i

ANALISIS STRUKTUR KRISTAL DAN RESISTIVITAS

MATERIAL BERBASIS La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x=0 03 05 07)

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains

(SSi)

Oleh

REDHO AULIA PUTRA

NIM 11150970000041

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

2019 M 1440 H

ii

ANALISIS STRUKTUR KRISTAL DAN RESISTIVITAS

MATERIAL BERBASIS La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x=0 03 05 07)

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana

Sains

(SSi)

Redho Aulia Putra

NIM 11150970000041

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

2019 M 1440 H

iii

iv

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa

1 Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah satu

persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (SSi) di Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

2 Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya

cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

3 Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya atau

merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jakarta

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

v

ABSTRAK

Material berbasis perovskite manganit menarik minat peneliti karena sifat ndash sifatnya

yang menarik seperti CMR MCE dan absorbansi La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03

05 07) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode sol-gel Karakterisasi

menggunakan XRD (X-ray Diffraction) didapatkan fasa tunggal tanpa puncak pengotor

pada seluruh sampel Transisi stuktur kristal perubahan parameter kisi volume unit

sel ukuran kristal panjang ikatan (Mn-O) seta sudut ikatan ltMn-O-Mngt terjadi akibat

subtitusi ion Ca2+ Konsentrasi dopan x = 0 ndash 05 meunjukan bahwa sampel memiliki

struktur kristal rhombohedral dengan space group R - 3c dan struktur kristal

orthorombik dengan space group P n m a pada konsentrasi dopan x = 07 Hasil

karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope) menampilkan adanya perubahan

ukuran grain yang semakin kecil seiring dengan penambahan subtitusi ion Ca2+

Karakterisasi Cyrogenic Magnetometer menunjukan bahwa adanya perubahan yang

bervariasi pada nilai resistivitas yang diakibatkan oleh adanya subtitusi ion Ca2+

Kata kunci LSCMO sol-gel grain resistivitas

vi

ABSTRACT

Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its

interesting properties such as CMR MCE and absorben La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x =

0 03 05 07) has been successfully synthesized using by sol-gel method

Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without

impurities peak in all samples Transition of crystal structure transition lattice

parameters cell unit volume crystal size bond length (Mn-O) and ltMn-O-Mngt bond

angles caused by Ca2+ ion substitution Dopant concentration x = 0 - 05 shows that

the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and

orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =

07 The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show

difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution Cyrogenic

Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity

value caused by the substitution of Ca2+ ions

Keywords LSCMO sol-gel grain resistivity

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

ii

ANALISIS STRUKTUR KRISTAL DAN RESISTIVITAS

MATERIAL BERBASIS La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x=0 03 05 07)

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana

Sains

(SSi)

Redho Aulia Putra

NIM 11150970000041

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

2019 M 1440 H

iii

iv

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa

1 Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah satu

persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (SSi) di Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

2 Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya

cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

3 Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya atau

merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jakarta

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

v

ABSTRAK

Material berbasis perovskite manganit menarik minat peneliti karena sifat ndash sifatnya

yang menarik seperti CMR MCE dan absorbansi La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03

05 07) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode sol-gel Karakterisasi

menggunakan XRD (X-ray Diffraction) didapatkan fasa tunggal tanpa puncak pengotor

pada seluruh sampel Transisi stuktur kristal perubahan parameter kisi volume unit

sel ukuran kristal panjang ikatan (Mn-O) seta sudut ikatan ltMn-O-Mngt terjadi akibat

subtitusi ion Ca2+ Konsentrasi dopan x = 0 ndash 05 meunjukan bahwa sampel memiliki

struktur kristal rhombohedral dengan space group R - 3c dan struktur kristal

orthorombik dengan space group P n m a pada konsentrasi dopan x = 07 Hasil

karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope) menampilkan adanya perubahan

ukuran grain yang semakin kecil seiring dengan penambahan subtitusi ion Ca2+

Karakterisasi Cyrogenic Magnetometer menunjukan bahwa adanya perubahan yang

bervariasi pada nilai resistivitas yang diakibatkan oleh adanya subtitusi ion Ca2+

Kata kunci LSCMO sol-gel grain resistivitas

vi

ABSTRACT

Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its

interesting properties such as CMR MCE and absorben La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x =

