatan serat nano ZnO menggunakan teknologi elektrospinning

Material

Preparasi Parameter electrospinning Referensi Utama Precursor

ZnAc PVA PVA (10%wt)

dilarutkan dengan H2O, diaduk selama 4

jam pada suhu 65-75

o_{C. Selanjutnya}

ditambah ZnAc (1%wt), diaduk konstan selama 6 jam pada suhu 70 oC

Voltase : 10 kV (Park, 2009) Kolektor : Al

Suhu

kolektor : - Jarak tip : 20 cm Diameter

jarum : -

Sudut

jarum : 25o Flowrate : 1 ml/jam Material Metode Diameter

(nm) Arus puncak

Tegangan puncak

PZT

Multiple 60 - 1,63 V

Single 100 - 0,4 mV

Multiple 50-150 - 0,17 V

PVDF

Multiple 187 4 uA/2 cm2 2,21 V

Single 500-6500 0,5-3 nA 5-30 mV

Multiple 1000-2000 30 nA 0,2mV

Multiple 600 0,3 nA 20 mV

P(VDF-TrFE) Multiple 60-120 - 400 mV

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

7

Material

Preparasi Parameter electrospinning Referensi Utama Precursor

ZnAc PVP 4 gr PVP dicampur dengan 5 gr ZnAc, diaduk selama 3 jam pada suhu 70 oC setelah ditambah 1 ml etanol

Voltase : 7 kV (Park,

2009 ) Kolektor : SiO/Si

Suhu

kolektor : 120o Jarak tip : 5 cm Diameter

jarum : 650 um

Sudut

jarum : -

Flowrate : 0,3 ml/jam ZnAc PVP 0,77 gr PVP dicampur

dengan 13 ml etanol. ZnAc 3 gr diaduk dalam 10 ml H2O dan

dicampur dengan larutan 1,0 ml PVP yang diaduk selama 5 jam

Voltase : 10,3 kV (Baek, J.-H., et al.,

2012) Kolektor : Al _foil(drum)

Suhu

kolektor : - Jarak tip : 15 cm Diameter

jarum : -

Sudut

jarum : -

Flowrate : 16 µl/min

ZnAc PVA PVA (8%wt)

dilarutkan dengan H2O dicampur dengan

ZnAc (PVA:ZnAc = 1:3) diaduk selama 3 jam. Selanjutnya didinginkan pada suhu ruang selama 8 jam (transformasi sol-gel)

Voltase : 19 kV (Sangkha prom, N.,

et al.,

2010) Kolektor : Al foil

Suhu

kolektor : - Jarak tip : 15 cm Diameter

jarum : -

Sudut

jarum : -

Flowrate : -

ZnAc PVA PVA (6%wt)

dilarutkan dengan H2O ditambah dengan

ZnAc

Voltase : 25 kV (Ren, H.,

et al.,

2009) Kolektor : Al foil

Suhu

kolektor : - Jarak tip : 15 cm Diameter

jarum : -

Sudut

jarum : -

Flowrate

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

8

2.2. Dasar Teori

2.2.1. Piezoelektrik

Piezoelektrik adalah suatu material apabila ditekan akan menghasilkan tegangan listrik (Direct Effect) atau sebaliknya (Converse Effect) terlihat pada

Gambar 2.2. Piezoleketrik terjadi karena adanya efek piezo dimana materialnya mempunyai bentuk non-centrosymetric yang terjadi karena kisi-kisi yang terluar

tidak dapat mempertahankan posisi atom yang ditengah, terpolarisasi secara spontan, serta adanya sifat mekanis.

Tegangan yang dihasilkan dapat diketahui dengan melakukan pengukuran secara langsung dengan perubahan waktu (t) dan diberi beban tahanan (RL) pada

saat adanya gaya tekan, seperti terlihat pada Gambar 2.3. Untuk mengukur besar daya (P) pada piezoelektrik sebagai berikut (Chen, X., et al., 2010):

�� = _�∫��

2

�� �� (2.1)

Keterangan :

PL = daya dengan pembebanan (Watt)

T = periode (detik)

Vo = tegangan keluaran (Volt)

t = waktu (detik) RL = beban tahanan (Ω)

Gambar 2.2 Efek Piezoelektrik (Haertling, G.H., 1999)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

9

Gambar 2.3 Model pembebanan nanogenerator PZT (Chen, X., et al., 2010)

2.2.2. Material Piezoelektrik

Suatu material yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut material piezoelektrik (Hananto, et al., 2011). Perubahan yang muncul

akibat terjadinya deformasi mekanik dari bahan piezoelektrik dan menghasilkan polarisasi muatan yang proporsional terhadap deformasi yang terjadi.

Konsep piezoelektrisitas suatu padataan dapat muncul pada kristal yang berjenis non-centrosymetric (Haertling, G.H., 1999). Salah satu material yang

tergolong kategori non-centrosymetric adalah ZnO karena dapat terpolarisasi

secara spontan sebagaimana terlihat pada Gambar 2.4. Efek piezoelektrik pada susunan kristal non-centrosymetric terjadi akibat kisi-kisi terluar tidak dapat

mempertahankan posisi atom pusat (tengah) saat dikenakan gaya eksternal atau medan listrik. Momen dipole terjadi karena ada interaksi dan perubahan jarak antar muatan negatif dan positif, dimana terjadinya pergeseran posisi atom ini dapat diakibatkan oleh gaya eksternal (Haertling, G.H., 1999). Besarnya momen dipole dapat menimbulkan medan listrik (efek piezo).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

10

Beberapa faktor yang mempengaruhi efek piezo adalah ukuran material, bentuk material, jenis material, kristalinitas suatu material, dan sebagainya. Selanjutnya efek piezo dari material ZnO dapat ditingkatkan dengan cara penambahan material doping. Penambahan material kobalt oksida (Co3O4) pada

material ZnO dapat meningkatkan efek piezo. Dengan menggunakan XRD dapat diketahui material ZnO, Co3O4 dan ZnO dengan penambahan Co3O4 sudah

terbentuk, dapat dilihat pada Gambar 2.5. Material kobalt oksida (Co3O4) dapat

meningkatkan sifat mekanis sehingga mampu meningkatkan nilai regangan (Gambar 2.6). ZnAc-CoAc:PVA mempunyai nilai regangan yang besar dibandingkan dengan nilai regangan ZnAc:PVA sehingga harapannya dapat lebih meningkatkan tegangan keluar pada saat diberi beban yang lebih besar (Kanjwal, M.A., et al., 2011).

