FABRIKASI DAN KARAKTERISASI KACA TZBN YANG DIDADAH ION Nd
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
Skripsi dengan judul: Fabrikasi dan Karakterisasi Kaca TZBN yang didadah Ion
3+
Nd Yang ditulis oleh:
Nama : Evi Nurliana NIM : M0209023
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Rabu Tanggal : 28 Agustus 2013
Anggota Tim Penguji: 1.
Dra. Riyatun, M.Si NIP. 19680226 199402 2 001 ................................
2. Lita Rahmasari, S.Si., M.Sc
NIP.19800707 201012 2 001 ................................
3. Mohtar Yunianto, S.Si., M.Si ................................
NIP. 19800630 200501 1 001 4. Drs. Hery Purwanto, M.Sc.
................................ NIP. 19590518 198703 1 002
Disahkan Oleh Ketua Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D NIP. 19680508 199702 1 001
commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi say a yang berjudul “Fabrikasi
3+
dan Karakterisasi Kaca TZBN yang didadah Ion Nd “ belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dan diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Agustus 2013 Penulis
commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
FABRIKASI DAN KARAKTERISASI KACA TZBN
3+ YANG DIDADAH ION Nd
EVI NURLIANA
Jurusan Fisika, Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan parameter-parameter dalam melakukan fabrikasi kaca TZBN: Nd dan mengetahui karakteristik sifat optis dari
3+
kaca TZBN: Nd . Kaca tellurite yang digunakan adalah TZBN (Tellurium Zinc
2 -(34-x)ZnO-2Bi
2 O
3
- Bismuth Natrium Oksida) dengan komposisi (%mol) 60TeO
4Na
2 O-xNd
2 O 3 dengan variasi dadah x= 0,5; 1; 1,5; dan 2. Fabrikasi telah
berhasil dilakukan dengan menggunakan metode melt quenching. Karakterisasi dari kaca tellurite meliputi rapat massa kaca, indeks bias, energi band gap optis pengukuran absorpsi dan transmitansi kaca. Rapat massa kaca telah diukur menggunakan metode Archimedes. Indeks bias kaca diukur menggunakan metode
Brewster angle pada panjang gelombang 746,191 nm. Absorpsi diukur
menggunakan UV-Vis-NIR spektrofotometer Perkin Elmer Lambda 25 dengan panjang gelombang 200 nm sampai dengan 1100 nm. Hasil dari karakterisasi menunjukkan bahwa rapat massa kaca tidak mengalami kenaikan seiring dengan
3+
kenaikan konsentrasi dadah ion Nd . Indeks bias dan energi band gap optis
3+
mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan konsentrasi dari ion Nd pada kaca TZBN:Nd. Melalui pengukuran spektrum UV-VIS menunjukkan bahwa terjadi penyerapan dengan intensitas yang tinggi pada panjang gelombang 431 nm, 473 nm, 514 nm, 527 nm, 585 nm, 626 nm, 684 nm, 749 nm, 805 nm, dan 878 nm dan penyerapan tertinggi berada pada panjang gelombang 585 nm.
Kata kunci : TZBN:Nd, rapat massa kaca, indeks bias, Spektroskopi UV-VIS
commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF TZBN GLASS
3+ DOPED Nd
IONS EVI NURLIANA
Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences University of Sebelas Maret Surakarta
ABSTRACT
This study aims to determine the parameters in the fabrication of TZBN:Nd glass and to identify the optical properties of TZBN:Nd glass. Tellurite glass was TZBN (Sodium Bismuth Tellurium Oxide Zinc) with the composition are (mol%)
60TeO
2 -(34-x) ZnO-2Bi
2 O 3 -4Na
2 O by variation of xNd
2 O 3 with x = 0.5, 1, 1.5, and 2. Fabrication has been successfully performed using melt quenching method.
Characterization of tellurite glass include glass density, refractive index, optical band gap, absorption and transmitation of glass. Glass density had measured using Archimedes method. Refractive index of glass had measured using Brewster angle method at 746,191 nm wavelength. Absorption was measured using a UV-Vis- NIR spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 25 with a wavelength 200 nm up to 1100 nm. The results of characterization show that the glass density did not
3+
increase along with the increase of the ions Nd concentration. Refractive index
3+
and optical band gap increased along with the increase of the ions Nd concentration. UV-VIS spectra measurements indicate that absorption occurs with high intensity at wavelength of 431 nm, 473 nm, 514 nm, 527 nm, 585 nm, 626 nm, 684 nm, 749 nm, 805 nm, and 878 nm and the highest absorption at 585 nm wavelength .