0 03 05 07) has been successfully synthesized using by sol-gel method

Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without

impurities peak in all samples Transition of crystal structure transition lattice

parameters cell unit volume crystal size bond length (Mn-O) and ltMn-O-Mngt bond

angles caused by Ca2+ ion substitution Dopant concentration x = 0 - 05 shows that

the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and

orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =

07 The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show

difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution Cyrogenic

Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity

value caused by the substitution of Ca2+ ions

Keywords LSCMO sol-gel grain resistivity

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

iii

iv

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa

1 Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah satu

persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (SSi) di Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

2 Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya

cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

3 Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya atau

merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jakarta

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

v

ABSTRAK

Material berbasis perovskite manganit menarik minat peneliti karena sifat ndash sifatnya

yang menarik seperti CMR MCE dan absorbansi La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03

05 07) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode sol-gel Karakterisasi

menggunakan XRD (X-ray Diffraction) didapatkan fasa tunggal tanpa puncak pengotor

pada seluruh sampel Transisi stuktur kristal perubahan parameter kisi volume unit

sel ukuran kristal panjang ikatan (Mn-O) seta sudut ikatan ltMn-O-Mngt terjadi akibat

subtitusi ion Ca2+ Konsentrasi dopan x = 0 ndash 05 meunjukan bahwa sampel memiliki

struktur kristal rhombohedral dengan space group R - 3c dan struktur kristal

orthorombik dengan space group P n m a pada konsentrasi dopan x = 07 Hasil

karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope) menampilkan adanya perubahan

ukuran grain yang semakin kecil seiring dengan penambahan subtitusi ion Ca2+

Karakterisasi Cyrogenic Magnetometer menunjukan bahwa adanya perubahan yang

bervariasi pada nilai resistivitas yang diakibatkan oleh adanya subtitusi ion Ca2+

Kata kunci LSCMO sol-gel grain resistivitas

vi

ABSTRACT

Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its

interesting properties such as CMR MCE and absorben La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x =

0 03 05 07) has been successfully synthesized using by sol-gel method

Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without

impurities peak in all samples Transition of crystal structure transition lattice

parameters cell unit volume crystal size bond length (Mn-O) and ltMn-O-Mngt bond

angles caused by Ca2+ ion substitution Dopant concentration x = 0 - 05 shows that

the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and

orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =

07 The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show

difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution Cyrogenic

Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity

value caused by the substitution of Ca2+ ions

Keywords LSCMO sol-gel grain resistivity

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

iv

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa

1 Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah satu

persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (SSi) di Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

2 Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya

cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

3 Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya atau

merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jakarta

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

v

ABSTRAK

Material berbasis perovskite manganit menarik minat peneliti karena sifat ndash sifatnya

yang menarik seperti CMR MCE dan absorbansi La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03

05 07) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode sol-gel Karakterisasi

menggunakan XRD (X-ray Diffraction) didapatkan fasa tunggal tanpa puncak pengotor

pada seluruh sampel Transisi stuktur kristal perubahan parameter kisi volume unit

sel ukuran kristal panjang ikatan (Mn-O) seta sudut ikatan ltMn-O-Mngt terjadi akibat

subtitusi ion Ca2+ Konsentrasi dopan x = 0 ndash 05 meunjukan bahwa sampel memiliki

struktur kristal rhombohedral dengan space group R - 3c dan struktur kristal

orthorombik dengan space group P n m a pada konsentrasi dopan x = 07 Hasil

karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope) menampilkan adanya perubahan

ukuran grain yang semakin kecil seiring dengan penambahan subtitusi ion Ca2+

Karakterisasi Cyrogenic Magnetometer menunjukan bahwa adanya perubahan yang

bervariasi pada nilai resistivitas yang diakibatkan oleh adanya subtitusi ion Ca2+

Kata kunci LSCMO sol-gel grain resistivitas

vi

ABSTRACT

Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its

interesting properties such as CMR MCE and absorben La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x =

0 03 05 07) has been successfully synthesized using by sol-gel method

Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without

impurities peak in all samples Transition of crystal structure transition lattice

parameters cell unit volume crystal size bond length (Mn-O) and ltMn-O-Mngt bond

angles caused by Ca2+ ion substitution Dopant concentration x = 0 - 05 shows that

the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and

orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =

07 The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show

difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution Cyrogenic

Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity

value caused by the substitution of Ca2+ ions

Keywords LSCMO sol-gel grain resistivity

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa

1 Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah satu

persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (SSi) di Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