Gambar 2.4 Struktur kristal ZnO

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

11

Gambar 2.5 Data XRD nanofibers setelah dikalsinasi pada 600 oC selama 1 jam, a) CoAc/PVA, b) CoAc/ZnAc/PVA, dan c) ZnAc/PVA (Kanjwal, M.A., et al.,

2011)

Gambar 2.6 Grafik kondisi tegangan dan regangan (Kanjwal, M.A., et al., 2011)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

12

2.2.3. Elektrospinning

Proses pembuatan partikel nano dapat dilakukan dengan cara menyemprotkan larutan polimer pada plat kolektor dengan dialiri muatan listrik. Proses ini banyak digunakan karena prosesnya yang sederhana untuk menghasilkan serat nano atau membuat fiber halus dari suatu larutan. Elektrospinning menggunakan tiga komponen utama yaitu power supply high voltage, spinneret dan collector.

Larutan polimer yang ada di spinneret mengalir dalam jarum ditembakkan ke

plat kolektor dengan dikenai medan elektrostatik bertegangan tingggi akan keluar berbentuk kerucut. Tetesan yang berbentuk kerucut ini disebut dengan Taylor Cone (Lotus, 2009). Larutan yang keluar dari ujung spinneret akan dipercepat

dan dibentangkan oleh gaya yang ditimbulkan oleh medan elektrostatik sebagaimana terlihat pada Gambar 2.7 dan Gambar 2.8. Ketika terjadi medan listrik yang cukup besar maka tetesan akan terus membentuk Taylor cone dan

kemudian meninggalkan kerucut mendekati elektroda kolektor dan pada kondisi ini semprotan serat mulai tidak stabil.

Gambar 2.7 Mesin Elektrospinning Vertikal (Dong, Z., et al., 2011)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

13

Gambar 2.8 a) Gaya-gaya yang bekerja pada tetesan ujung suntikan; b) Lekukan tidak stabil setelah melewati Taylor cone (Sigmund, W., et al., 2006)

Pada saat larutan meninggalkan kerucut menuju elektroda kolektor terdapat tiga kemungkinan ketidakstabilan, yaitu tetesan yang dibentuk disebut ketidakstabilan Rayleigh, pemekaran struktur yang terjadi disebut ketidakstabilan

asimetris, dan pelekukan serat yang terjadi disebut ketidakstabilan non-asimetris. Pada lekukan terakhir, ketidakstabilan yang terjadi menjadi sangat penting untuk pencapaian akhir yang memiliki peran terhadap proses pengecilan terhadap diameter serat dari ukuran mikrometer sampai nanometer (Sigmund, W., et al.,

2006).

Kualitas partikel serat nano yang dihasilkan dari proses elektrospinning dipengaruhi oleh beberapa parameter, seperti yang terlihat pada Tabel 2.3.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

14

Tabel 2.3 Pengaruh perubahan parameter proses elektrospinning terhadap morfologi serat nano yang dihasilkan (Pham, Q.P., et al., 2006)

No Parameter Pengaruh pada proses dan hasil elektrospinning

1 Viskositas  Viskositas yang rendahmenyebabkan terbentuknya manik-manik dan serat saling menyambung.

 Diameter serat meningkat dengan meningkatnya viskositas.

2 Konduktivitas  Meningkatnya konduktivitas mempengaruhi keseragaman serat. Konduktivitas yang tinggi umumnya menghasilkan ukuran serat lebih kecil.

3 Tegangan permukaan  Belum terdapat hubungan konklusif antara tegangan permukaan _{dengan morfologi serat.} 4 Berat molekul polimer  Meningkatnya massa molar akan mengurangi jumlah manik-_{manik dan tetesan.} 5 Konstanta dielektrik  Keberhasilan spinning disebabkan oleh tingginya konstanta _{dielektrik pada larutan.} 6 Debit larutan

 Debit larutanyang rendah menghasilkan diameter serat yang

lebih kecil.

 Tingginya debit larutan mengakibatkan serat tidak cepat kering

selama jatuh ke kolektor.

7 Tegangan  Hubungan tegangan dengan diameter serat dan terbentuknya _{manik-manik belum terungkap secara pasti.} 8 Jarak tip-kolektor

 Jarak minimum dibutuhkan untuk menghasilkan serat yang

kering agar antar serat tidak menyatu.

 Jarak optimal antara tip dengan kolektor masih belum

terungkapkan.

9 Desain jarum tip 

Menggunakan desain jarum tip secara coaxial yaitu berupa dua lubang kapiler,dapat dihasilkan serat berbentuk tabung.

 Multiple jarum dapat digunakan untuk meningkatkan produksi.

10 Komposisi kolektor

 Serat yang halus dihasilkan dari kolektor jenis metal.

 Serat searah dapat diperoleh dengan menggunakan rangka

konduktif, silinder putar, atau roda seperti kolektor bobbin.

 Pilihan serat juga telah dapat dilakukan dengan desain kolektor

tertentu. 11 Temperatur lingkungan

 Meningkatnya temperatur lingkungan disebabkan oleh

berkurangnya viskositas larutan, sehingga menghasilkan serat yang semakin kecil.

 Meningkatkan kelembaban akan menyebabkan terbentuknya

lubang-lubangpori pada serat.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

15 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Alat dan Bahan Penelitian

Alat dan bahan yang telah digunakan selama penelitian berlangsung adalah sebagai berikut:

1. Pengaduk larutan dan pemanas (suhu maksimum 70 o_C). 2. Mesin elektrospinning.

3. Pelat pemanas suhu maksimum 600 oC.

4. Mesin pembeban dinamis (kapasitas beban 0.5 kgf/siklus). 5. Alat ukur konduktifitas listrik merek Lutron.

6. Perangkat sistem akuisisi data dan pengolahan data:

a. Satu set perangkat keras akusisi data Adam Advantech seri 4018 dan resistor 0,01 MΩ hingga 10 MΩ.

b. Perangkat lunak:

 MOXA-U Port 1100 series config utility (USB driver).

 Adam.NET class library 2003 v7.02.17 dan Advantech Adam Apax.NET utility ver 2.04.04 (interface DAQ).

 Xnumbers seri XN.xlam v.6.0* or XN.xla v.6.0* (Add-In for Excel).

7. Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Seng asetat dihidrat ((CH3COO)2Zn.2H2O).

b. Polivinil alkohol (PVA).

c. Aluminium klorida heksahidrat (AlCl3.6H2O).

d. Kobalt asetat tetrahidrat ((CoCH3OO).4H2O)

e. Akuades (H2O).

f. Pelat aluminium 5 x 5 cm2 _{dengan ketebalan 0,7 mm.}

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

16

3.1 Prosedur Penelitian

Larutan PVA dicampur dengan H2O (1:10%wt) dengan pengadukan pada

suhu 70 °C selama 4 jam dan didiamkan pada suhu ruang selama 8 jam. Kemudian larutan ZnAc:AlCl3 dan ZnAc:CoAc (1:5%wt) diperoleh dengan

menambahkan campuran AlCl3 variasi 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 dan 14%, serta CoAc

dengan variasi penambahan sebesar 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 dan 14% dari berat total yaitu masing-masing 4 g pada 20 g H2O yang diaduk dengan suhu 70 °C selama 1

jam. Setelah itu larutan ZnAc:AlCl3 dan ZnAc:CoAc masing-masing dicampur

dengan PVA (1:4%wt) dan diaduk pada suhu 70 °C selama 8 jam, didiamkan pada suhu ruang selama 24 jam, sehingga dihasilkan 8 larutan bening ZnAc:AlCl3:PVA

dan 8 larutan bening ZnAc:CoAc:PVA yang disiapkan untuk mensintesa serat nano.