Keywords: TZBN: Nd, glass density, refractive index, UV-VIS Spectroscopy
commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
MOTTO Sesungguhnya Alloh tidak akan mengubah nasib suatu kaum hingga mereka mengubah diri mereka sendiri ( Q.S. Ar-
Ra’d:11) Apabila kamu bersyukur niscahya akan Aku tambahkan nikmat-Ku, dan apabila kamu kufur maka adzab-Ku sungguh pedih ( Q.S. Ibrahim: 7) Keberhasilan meraih tujuan bergantung pada bagaimana anda memandang dirimu sendiri dan apa yang anda rasakan tentang dirimu. commit to user
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada : Ibu dan Bapak Tercinta, Simbah dan adekku Yuan tersayang.
FISIKA FMIPA UNS
INDONESIA
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user
KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr. Wb.
6. Teman-teman lab Optics & Photonics. Kusnanto, Heri, Ajeng, Fatimah, dan Egyn yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini, memberikan dukungan, motivasi, dan saran.
Surakarta, 22 Agustus 2013 Penulis
Akhirnya penulis berharap semoga Allah memberikan imbalan yang lebih baik kepada mereka yang telah memberikan bantuan, dan dapat menjadikan semua bantuan ini sebagai ibadah, Amiin Yaa Robbal ‘Alamiin. Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, terima kasih atas dukungan dan bantuannya selama ini.
9. Kakak tingkat 2008 dan adek tingkat 2010 dan 2011 terimakasih atas do’a dan dukungannya.
8. Rekan-rekan Angkatan 2009 Jurusan Fisika FMIPA UNS, terima kasih atas dukungannya selama ini, bantuan moril dan spirituilnya.
7. Eki, Rian, wachid, Yudha, A’in, Silvia, Erna dan Elyas yang telah membantu dalam pengambilan data.
5. Ibu, bapak, simbah dan adekku tercinta yang telah memberikan do’a, perhatian, dan motivasi yang luar biasa.
Alhamdulillahirobbil’alamin, Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehinga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi yang berjudul “Fabrikasi dan Karakterisasi Kaca TZBN yang didadah Ion Nd
4. Bapak dan ibu dosen serta staff di Jurusan FMIPA UNS.
3. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS yang telah memfasilitasi, memberikan ide dan saran dalam penyusunan skripsi ini.
2. Ibu Lita Rahmasari, S.Si, M.Sc, selaku pembimbing II yang telah membimbing, mengingatkan dalam menulis, memberikan masukan serta motivasi dalam penyusunan skripsi ini.
1. Ibu Dra. Riyatun, M.Si, selaku pembimbing I yang telah membimbing, memfasilitasi, memotivasi dan memberikan ide dan saran dalam penyusunan skripsi ini.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, oleh sebab itu penulis menyampaikan terimakasih kepada :
3+ ” tanpa halangan suatu apapun.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user
DAFTAR ISI
16 2.5.2. Absorbansi dan Transmitansi..............................
31
31 3.2.2. Bahan yang Digunakan dalam Penelitian .........
30 3.2.1.2. Alat Karakterisasi...................................
30 3.2.1.1. Alat Fabrikasi.........................................
30 3.2.1. Alat yang Digunakan dalam Penelitian ..............
30 3.2. Alat dan Bahan ..............................................................
30 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian........................................
28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................
3+
....................................................2.7. Spektroskopi Ion Nd
25
24 2.6. Ion Tanah Jarang............................................................
24 2.5.4. Kerapatan Massa Kaca........................................
22 2.5.3. Energi Band Gap Optis.......................................
16 2.5.1. Indeks Bias Kaca.................................................
HALAMAN JUDUL............................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN................................................................. ii HALAMAN PERNYATAAN................................................................. iii HALAMAN ABSTRAK......................................................................... iv HALAMAN ABSTRACT....................................................................... v HALAMAN MOTTO.............................................................................. vi HALAMAN PERSEMBAHAN.............................................................. vii KATA PENGANTAR............................................................................. viii DAFTAR ISI............................................................................................ ix DAFTAR TABEL.................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR............................................................................... xii DAFTAR SIMBOL................................................................................. xiii DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN.................................................................
5 2.1. Pembentukan Kaca.........................................................