2 Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya

cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

3 Jika di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya atau

merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jakarta

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

v

ABSTRAK

Material berbasis perovskite manganit menarik minat peneliti karena sifat ndash sifatnya

yang menarik seperti CMR MCE dan absorbansi La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03

05 07) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode sol-gel Karakterisasi

menggunakan XRD (X-ray Diffraction) didapatkan fasa tunggal tanpa puncak pengotor

pada seluruh sampel Transisi stuktur kristal perubahan parameter kisi volume unit

sel ukuran kristal panjang ikatan (Mn-O) seta sudut ikatan ltMn-O-Mngt terjadi akibat

subtitusi ion Ca2+ Konsentrasi dopan x = 0 ndash 05 meunjukan bahwa sampel memiliki

struktur kristal rhombohedral dengan space group R - 3c dan struktur kristal

orthorombik dengan space group P n m a pada konsentrasi dopan x = 07 Hasil

karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope) menampilkan adanya perubahan

ukuran grain yang semakin kecil seiring dengan penambahan subtitusi ion Ca2+

Karakterisasi Cyrogenic Magnetometer menunjukan bahwa adanya perubahan yang

bervariasi pada nilai resistivitas yang diakibatkan oleh adanya subtitusi ion Ca2+

Kata kunci LSCMO sol-gel grain resistivitas

vi

ABSTRACT

Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its

interesting properties such as CMR MCE and absorben La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x =

0 03 05 07) has been successfully synthesized using by sol-gel method

Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without

impurities peak in all samples Transition of crystal structure transition lattice

parameters cell unit volume crystal size bond length (Mn-O) and ltMn-O-Mngt bond

angles caused by Ca2+ ion substitution Dopant concentration x = 0 - 05 shows that

the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and

orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =

07 The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show

difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution Cyrogenic

Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity

value caused by the substitution of Ca2+ ions

Keywords LSCMO sol-gel grain resistivity

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

v

ABSTRAK

Material berbasis perovskite manganit menarik minat peneliti karena sifat ndash sifatnya

yang menarik seperti CMR MCE dan absorbansi La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03

05 07) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode sol-gel Karakterisasi

menggunakan XRD (X-ray Diffraction) didapatkan fasa tunggal tanpa puncak pengotor

pada seluruh sampel Transisi stuktur kristal perubahan parameter kisi volume unit

sel ukuran kristal panjang ikatan (Mn-O) seta sudut ikatan ltMn-O-Mngt terjadi akibat

subtitusi ion Ca2+ Konsentrasi dopan x = 0 ndash 05 meunjukan bahwa sampel memiliki

struktur kristal rhombohedral dengan space group R - 3c dan struktur kristal

orthorombik dengan space group P n m a pada konsentrasi dopan x = 07 Hasil

karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscope) menampilkan adanya perubahan

ukuran grain yang semakin kecil seiring dengan penambahan subtitusi ion Ca2+

Karakterisasi Cyrogenic Magnetometer menunjukan bahwa adanya perubahan yang

bervariasi pada nilai resistivitas yang diakibatkan oleh adanya subtitusi ion Ca2+

Kata kunci LSCMO sol-gel grain resistivitas

vi

ABSTRACT

Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its

interesting properties such as CMR MCE and absorben La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x =

0 03 05 07) has been successfully synthesized using by sol-gel method

Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without

impurities peak in all samples Transition of crystal structure transition lattice

parameters cell unit volume crystal size bond length (Mn-O) and ltMn-O-Mngt bond

angles caused by Ca2+ ion substitution Dopant concentration x = 0 - 05 shows that

the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and

orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =

07 The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show

difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution Cyrogenic

Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity

value caused by the substitution of Ca2+ ions

Keywords LSCMO sol-gel grain resistivity

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

vi

ABSTRACT

Perovskite based on manganite attracted the interest of researchers because of its

interesting properties such as CMR MCE and absorben La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x =

0 03 05 07) has been successfully synthesized using by sol-gel method

Characterization using XRD (X-Ray Diffraction) obtained a single phase without

impurities peak in all samples Transition of crystal structure transition lattice

parameters cell unit volume crystal size bond length (Mn-O) and ltMn-O-Mngt bond

angles caused by Ca2+ ion substitution Dopant concentration x = 0 - 05 shows that

the sample has a rombohedral crystal structure with space group R-3c and

orthorhombic crystal structure with space group P n m a at dopant concentration x =