Hasil sintesa serat nano menggunakan mesin elektrospinning (Gambar 3.1) dengan sebelumnya larutan bening ZnAc:AlCl3:PVA dan ZnAc:CoAc:PVA

dimasukkan ke dalam 1 ml pompa suntik. Jarum dihubungkan dengan terminal positif dengan jarak 8 cm horisontal terhadap pelat kolektor aluminium yang terhubung dengan terminal negatif dan tegangan tinggi yang digunakan sebesar 15 kV.

Pada saat tegangan tinggi dihidupkan dan larutan mulai didorong keluar dengan laju aliran 2 _μl/menit, larutan akan tertarik oleh medan elektrostatis dan menempel dengan sendirinya pada permukaan pelat kolektor aluminium menjadi

green fibers. Selanjutnya disintering dengan suhu 500 °C selama 4 jam untuk

menghilangkan materi organik seperti PVA, karena diatas suhu 440 °C sudah terdekomposisi seluruhnya dan yang tersisa hanyalah serat nano (Yang, X., et al.,

2004).

Kemampuan piezoelektrik untuk menghasilkan energi diukur dengan membaca perubahan tegangan secara langsung (realtime) dengan penerapan

beban tekan-lepas sebesar 0,5 kgf. Peralatan yang digunakan adalah akuisisi data merek ADAM Advantech seri 4018. Besarnya beban 0,5 kgf dilakukan untuk mewakili kondisi terapan tekanan jari lemah (Choi, D., et al., 2010).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

17

Unjuk kerja piezoelektrik dapat dicari berdasarkan besarnya daya (Watt) yang dihasilkan dengan memberikan variasi beban tahanan (Ω). Peralatan untuk mengakuisisi data perubahan tegangan (Volt) yang dihasilkan oleh masing-masing

nanogenerator piezoelektrik AZO dan ZnO-Co3O4.

Dari masing-masing sampel yang sudah diuji dengan pembebanan yang sama maka diambil hasil daya yang tertinggi, lalu dengan cara yang sama mulai dari pencampuran larutan ZnAc-AlCl3 dan ZnAc-CoAc dengan variasi ZnAc-AlCl3:

ZnAc-CoAc = 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 dan 0:100(%) dari jumlah total persentasi Al:Co sehingga dihasilkan 5 larutan bening ZnAc-AlCl3-CoAc:PVA

lalu diteruskan ke proses elektrospinning sampai tahap pengujian dengan pembebanan 0,5 kgf, selain itu juga pengujian karakterisasi morfologi dan kristalinitas serat nano diperoleh dengan pengujian SEM dan XRD. Tahap-tahap penelitian tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.1 Mesin elektrospinning horisontal Motor untuk

pompa suntik

Kutub positif

Kutub negatif

Pelat kolektor aluminium

Generator tegangan tinggi DC (15 kV) Kendali untuk

pompa suntik

Pompa suntik (1 ml)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

18

3.2. Diagram Alir Penelitian

Larutan ZnAc/AlCl3:H2O

4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 14%

Larutan PVA:H2O

1;10 Larutan ZnAc/AlCl3:PVA

1:4 Elektrospinning: - Tip-kolektro = 8 cm - Pompa suntik = 1 ml - Tegangan = 15 kV

- Plat kolektor = alumunium - Laju aliran = 2 μl/menit

Green Fibers ZnAc/AlCl3:PVA

Sintering 500 oC selama 4 jam

Nanofibers AZO

Pengujian unjuk kerja Piezoelektrik Pembebanan 0,5 kgf Hasil daya maksimum

(Prosentasi AlCl3)

Larutan ZnAc/CoAc:H2O

4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 14%

Larutan PVA:H2O

1;10 Larutan ZnAc/CoAc:PVA

1:4 Elektrospinning: - Tip-kolektro = 8 cm - Pompa suntik = 1 ml - Tegangan = 15 kV

- Plat kolektor = alumunium - Laju aliran = 2 μl/menit

Green Fibers ZnAc/CoAc:PVA

Sintering 500 oC selama 4 jam

Nanofibers ZnO-Co3O4

Pengujian unjuk kerja Piezoelektrik Pembebanan 0,5 kgf Hasil daya maksimum

(Prosentasi CoAc)

Elektrospinning: - Tip-kolektro = 8 cm - Pompa suntik = 1 ml - Tegangan = 15 kV

- Plat kolektor = alumunium - Laju aliran = 2 μl/menit

Green Fibers ZnAc/AlCl3/CoAc:PVA

Sintering 500 oC selama 4 jam

Nanofibers AZO-Co3O4

Pengujian unjuk kerja Piezoelektrik Pembebanan 0,5 kgf

Karakterisasi SEM, XRD Hasil akhir penelitian

Larutan ZnAc/AlCl3/CoAc/PVA

(Beberapa variasi)

Gambar 3.2 Diagram alir penelitian

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

19

3.3. Analisis Data

Analisa data dilakukan untuk mempelajari pengaruh penambahan kobalt asetat dan alumunium pada serat nano ZnO terhadap unjuk kerja tegangan dan daya yang dihasilkan material nanogenerator pieozoelektrik AZO-Co3O4 dengan

pemberian beban tekan-lepas.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

20 BAB IV

HASIL DAN ANALISIS

4.1. Pengujian XRD

Pengujian XRD dilakukan untuk mengetahui ukuran kristal pada setiap material nanogenerator dengan penambahan aluminium dan kobal. Besarnya perbandingan massa AlCl3:(AlCl3+ZnAc) divariasikan dari 0%-14%. Demikian

juga besarnya perbandingan massa CoAc:(CoAc+ZnAc) divariasikan dari 0%-14%.

Pola difraksi sinar-X pada material ZnO yang didoping Al, Co, dan Al-Co dapat dilihat pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, dan Gambar 4.3. Kesemua material yang diuji menunjukkan pola difraksi yang mirip dimana memiliki puncak tertinggi pada daerah sekitar 2θ = 35,7°-36,2° yang merupakan puncak khas dari kristal ZnO bidang (101). Adanya pergeseran sudut 2Ө dari puncak difraksi dapat menjadi indikasi adanya ketidakmurnian kristal ZnO yang disebabkan oleh doping. Sehingga pendopingan AlCl3 maupun CoAc pada ZnO menghasilkan

pola-pola difraksi yang sesuai dengan struktur zincite (ZnO, spacegroup P63mc (186), JC-PDF no. 36-1451).