1 1.1. Latar Belakang Masalah.................................................
1 1.2. Batasan Masalah.............................................................
3 1.3. Perumusan Masalah........................................................
4 1.4. Tujuan Penelitian............................................................
4 1.5. Manfaat Penelitian..........................................................
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................
5 2.2. Metode Fabrikasi Kaca ..................................................
15
9 2.2.1. Melt quenching technique ..................................
9 2.2.2. Chemical vapor deposition .................................
11 2.2.3. Sol-gel Proscess..................................................
11 2.3. Kaca Tellurite.................................................................
12 2.4. Energi Fonon dalam Kaca .............................................
2.5. Sifat Optis Kaca..............................................................
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
3.3. Metode Penelitian ..........................................................
31 3.3.1.
32 Persiapan Alat dan Bahan .................................
3.3.2.
33 Fabrikasi Kaca ...................................................
3.3.3.
34 Karakterisasi Kaca.............................................
3.3.3.1. Indeks Bias Kaca ..................................
34 3.3.3.2. Absorbansi dan Transmitansi ...............
35 3.3.3.3. Kerapatan Massa Kaca .........................
36 3.3.4.
36 Analisa ..............................................................
3.3.5.
37 Kesimpulan .......................................................
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................
38 4.1. Hasil..............................................................................
38 4.1.1.
38 Fabrikasi Kaca ...................................................
4.1.2.
40 Kerapatan Massa Kaca ......................................
4.1.3.
41 Indeks Bias Kaca ...............................................
4.1.4.
45 Spektrum Absorpsi ............................................
4.2. Pembahasan .................................................................
47 4.2.1.
47 Fabrikasi Kaca TZBN:Nd .................................
4.2.2.
49 Karakterisasi Kaca TZBN:Nd ...........................
BAB V SIMPULAN DAN SARAN .................................................
56 5.1. Simpulan ......................................................................
56 5.2. Saran ............................................................................
56 DAFTAR PUSTAKA..............................................................................
58 LAMPIRAN ............................................................................................
63
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Sifat dan Karakteristik dari Berbagai Bahan Kaca ......
14 Tabel 2.2. Energi Fonon untuk Berbagai Jenis Host Kaca ...........
16 Tabel 2.3. Unsur Tanah Jarang .....................................................
26 Tabel 2.4. Panjang Gelombang Emisi dari Ion Tanah Jarang dalam Kaca ..................................................................
27
3+
Tabel 4.1. Komposisi kaca Tellurite yang didadah Ion Nd dalam mol % ................................................................38
3+
Tabel 4.2. Komposisi Kaca Tellurite yang didadah Ion Nd dalam massa (gr) ..........................................................39 Tabel 4.3. Data Pengukuran Kerapatan Massa Kaca TZBN yang
3+ didadah Ion Nd ..........................................................
40 Tabel 4.4. Perbandingan antara Hasil Pengukuran Kerapatan Massa dengan Prediksi Teori .......................................
41 Tabel 4.5. Indeks Bias Sampel Kaca K4 ......................................
44 Tabel 4.6. Indeks Bias Kaca TZBN:Nd ....................................
44 Tabel 4.7. Validasi Panjang Gelombang Puncak Penyerapan Kaca TZBN:Nd dengan Kaca TPbLi:Nd ....................
47 Tabel 4.8. Hasil Karakterisasi Sifat Optis Kaca TZBN:Nd ..........
50 Tabel 4.9. Transmitansi dari Sampel Kaca K4 pada Jangkauan Panjang Gelombang (400-1000) nm ...........................
53 Tabel 4.10. Energi Band Gap Optis Kaca TZBN:Nd .....................
55
commit to user
- Bi
19 Gambar 2.10. Skema Spektrofotometer UV-VIS Berkas Ganda .......
54
46 Gambar 4.7. Energi Band Gap Optis Kaca TZBN:Nd .....................
3+ .........................................................
45 Gambar 4.6. Karakteristik Puncak Penyerapan Kaca TZBN yang didadah ion Nd
43 Gambar 4.5. Spektrum Absorpsi Kaca TZBN dan TZBN:Nd .........
43 Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Reflektansi pada Sampel K4 dengan Skala Pengukuran (1/60)°................................
42 Gambar 4.3. Hasil Pengukuran Reflektansi pada Sampel K4 dengan Skala Pengukuran Kelipatan 1° ......................
40 Gambar 4.2. Hasil Pengukuran Reflektansi pada Sampel K4 ..........
3+ ...............