07 The results of SEM (Scanning Electron Microscope) characterization show

difference in grain size with the addition of Ca2+ ion substitution Cyrogenic

Magnetometer characterization shows that there are varied changes in the resistivity

value caused by the substitution of Ca2+ ions

Keywords LSCMO sol-gel grain resistivity

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

vii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu

wa Tarsquoala karena atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian di

Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif

Hidayatullah Jakarta Tak lupa penulis selalu memohon kepada Allah Subhanahu

wa Tarsquoala agar shalawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad

Shallallahu lsquoalaihi wa Sallam beserta keluarga dan para sahabat Pada kesempatan

ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

1 Kedua orang tua tercinta STR Oyong dan Herni Yusnita tiada hal yang

dapat membalas semua jasa yang telah kalian berikan selama ini

2 Ibu Dr Sitti Ahmiatri Saptari MSi selaku Ketua Program Studi Fisika

dan pembimbing I dan Bapak Arif Tjahjono MSi selaku pembimbing II

yang selalu membimbing dan mendukung dalam penelitian ini

3 Ibu Prof Dr Lily Surraya Eka Putri M EnvStud selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

4 BapakIbu Dosen Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

6 Bapak Edi Sanjaya MSi selaku penguji I dan Bapak Anugrah Azhar

MSi selaku penguji II

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

viii

7 Bapak Priyambodo selaku laboran Lab Fisika Kak Adawiyah selaku

laboran Lab Kimia Bapak Agung Imaduddin selaku laboran P2MM LIPI

yang telah banyak membantu penulis

8 Kakak senior yang saya banggakan Ikhwan Nur Rahman MSi Ryan

Ryzaldi MSi dan Agung Sedayu SSi atas supportnya selama ini

9 Rekan-rekan tim penelitian Ratna Isnanita Admi Desty Adella Pratiwi

Juli Hartati dan teman-teman Fisika Material Fisika angkatan 2015

Himpunan Mahasiswa Fisika dan teman KKN Lentera Madani

10 Special Thankrsquos kepada sahabat-sahabat saya M Umar Faruqi Agung

Beny S M Rizki Hifdzia Fahmi Dhimas Harjanto Syaiful Salam

Izzudin Mujadid Ar-Rabi yang selalu memberikan kebahagiaan dan

inspirasi kepada penulis

Penulis menyadari penyusunan laporan ini mengandung banyak kekurangan

diakibatkan terbatasnya ilmu pengetahuan penulis karenanya penulis

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar penulis dapat

memperbaiki kesalahan di kemudian hari Akhir kata semoga Allah SWT

memberikan keberkahan kepada semua pihak yang telah membantu dan diharapkan

skripsi ini bermanfaat untuk pengembangan riset yang akan datang

Jakarta 7 Juli 2019

Redho Aulia Putra

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KATA PENGANTAR vii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

11 Latar Belakang Penelitian 1

12 Rumusan Penelitian 4

13 Tujuan Penelitian 4

14 Batasan Masalah 5

15 Manfaat Penelitian 5

16 Sistematika Penulisan 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

21 Perovskite Manganat 7

22 Sol Gel 12

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect 14

24 Double Exchange 15

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3 17

26 Resistansi dan resistivitas 19

BAB III METODE PENELITIAN 20

31 Waktu dan Tempat 20

32 Alat dan Material 20

321 Alat 20

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

x

322 Bahan 21

33 Tahapan Penelitian 22

34 Prosedur Penelitian 23

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material 23

342 Proses Sintesis Pada Sampel 25

35 Karakterisasi 27

351 XRD (X-ray Diffractometer) 28

352 Scanning Elektron Microscope (SEM) 29

353 Cyrogenic Magnetometer 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD 32

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM 43

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

51 Kesimpulan 50

52 Saran 51

DAFTAR REFERENSI 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 21 Struktur kristal Perovskite Manganitehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

Gambar 22 Grafik Pola XRD dari Material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

Gambar 23 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effecthelliphelliphellip14

Gambar 24 Interkasi Double Exchangehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

Gambar 25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17

Gambar 26 Diagram Fasa La1-xCaxMnO3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

Gambar 31 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

Gambar 32 Tahapan penelitianhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3(Dokumentasi Pribadi)helliphelliphelliphellip27

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

Gambar 35 Prinsip kerja SEMhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip32

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD La07(Sr1-xCax)03MnO3 2120579 diperkecilhelliphelliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 43 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0helliphelliphelliphelliphellip34