Gambar 4.1. Pola difraksi sinar-X pada material Al-ZnO

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

21

Pada pendopingan AlCl3 mulai dari 4%, puncak baru pada sudut 2Ө sebesar

45° yang menunjukkan munculnya Al clusters sebagaimana dapat dilihat pada

Gambar 4.1. Semakin tinggi konsentrasi AlCl3 yang didopingkan hingga 12%,

semakin tinggi intensitas yang relatif lebih kuat. Pendopingan AlCl3 4%, 8%, 9%,

10% dan 11% terjadi peningkatan intensitas puncak material ZnO berbeda dengan pada pendopingan 6% dan 12% terjadi peningkatan yang signifikan. Pada konsentrasi pendopingan AlCl3 sebesar 14%, proses kristalisasi justru terhambat

serta hampir tidak adanya puncak difraksi material ZnO.

Gambar 4.2. Pola difraksi sinar-X pada material Co-ZnO

Pada pendopingan CoAc, puncak baru di luar puncak difraksi ZnO tidak muncul sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.2. Hal ini menunjukkan bahwa tidak adanya impurity dan Co clusters di dalam ZnO. Hasil yang sama juga

ditunjukkan oleh penelitian sebelumnya (Nirmala, M. and Anukaliani, A., 2011). Pada konsentrasi pendopingan CoAc sebesar 14%, proses kristalisasi juga terhambat. Karena perbedaan jari-jari atom Co (0.58 Å) dan Al (0.60 Å) adalah kecil, maka perubahan parameter sel ZnO akibat pendopingan Co juga kecil yang ditandai oleh sedikitnya pergeseran sudut puncak difraksi. Namun karena ukuran atom Al yang sedikit lebih besar dibandingkan dengan ukuran atom Co, menyebabkan terbentuknya fasa baru terjadi pada saat pendopingan ZnO dengan AlCl3.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

22 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000

10 20 30 40 50 60 70 80 90

In te n sity ( ar b . u n its) 2Ө (°)

Al 0% - Co 100% Al 25% - Co 75% Al 50% - Co 50% Al 75% - Co 25% Al 100% - Co 0%

ZnO

Difraksi sinar-X pada material ZnO yg dilakukan Co-doping AlCl3 dan CoAc

ditunjukkan pada Gambar 4.3. Terlihat bahwa pola difraksi yang dihasilkan mempunyai kemiripan dimana memiliki puncak tertinggi pada daerah sekitar 2θ = 35,7°-36,2° yang merupakan puncak khas dari kristal ZnO (spacegroup P63mc (186), JC-PDF no. 36-1451) pada bidang (101). Pada Co-doping Al-Co, puncak

baru yang dihasilkan diakibatkan oleh terbentuknya Al clusters dan bukan Co clusters.

Gambar 4.3. Pola difraksi sinar-X pada material Al-Co-ZnO

Selanjutnya nilai kristalinitas ZnO pada puncak tertinggi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

Kristalinitas = − u pu_u i_{u pu}i p _i i _i � % (4.1) Sementara itu, ukuran nanokristal ZnO dihitung dengan menggunakan persamaan Debye-Scherrer pada puncak tertinggi bidang (101), yang dirumuskan (Pongwan, P., et al., 2012):

� = _{�.�� �}�� (4.2)

Dimana , D = ukuran Kristal (nm)

� = panjang gelombang radiasi-X (CuKα = 0,15406 nm) K = konstanta yang dianggap 0,9

θ = sudut difraksi (o)

B = lebar garis setengah puncak tertinggi (rad)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

23

23

Tabel 4.1. Nilai diameter krisal dan kristalinitas dari semikonduktor

No Semikonduktor Diameter Kristal (nm) Kristalinitas (%) 1

Al-ZnO =

AlCl3/(AlCl3+ZnAc)

4% _{24 68.1}

2 6% _{41 72.6}

3 8% _{27 74.4}

4 9% _{41 74.9}

5 10% _{42 83.7}

6 11% _{42 79.7}

7 12% _{83 78.8}

8 14% _{32 78.9}

9

Co-ZnO =

CoAc/(CoAc+ZnAc)

4% _{24 70.9}

10 6% _{21 71.9}

11 8% 20 68.6

12 9% _{28 76.2}

13 10% _{25 70.2}

14 11% _{32 80.6}

15 12% _{21 69.3}

16 14% _{19 67.5}

17

Al-ZnO pada 10% : Co-ZnO pada 11%

100:0 _{42 83.7}

18 75:25 _{36 72.5}

19 50:50 32 69,2

20 25:75 _{25 65.1}

21 0:100 _{32 80.6}

Tabel 4.1 menunjukkan bahwa doping AlCl3 menyebabkan peningkatan

ukuran kristal dan dapat menjadi tanda bahwa atom Al masuk ke dalam kisi kristal ZnO. Diameter kristal tertinggi diperoleh pada saat pendopingan AlCl3 sebesar

12%. Sebaliknya, diameter kristal ZnO tidak banyak dipengaruhi oleh doping CoAc. Diameter kristal ZnO akibat pendopingan AlCl3 masih lebih besar

dibandingkan diameter kristal ZnO akibat pendopingan CoAc. Demikian juga, pada rasio CoAc:AlCl3 yang lebih tinggi menghasilkan diameter kristal yang lebih

besar. Pada saat pendopingan dengan CoAc, atom Co dapat menggantikan Zn (Feng, Z.S., et al., 2009). Selanjutnya, diameter kristal ZnO yang dihasilkan

berkisar antara 19-83 nm. Pada jumlah pendopingan AlCl3 dan CoAc yang lebih

besar dari 12%, diameter kristal justru menurun drastis yang disebabkan oleh lebih banyak inti yang terbentuk selama proses kristalisasi (Lee, D.Y., et al.,

2008).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

24 Meningkatnya diameter kristal juga dapat diindikasikan oleh peningkatan kristalinitas dari semikonduktor ZnO (Benramache, S., et al., 2013) sebagaimana

dapat dilihat pada Tabel 4.1. Kristalinitas tertinggi pada Al-ZnO dan Co-ZnO

adalah 83.7% dan 80.6% yang terjadi pada masing-masing rasio 10% dan 11%, dimana meningkatnya nilai kristalinitas menyebabkan tingginya tegangan dan daya yang dihasilkan nanogenerator piezoelektrik.