34 Gambar 4.1. Sampel Kaca TZBN yang didadah Ion Nd
33 Gambar 3.3. Skema Pengukuran Indeks Bias dengan Sudut Brewster .......................................................................
32 Gambar 3.2. Sampel Kaca TZBN:Nd ..............................................
28 Gambar 3.1. Diagram Alir Tahap-tahap Penelitian ..........................
23 Gambar 2.11. Posisi dari Unsur Tanah Jarang dalam Tabel Periodik Unsur ...........................................................................
Transverse Electric (TE) pada n 1 = 1 dan n 2 = 1,5 ....
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Struktur Ikatan Kristal dan Amorf........
9 Gambar 2.4. Spektrum Transmisi dari Kaca TZN............................
………………
5 Gambar 2.2. Pengaruh Suhu pada Volum Pembentukan Kaca ........
6 Gambar 2.3. Thermogram DTA dari Kaca dengan Komposisi
70TeO
2 -10Bi
2 O 3 -20ZnO..............................................
13 Gambar 2.5. Daerah Pembentukan Kaca untuk Sistem TeO
18 Gambar 2.9. Reflektansi dari Transverse Magnetic (TM) dan
2
2 O
3 -ZnO...................................................................
15 Gambar 2.6. Diagram Pemantulan dan Pembiasan pada saat Sudut Brewster .......................................................................
17 Gambar 2.7. Polarisasi dengan Medan Listrik (E) Tegak Lurus Bidang Datang Transverse Electric (TE) ....................
18 Gambar 2.8. Polarisasi dengan Medan Magnet (B) Tegak Lurus Bidang Datang Transverse Magnetic (TM) ................
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user
DAFTAR SIMBOL
rapat massa (gr/cm
( J.s)
c konsentrasi molar (mol/liter) ε
molar absorbsivitas (1/mol cm)
l
panjang atau ketebalan dari bahan (cm) α(λ) koefisien absorpsi
(cm
)
ρ
3
(%) A absorbansi B konstanta transisi elektronik
) kerapatan massa dari akuades (gr/cm
3
) w a berat kaca di udara (gr) w x berat kaca dalam akuades (gr) massa pikno kosong
(gr) massa pikno + sampel kaca (gr) massa pikno + sampel kaca + aquades (gr) massa pikno + aquades
(gr) massa kaca (gr) volume kaca
(cm
3
)
TE Transverse Electric perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user
h konstanta planck
I intensitas berkas cahaya datang I intensitas berkas cahaya keluar T transmitansi
Simbol
sudut datang (°) sudut bias (°) sudut polarisasi (Brewster Angle) (°)
Satuan T g
suhu transisi kaca (°C)
T m
suhu peleburan (°C)
T f suhu fictive
(°C)
T p suhu kristalisasi
(°C)
T x suhu permulaan puncak kristalisasi (°C)
n 1 indeks bias di udara n 2 indeks bias di medium n indeks bias materi yang dilalui berkas cahaya
sudut kritis (°)
R
m
refraksi molar
V
m
volum molar (cc
3
/mol) polarisabilitas dari kation dan anion polarisabilitas dari kation polarisabilitas dari anion
c kecepatan perambatan cahaya pada ruang hampa (m/s) v kecepatan perambatan cahaya pada suatu materi (m/s)
- 1
TM Transverse Magnetic I intensitas intensitas cahaya setelah memasuki material I intensitas cahaya sebelum memasuki material
λ panjang gelombang (nm) panjang gelombang rata-rata (nm)
Δλ selisih panjang gelmbang (nm)
d lebar celah kisi
(nm)
L jarak layar dengan CD difraksi (cm) y jarak antara orde pertama dengan terang pusat (cm)
m jumlah orde
e muatan elektron
(Q)
N konsentrasi ion Nd 3+
(atom)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A. Gambar Alat dan Bahan ..............................................
63 Data pengukuran kerapatan massa kaca menggunakan Lampiran B. piknometer ...................................................................
66 Lampiran C. Data pengukuran indeks bias menggunakan metode Brewster Angle ............................................................
67 Lampiran D. Hasil perhitungan rentang transmitansi pada panjang gelombang (400-1000) nm ..........................................
70 Lampiran E. Energi band gap optis kaca TZBN:Nd ........................
80 Lampiran F. Pengukuran panjang gelombang laser merah 746,191 nm ................................................................................
81
commit to user