Gambar 44 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03helliphelliphelliphellip35

Gambar 45 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05helliphelliphelliphellip35

Gambar 46 Pola difraksi sinar X pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07helliphelliphelliphellip36

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit selhelliphelliphelliphelliphellip40

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristalhelliphelliphellip41

Gambar 410 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bond length dan Bond anglehelliphelliphelliphellip42

Gambar 411 Grafik konsentrasi dopan terhadap Bandwidthhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

Gambar 412 Hasil pengujian SEM pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0-07helliphelliphellip44

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

xii

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grainhelliphelliphellip45

Gambar 414 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 0helliphelliphelliphellip46

Gambar 415 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 03helliphellip46

Gambar 416 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 05helliphellip47

Gambar 417 Perbandingan arus terhadap tegangan La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = 07helliphellip47

Gambar 418 Grafik resistivitas terhadap konsentrasi dopan La07(Sr1_xCax)03MnO3helliphelliphellip48

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasarhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai xhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Materialhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphellip37

Tabel 42 Nilai rata-rata grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3helliphelliphelliphelliphelliphellip45

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometerhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang Penelitian

Mangan oksida yang didopan RE1-xAxMnO3 (RE dan A masing-masing adalah

Rare-earth atau logam tanah jarang dan Alkaline atau logam alkali) dengan struktur

perovskite yang telah menarik minat ilmiah dan teknologi yang cukup besar karena

sifat kemagnetan dan kelistrikanya yang berpotensi dapat diterapkan dalam

spintronics random access memory (RAM) sensor medan magnet dan perangkat

magnetoelectric Sifat-sifat yang menarik ini berasal dari keseimbangan antara

berbagai interaksi yang kuat antara muatan kisi orbit dan spin dalam mangan

biasanya dikenal colossal magnetoresistance (CMR) di mana induksi medan magnet

membuat perubahan besar dalam resistivitas material [1]

Perovskite berbasis mangan oksida (AMnO3) diketahui menunjukkan efek

magnetoresistensi kolosal (CMR) sebuah fenomena bahwa resistivitas listrik

mengalami perubahan drastis material sebesar lima hingga enam orde magnitudo oleh

medan magnet terapan Karena sifat fisik yang unik ini diharapkan untuk aplikasi luas

banyak perhatian yang diberikan pada oksida ini sejak penemuan pertama dari

fenomena ini Secara umum mekanisme CMR dikaitkan dengan gagasan interaksi

pertukaran ganda yang timbul dari hopping elektron Mn - O - Mn Namun diskusi

tentang mekanisme ini dalam banyak kasus didasarkan pada jumlah makroskopis

seperti resistivitas dan magnetisasi dan masih ada perbedaan antara hasil eksperimen

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

2

dan teori tersebut Untuk pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme perlu untuk

memberikan wawasan tentang sifat yang menarik dengan pendekatan yang berbeda

juga [2]

Perovskite manganit dengan formula kimia umum A1-xBxMnO3 (di mana A3+ =

La Pr dan Nd) dan B2+ = Ca Sr dan Ba) telah luas dipelajari selama hampir 50 tahun

Sejak awal penemuan sifat listrik dan magnetiknya minat senyawa ini tetap tinggi dan

mereka telah menjadi fokus utama aktivitas ilmiah selama dekade terakhir Beberapa

sifat menarik yang ditunjukan oleh material-material ini seperti feromagnetik

magnetoresistansi kolosal dan efek Jahn ndash Teller Sifat-sifat ini timbul dari variasi

keadaan fasa yang terbentuk transisi dan korelasi intrinsik dari struktur kristal dan

karakteristik magnetik Lanthanum mangaite memiliki sejumlah besar aplikasi

teknologi seperti transduser nonvolatile perangkat memori dan sebagai material

katoda dalam sel material bakar oksida padat (SOFC) [3]

Sejak ditemukannya efek magnetoresistensi kolosal sifat fisik perovskite

manganit yang telah dipelajari secara intensif dan didapat potensi aplikasinya yang

kompleks Mangan adalah material kandidat yang baik untuk magnetoresistance dekat

suhu ruang di mana Gadolinium (Gd) adalah material utama Meskipun perubahan

entropi magnetik dekat suhu ruang di beberapa manganit jauh lebih tinggi daripada Gd

panas spesifiknya lebih besar sehingga perubahan suhu adiabatik material mereka

relatif lebih kecil Masalah ini dapat dikurangi pada suhu yang lebih tinggi Pada

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

3

material La1-xSrxMnO3 adalah salah satu manganit yang paling menarik karena

memiliki suhu curie tertinggi 370 K didopan optimal x=033 [4]