4.2. Pengujian SEM

Pengujian SEM dilakukan pada pembesaran 50.000 X baik untuk material ZnO yang didoping AlCl3, CoAc atau Co-doping. Foto SEM material ZnO yang

didoping AlCl3 dapat dilihat pada Gambar 4.4 dimana semakin besar doping Al

semakin mengecil serat nano yang dihasilkan, sedangkan ZnO didoping CoAc terlihat pada Gambar 4.5, mengalami penurunan ukuran serat yang tidak signifikan.

Sementara itu, Tabel 4.2 menunjukkan diameter serat dari ZnO yang didoping AlCl3 dan CoAc. Diameter serat semakin kecil seiring dengan penambahan

jumlah doping. Tidak seperti serat hasil pendopingan CoAc, pada pendopingan dengan AlCl3, serat yang terbentuk beberapa masih saling bergabung. Selain itu,

pada pendopingan dengan CoAc, serat yang dihasilkan lebih banyak menyerupai bentuk jarum.

Ukuran serat ZnO pada saat pendopingan AlCl3 dan CoAc berkisar dari 56-88

nm dan 65-100 nm. Diameter serat hasil pendopingan CoAc lebih besar dibandingkan diameter serat hasil pendopingan AlCl3. Hal ini disebabkan pada

saat proses elektrospinning, larutan yang mengandung AlCl3 mempunyai

konduktivitas listrik yang lebih tinggi dibandingkan yang dimiliki larutan CoAc. Gelembung larutan dengan konduktivitas listrik tinggi yang keluar dari syringe pump lebih mudah ditarik oleh medan elektrostatik, sehingga ukuran dari serat

yang dihasilkan lebih kecil.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

25

Gambar 4.4. Foto SEM material Al-ZnO: (a) 4% Al, (b) 6% Al, (c) 8% Al, (d) 9% Al, (e) 10% Al, (f) 11% Al, (g) 12% Al dan (h) 14% Al

g

h

f

e

d

c

b

a

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

26

Gambar 4.5. Foto SEM material Co-ZnO: (a) 4% Co, (b) 6% Co, (c) 8% Co, (d) 9% Co, (e) 10% Co, (f) 11% Co, (g) 12% Co dan (h) 14% Co

h

b

g

f

e

d

c

b

a

h

b

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

27 Tabel 4.2. Diameter serat nano ZnO dengan pendopingan AlCl3 dan CoAc

Jenis Doping Diamter serat Rasio jumlah doping (%)

4 6 8 9 10 11 12 14

AlCl3

Maksimum (nm) 138 135 129 118 110 101 96 91 Minimum (nm) 58 53 51 49 47 43 37 31 Rata-rata (nm) 88 80 76 73 69 66 61 56 CoAc

Maksimum (nm) 141 134 121 116 111 107 92 101 Minimum (nm) 68 59 50 47 44 45 41 39 Rata-rata (nm) 100 87 79 74 72 71 69 65

Gambar 4.6. Foto SEM material Co-ZnO (Pembesaran 50.000 X): (a) 75% Al-25% Co, (b) 50% Al-50% Co dan (c) Al-25% Al-Co 75%

Tabel 4.3. Diameter serat nano ZnO dengan penambahan Al-Co Ukuran diamter

serat

Variasi Co-doping Aluminium dan Kobalt 100% AlCl3

0% CoAc

75% AlCl3

25% CoAc

50% AlCl3

50% CoAc

25% AlCl3

75% CoAc

0% AlCl3

100% CoAc

Maksimum (nm) 110 108 101 128 107

Minimum (nm) 47 48 35 47 45

Rata-rata (nm) 69 80 78 96 71

Tabel 4.3 dan Gambar 4.6 masing-masingnya menunjukkan distribusi ukuran serat dan foto SEM dari serat nano ZnO yang dilakukan Co-doping AlCl3:CoAc.

Pada saat dilakukan Co-doping, serat yang terbentuk lebih besar dibandingkan

serat yang dilakukan doping sendiri-sendiri. Pada pendopingan bersama 75% AlCl3:25% CoAc dan pendopingan 25% AlCl3:75% CoAc beberapa serat yang

dihasilkan saling menyatu. Sedangkan pada pendopingan 50% AlCl3:50% CoAc

serat yang dihasilkan hampir semuanya dapat saling terpisah.

a

b

c

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

28 4.3. Pengujian Unjuk Kerja Nanogenerator Piezoelektrik

Pengujian unjuk kerja nanogenerator (NG) dilakukan dengan penerapan

beban tekan-lepas sebesar 0,5 kg setiap 3 detik per siklus. Pengujian dilakukan dengan pengamatan terhadap perubahan tegangan keluaran (mV) dan daya keluaran (nW) dengan beberapa hambatan (MΩ). Hasil pengujian unjuk kerja NG piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO disajikan pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8. Besarnya daya dan tegangan maksimum yang dihasilkan NG piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Material piezo adalah material yang jika diberi beban dapat mengeluarkan listrik. Pada saat pembebanan kontinu sebesar 0,5 kg, tegangan yang dikeluarkan oleh serat Al-ZnO dan Co-ZnO tergantung dari beban tahanan yang diberikan. Pada pembebanan 0 M sampai 1 M terjadi peningkatan tegangan dan daya, tetapi setelah 1 M besarnya tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing NG hanya mengalami peningkatan yang kecil. Dimana tegangan yang dihasilkan NG Al-ZnO setelah pembebanan 1 M lebih stabil daripada NG Co-ZnO yang tidak stabil. Daya yang dihasilkan setelah pemebebanan 1 M terjadi penurunan yang sangat signifikan.

Terlihat juga bahwa baik doping Al maupun Co dapat meningkatkan tegangan yang dihasilkan jika dibandingkan dengan NG berbasis ZnO tanpa doping. Pada pendopingan AlCl3 sekitar 10%, tegangan yang dihasilkan

meningkat hampir empat kalinya dibandingkan yang dihasilkan oleh NG ZnO tanpa doping. Sedangkan pada pendopingan CoAc sekitar 11%, tegangan yang dihasilkan meningkat hampir 4,9 kalinya dibandingkan yang dihasilkan oleh NG ZnO tanpa doping. Tegangan keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO yang didoping AlCl3 dan CoAc adalah 254 mV dan 315 mV. Dibanding dengan

penelitian sebelumnya Choi, D., et al., 2010 menggunakan piezoelektrik lapisan

tipis ZnO yang mampu menghasilkan tegangan kurang dari 20 mV pada pembebanan kurang dari 0,4 kg dan kurang dari 60 mV pada pembebanan antara 0,4 kg sampai 1 kg, (Choi, D., et al., 2010) maka piezoelektrik serat nano ZnO ini

mampu menghasilkan tegangan keluaran yang lebih baik.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

29 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0 2 4 6 8 10

D

aya

(

n

W)

Hambatan (M)

4% 6% 8% 9% 10%

11% 12% 14% ZnO

0 50 100 150 200 250

0 2 4 6 8 10

T egan gan ( m V )

Hambatan (M)

Selain itu, peningkatan daya keluaran yang dihasilkan NG berbasis ZnO dengan doping CoAc hampir 10,6 kali dan lebih besar dibandingkan peningkatan daya keluaran yang dihasilkan NG berbasis ZnO dengan doping AlCl3 yaitu

sebesar 9,1 kali. Besarnya daya keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO dengan doping 10% AlCl3 dan 11% CoAc adalah 125,9 nW dan 145,6 nW

sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.8, Gambar 4.9, dan Tabel 4.4. Nilai daya keluaran maksimum ini setara dengan kerapatan daya 125,9 nW/cm2 dan 145,6 nW/cm2.

Gambar 4.2. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Al-ZnO Tabel 4.4. Daya dan tegangan maksimum yang dihasilkan oleh nanogenerator

piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO

Doping Unjuk Kerja Prosentasi doping (%)

0 4 6 8 9 10 11 12 14

AlCl3 Voc (mV)

64,2 204,3 222,8 242,4 251,9 254,4 193,4 159,1 101,5

Daya (nW) 13,9 39,8 53,2 101,6 120,3 125,9 104,4 102,4 45,6

CoAc Voc (mV) 64,2 208,7 226,5 278,9 292,8 312,9 315,4 209,4 202,6

Daya (nW) 13,9 83,8 113,4 127,4 137,0 143,4 145,6 92,1 64,4

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

30

Gambar 4.3. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Co-ZnO

Gambar 4.4. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Al-Co-ZnO

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

31

Tabel 4.5. Daya dan tegangan maksimum pada NG piezoelektrik Al-Co-ZnO

Unjuk Kerja

Variasi Co-doping Al 100%

Co 0%

Al 75% Co 25%

Al 50% Co 50%

Al 25% Co 75%

Al 0% Co 100%

Tegangan (Voc) 254,4 318,7 341,9 352,3 315,4

Daya (nW) 125,9 150,5 155,0 169,7 145,6

Tegangan (Voc) dan daya rata-rata keluaran tertingi terdapat pada variasi Co-doping aluminium 25% dan kobalt 75%, tegangan sebesar 352,3 mV dan daya

tertinggi pada semua hambatan 0,1 MΩ yaitu sebesar 169,7 nW, terlihat pada Tabel 4.5. Perlakuan Co-doping mampu meningkatkan daya NG sekitar 1,13-1,15

kali dibandingkan yang dimiliki NG yang didoping Al atau Co sendiri-sendiri. Selain menyebabkan ukuran kristal yang kecil, doping Co juga dimaksudkan untuk meningkatkan sifat elastisitas dari material (Kanjwal, M.A., et al., 2011).

Nilai daya keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO yang di Co-doping

dengan 25% AlCl3:75% CoAc ini setara dengan kerapatan daya 169,7 nW/cm2.

Hasil ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya, yaitu 38.8 nW/cm² (Sholahuddin, I., 2013) dan 51.7 nW/cm2 (Suyitno, et al.,

2014).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

32 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Perlakuan Co-doping mampu meningkatkan daya nanogenerator (NG) sekitar

1,13-1,15 kali dibandingkan yang dimiliki NG yang didoping Al atau Co sendiri-sendiri.

2. Nilai daya keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO yang di Co-doping

dengan perbandingan 25% AlCl3 (10%):75% CoAc (11%) ini setara dengan

kerapatan daya 169,7 nW/cm2.

3. ZnO yang dihasilkan dengan elektrospining dan dilakukan pendopingan AlCl3

dan CoAc adalah sesuai dengan JC-PDF no. 36-1451. Ukuran kristal dari ZnO yang didoping Al lebih besar dibandingkan dengan ukuran kristal dari ZnO yang didoping dengan Co. Sedangkan ukuran fiber dari ZnO yang didoping Al relatif lebih kecil dibandingkan dengan ukuran fiber ZnO yang didoping Co. 4. Nilai kristalinitas terbesar doping AlCl3 dan CoAc adalah 83,7% dan 80,6%

pada doping 10% dan 11%. 5.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan penulis menyarankan perlunya diperbaiki morfologi dari serat dengan cara membuat kolektor berputar atau mencari parameter aliran dari larutan dalam syringe pump yang tepat agar

keseragaman serat yang dihasilkan lebih maksimal.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

33 Daftar Pustaka

Baek, J.-H., Park, J., Kang, J., Kim, D., Koh, S.-W., and Kang, Y.-C., 2012,

Fabrication and Thermal Oxidation of ZnO Nanofibers Prepared Via Electrospinning Technique, 33 pp. 2694-2698.

Benramache, S., Benhaoua, B., and Bentrah, H., 2013, Preparation of Transparent, Conductive ZnO:Co and ZnO:In Thin Films by Ultrasonic Spray Method, Journal of Nanostructure in Chemistry, Vol. 3 (54), pp. 1-7.

Chang, J., Dommer, M., Chang, C., and Lin, L., 2012, Piezoelectric Nanofibers for Energy Scavenging Applications, Nano Energy, Vol. 1 pp. 356-371.

Chen, X., Xu, S., Yao, N., and Shi, Y., 2010, 1.6 V Nanogenerator for Mechanical Energy Harvesting Using PZT Nanofibers, Nano Letters, Vol.

10 pp. 2133–2137.

Choi, D., Lee, K.Y., Lee, K.H., Kim, E.S., Kim, T.S., Lee, S.Y., et al., 2010, Piezoelectric Touch-Sensitive Flexible Hybrid Energy Harvesting Nanoarchitectures, Nanotechnology, Vol. 21 (40), pp. 405503.

Dong, Z., Kennedy, S.J., and Wu, Y., 2011, Review Electrospinning Materials for Energy-Related Applications and Devices, Journal of Power Sources, Vol.

pp. 4886-4904.

Fang, T.-H., and Kang, S.-H., 2010, Physical Properties of ZnO:Al Nanorods for Piezoelectric Nanogenerator Application, Current Nanoscience, Vol. 6, pp

1-7.

Feng, Z.S., Hong, Y.C., Qi, L., Qi, S.F., Guo, W.J., and Hou, W.G., 2009,

Cluster-Assembled Cobalt Doped ZnO Nanostructured Film Prepared by Low Energy Cluster Beam Deposition, Trans. Nonferrous Met. Soc. China,

Vol. 19 (2009), pp. 1450-1453.

Haertling, G.H., 1999, Ferroelectric Ceramics: History and Technology, pp.

797-818.

Hananto, Santoso, and Julius, 2011, Application of Piezoelectric Material Film PVDF (Polyvinylidene Flouride) as Liquid Viscosity Sensor, Jurnal

Neutrino, Vol. 3 (2).

He, J.-H., Liu, Y., Mo, L.-F., Wan, Y.-Q., and Xu, L., 2008, Electrospun Nanofibres and Their Applications.

Kanjwal, M.A., Sheikh, F.A., and Barakat. N.A.M, 2011, Co3O4-ZnO Nanofiber

Their Properties, Journal Nanoenginering and Nanomanufacturing, Vol. 1

pp. 196-202.

Lee, D.Y., Cho, J.E., Cho, N.I., Lee, M.H., Lee, S.J., and Kim, B.Y., 2008,

Characterization of Electrospun Aluminium-Doped Zinc Oxide Nanofibers, Thin Solid Film, Vol. 517 pp. 1262-1267.

Nirmala, M., and Anukaliani, A., 2011, Characterization of Undoped and Codoped ZnO Nanoparticles Synthesized by DC Thermal Plasma Method,

Physica B: Condensed Matter Vol. 406 pp. 911_–915.

Pham, Q.P., Sharma, U., and Mikos, A.G., 2006, Electrospinning of Polymeric Nanofibers for Tissue Engineering Applications: A Review, Tissue

Engineering, Vol. 12 (5), pp. 1197-1211.

Pongwan, P., Inceesungvorn, B., and Wetchakun, K., 2012, Highly Efficient Visible-Light-Induced Photocatalytic Activity of Fe-Doped TiO2

Nanoparticles Engineering Journal, Vol. 16 (3), pp. 143-151.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

34

Ren, H., Ding, Y., Jiang, Y., Xu, F., Long, Z., and Zhang, P., 2009, Synthesis and Properties of ZnO Nanofibers Prepared by Electrospinning, Journal of

Sol-Gel Science and Technology, Vol. 52 (2), pp. 287-290.

Sangkhaprom, N., Supaphol, P., and Pavarajarn, V., 2010, Fibrous Zinc Oxide Prepared by Combined Electrospinning and Solvothermal Techniques,

Ceramics International, Vol. 36 (1), pp. 357-363.

Shmueli, Y., Shter, G.E., Assad, O., and Haick, H., 2012, Structural and Electrical Properties of Single Ga/ZnO Nanofibers Synthesized by Electrospinning, 27.

Sholahuddin, I., 2013, Fabrikasi Nanogenerator Zno Dan Azo Berbasis Serat Nano Dengan Metode Elektrospinning.

Sigmund, W., Yuh, J., Park, H., Maneeratana, V., Pyrgiotakis, G., Daga, A., et al.,

2006, Processing and Structure Relationships in Electrospinning of Ceramic Fiber Systems, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 89 (2), pp. 395–407.

Suyitno, Purwanto, A., Hidayat, R.L.L.G., Sholahudin, I., Yusuf, M., Huda, S., et al., 2014, Fabrication and Characterization of Zinc Oxide-Based Electrospun Nanofibers for Mechanical Energy Harvesting, Journal of

Nanotechnology in Engineering and Medicine, Vol. 5 (1).

Wang, Z.L., Wang, X., Song, J., Liu, J., and Gao, Y., 2008, Piezoelectric Nanogenerators for Self-Powered Nanodevices, Vol 7.

Yang, X., Shao, C., Guan, H., Li, X., and Gong, J., 2004, Preparation and Characterization of ZnO Nanofibers by Using Electrospun PVA/Zinc Acetate Composite Fiber as Precursor, Inorganic Chemistry

Communications, Vol. 7 pp. 176-178.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

35

Lampiran A. Data pendukung pengujian unjuk kerja A1. Tegangan dan daya NG ZnO doping Al

Pengukuran Unjuk Kerja

Hambatan

(MΩ)

Doping (%)

4 6 8 9 10 11 12 14

Tegangan (mV)

0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,001 1,33 1,85 3,33 3,63 4,35 3,24 2,63 0,80 0,005 3,57 4,72 8,91 9,43 10,33 9,04 8,22 6,22 0,01 16,26 19,49 25,78 29,65 32,26 28,22 28,22 16,22 0,05 36,65 46,96 63,80 72,63 74,83 65,26 67,33 39,65

0,1 62,63 73,31 101,78 110,74 113,33 103,22 102,22 68,22

0,5 68,70 83,59 113,61 121,87 125,61 129,52 111,65 82,65

1 81,67 96,13 141,21 146,20 151,11 142,41 116,61 90,07

2 88,80 96,83 146,53 152,78 157,37 147,09 119,89 91,83

3 85,76 99,52 148,34 153,38 159,67 150,74 121,63 92,63

4 88,15 101,40 151,55 159,33 160,02 152,74 122,09 94,09

5 87,35 102,06 152,85 159,98 164,76 148,78 128,96 94,52

6 89,37 105,81 154,19 160,93 166,09 158,76 127,83 95,83

7 92,59 105,98 154,79 161,28 166,28 170,78 128,39 97,39

8 92,78 108,33 155,02 161,93 167,15 163,98 129,57 96,26

9 94,52 108,61 155,59 162,07 168,41 161,98 130,61 99,89

10 99,89 110,21 156,96 162,91 169,80 159,93 131,96 99,48

Daya (nW)

0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,001 2,04 3,57 11,39 13,61 19,31 11,52 7,35 0,80 0,005 2,60 4,40 15,54 17,34 20,94 16,36 13,20 7,57 0,01 26,92 38,08 65,61 91,53 104,25 78,37 78,37 26,03 0,05 28,25 47,48 80,88 104,03 109,98 83,85 89,71 30,85 0,1 39,80 53,19 101,56 120,30 125,96 104,38 102,37 45,63

0,5 9,31 13,86 25,00 29,06 30,85 32,82 24,40 13,37

1 6,65 9,29 19,60 21,37 22,37 19,92 13,34 7,95

2 3,86 4,71 10,51 11,41 12,16 10,57 7,04 4,13

3 2,40 3,12 7,20 7,94 8,26 7,42 4,82 2,79

4 1,90 2,59 5,71 6,30 6,52 5,71 3,64 2,16

5 1,47 2,08 4,64 5,16 5,32 4,34 3,26 1,75

6 1,32 1,85 3,99 4,23 4,55 4,12 2,66 1,50

7 1,21 1,55 3,32 3,68 3,85 4,08 2,30 1,33

8 1,06 1,44 3,07 3,29 3,41 3,29 2,07 1,13

9 0,99 1,29 2,71 2,96 3,16 2,85 1,89 1,08

10 0,99 1,21 2,45 2,90 2,97 2,51 1,71 0,97

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

36

A2. Tegangan dan daya NG ZnO doping Co

Pengukuran Unjuk Kerja

Hambatan

(MΩ)

Doping (%)

4 6 8 9 10 11 12 14

Tegangan (mV)

0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,001 1,59 2,46 4,59 5,57 6,15 6,20 1,07 0,48 0,005 5,80 7,26 12,41 13,43 14,85 14,74 7,09 5,89 0,01 14,07 17,22 19,89 20,96 21,48 21,63 13,04 11,87 0,05 34,89 45,72 56,87 60,15 64,41 62,96 52,20 49,37

0,1 90,35 107,26 113,35 117,59 118,78 122,04 97,04 81,02

0,5 129,17 146,04 149,30 152,78 152,41 154,61 148,39 149,04

1 157,61 167,70 170,35 171,30 172,61 173,09 165,85 157,39

2 186,72 191,26 191,98 179,54 185,35 193,17 167,61 164,87

3 183,83 193,52 201,48 207,48 217,13 212,20 183,80 175,61

4 186,11 195,07 198,91 201,91 205,96 211,91 182,28 171,39

5 181,30 194,98 198,28 200,33 199,93 210,54 180,98 172,93

6 182,46 195,48 187,74 191,72 191,70 208,00 181,78 177,02

7 178,20 194,07 199,11 204,11 207,09 205,07 187,09 186,78

8 178,57 192,72 202,37 205,24 214,37 221,57 195,91 190,09

9 174,54 192,28 199,39 204,39 206,91 212,91 199,76 193,09

10 189,93 205,30 214,11 218,91 220,57 213,39 201,91 198,09

Daya (nW)

0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,001 2,77 7,11 21,02 30,52 40,77 37,59 1,17 0,46 0,005 7,33 10,85 30,14 35,96 43,95 42,98 9,81 6,95 0,01 20,51 29,95 39,69 43,17 46,24 46,08 16,91 13,88 0,05 24,58 41,45 63,26 70,91 83,17 77,68 53,35 48,09 0,1 83,82 113,36 127,36 137,01 143,44 145,63 92,09 64,37

0,5 33,04 42,01 43,56 45,69 46,27 46,89 43,03 43,45

1 24,28 27,51 28,46 28,79 29,22 29,39 26,92 24,20

2 17,05 17,92 18,03 16,12 16,82 18,20 13,74 13,30

3 11,03 12,23 13,30 14,10 15,40 14,86 11,01 10,05

4 8,49 9,31 9,68 9,97 10,47 11,18 8,12 7,18

5 6,46 7,45 7,70 7,86 8,04 8,67 6,41 5,85

6 5,41 6,23 5,76 6,01 6,09 7,07 5,39 5,11

7 4,43 5,25 5,55 5,83 6,13 5,89 4,89 4,88

8 3,91 4,54 4,99 5,14 5,67 6,01 4,70 4,41

9 3,36 4,06 4,34 4,56 4,74 5,00 4,35 4,05

10 3,58 4,16 4,51 4,75 4,88 4,47 4,07 3,84

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

37

A3. Tegangan dan daya NG ZnO doping Al dan Co

Pengukuran Unjuk Kerja

Hambatan

(MΩ) Al 100:Co 0 Al 75:Co 25 Al 50:Co 50 Al 25:Co 75 Al 0:Co 100 Co-doping (%)

Tegangan (mV)

0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,001 4,35 6,41 6,65 7,02 6,20

0,005 10,33 16,46 18,20 19,52 14,74

0,01 32,26 23,33 25,65 27,20 21,63

0,05 74,83 63,37 66,17 64,28 62,96

0,1 113,33 123,96 125,91 131,46 122,04

0,5 125,61 156,43 159,89 179,02 154,61

1 151,11 186,85 206,54 224,93 173,09

2 157,37 207,37 218,83 235,15 193,17

3 159,67 216,41 232,52 238,09 212,20

4 160,02 220,11 235,11 239,98 211,91

5 164,76 222,11 234,85 241,02 210,54

6 166,09 227,85 235,96 236,46 208,00

7 166,28 228,98 235,63 240,65 205,07

8 167,15 230,11 233,74 242,57 221,57

9 168,41 235,72 234,46 241,17 212,91

10 169,80 229,54 237,24 249,33 213,39

Daya (nW)

0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,001 19,31 40,26 45,29 49,62 37,59

0,005 20,94 53,15 64,40 75,26 42,98

0,01 104,25 53,19 64,13 74,00 46,08

0,05 109,98 79,65 85,87 80,57 77,68

0,1 125,96 150,47 154,97 169,66 145,63

0,5 30,85 48,17 50,03 63,75 46,89

1 22,37 34,23 41,56 49,52 29,39

2 12,16 20,98 23,40 27,06 18,20

3 8,26 15,25 17,64 18,53 14,86

4 6,52 11,84 13,51 14,11 11,18

5 5,32 9,64 10,78 11,39 8,67

6 4,55 8,45 9,08 9,10 7,07

7 3,85 7,32 7,77 8,08 5,89

8 3,41 6,48 6,68 7,20 6,01

9 3,16 6,04 5,99 6,42 5,00

10 2,97 5,15 5,50 6,10 4,47

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

33 Lampiran B. Foto SEM material ZnO dengan pembesaran 50.000 X B1. Foto SEM (a) ZnO doping 4% Al dan (b) ZnO doping 6% Al

Al 4% Al 6%

Ø47 nm

39

B2. Foto SEM (a) ZnO doping 8% Al dan (b) ZnO doping 9% Al

Ø129 nm

40

B3. Foto SEM (a) ZnO doping 10% Al dan (b) ZnO doping 11% Al

41

B4. Foto SEM (a) ZnO doping 12% Al dan (b) ZnO doping 14% Al

42

B5. Foto SEM (a) ZnO doping 4% Co dan (b) ZnO doping 6% Co

43

B6. Foto SEM (a) ZnO doping 8% Co dan (b) ZnO doping 9% Co

Ø47 nm

44

B7. Foto SEM (a) ZnO doping 10% Co dan (b) ZnO doping 11% Co

45

B8. Foto SEM (a) ZnO doping 12% Co dan (b) ZnO doping 14% Co

Ø101 nm

46

B9. Foto SEM (a) ZnO Co-doping Al 75%:Co 25%, dan (b) ZnO Co-doping Al 25%:Co 75%

Ø47 nm Ø81 nm

47

B6. Foto SEM (a) ZnO doping 8% Co dan (b) ZnO doping 9% Co

Ø 47 nm

B7. Foto SEM (a) ZnO doping 10% Co dan (b) ZnO doping 11% Co

B8. Foto SEM (a) ZnO doping 12% Co dan (b) ZnO doping 14% Co

Ø 101 nm

B9. Foto SEM (a) ZnO Co-doping Al 75%:Co 25%, dan (b) ZnO Co-doping Al 25%:Co 75%

Ø 47 nm

Ø 81 nm