Karakteristik sifat lanthanum manganite mencerminkan interaksi yang kuat

antara lokalisasi spin serta derajat kisi kebebasan yang sangat menarik bagi para

peneliti Selain itu hal ini disebabkan oleh kecenderungan untuk pembentukan keadaan

yang dipisahkan fasa dalam manganit tertentu Ion mangan di lanthanum manganites

memiliki elektron valensi campuran Mn3+ dan Mn4+ Ion Mn3+ adalah ion Jahn-Teller

dengan keadaan orbital elektron yang mengalami degenerasi Ini menimbulkan distorsi

kisi yang kuat dan mengurangi simetri kristal Setiap fase memiliki rentang konsentrasi

yang pasti ion Mn4+ Munculnya ion Mn4+ (ion non Jahn-Teller) mengarah pada

pemecahan orbital order meningkatkan simetri kristal [5]

Salah satu material yang telah banyak dilakukan sebagai material penelitian

material penyerap gelombang elektromagnetik adalah lanthanum manganat

Lanthanum manganat (LaMnO3) adalah material semikondukor dengan struktur

perovskite Dalam lanthanum manganat logam transisi utama berada di Mn3+ Setelah

dilakukan subtitusi ion divalent (seperti Ca2+ Ba2+ atau Sr2+) pada site tanah jarang

jumlah ion Mn4+ terbentuk karena Mn3+ hilang Selain itu perovskite manganat dikenal

sebagai material fungsional yang menunjukkan magnetoresisten dan digunakan

sebagai sensor medan magnet [6] Pada penelitian ini peneliti melakukan sintesis

material La07(Sr1-xCax)03MnO3 x = (0 03 05 07) dengan metode sol-gel untuk

mengidentifikasi karakteristik material tiap variasi konsentrasi dopan yang diberikan

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

4

12 Rumusan Penelitian

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Bagaimana struktur kristal dan parameter kisi La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan

variasi x = (0 03 05 07)

2 Bagaimana hasil morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 yang dihasilkan pada tiap

variasi subtitusi

3 Bagaimana pengaruh subtitusi ion divalent terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3

13 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut

1 Mensintesis material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) dengan

menggunakan metode sol-gel

2 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap struktur krsital dan parameter

kisi pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

3 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap morfologi pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

4 Menentukan pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap resistivitas pada material

La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

5

14 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut

1 Sintesis material perovskite La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan subtitusi ion Ca2+

dengan variasi konsentrasi (x = 0 03 05 07) menggunakan metode sol-gel

2 Analisia struktur kristal pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan X-

Ray Diffractometer (XRD)

3 Analisa morfologi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Scanning Elektron

Microscope (SEM)

4 Analisa nilai resistivitas La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan Cyrogenic

Magnetometer

15 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan mampu mendapatkan komposisi material yang baik

untuk nilai resistivtias pada suhu ruang dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 agar

dapat menjadi rujukan dan bermanfaat untuk perkembangan teknologi sehingga

dapat digunakan untuk kehidupan sehari-hari

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

6

16 Sistematika Penulisan

Penulisan penelitian Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab yang secara

umum diuraikan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini meliputi Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian dan Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini dibahas teori-teori dasar yang menunjang penelitian ini Teori

dasar yang akan dibahas antara lain

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini dijelaskan mengenai tempat dan waktu pelaksanaan penelitian

peralatan dan material yang dibutuhkan dan tahapan penelitian

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil berupa data yang telah diambil

sebelumnya dan juga dijelaskan tentang pembahasan berdasarkan data yang

telah diperoleh

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari semua hasil penelitian yang menjawab tujuan

penelitian Juga berisi saran untuk penelitian dan pengembangan selanjutnya

berdasarkan pada hasil dan kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

21 Perovskite Manganat

Colossal Magnetoresistance (CMR) dalam oksida logam seperti A1-xBxMnO3

(dimana A = La Pr Nd dan B = Sr Ca Ba Pb) seperti yang ditampilkan pada Gambar

21 menarik banyak perhatian karena aplikasi teknologinya yang potensial Berbagai

percobaan telah mengungkapkan bahwa oksida mangan memiliki diagram fasa yang

kaya dengan daerah antiferromagnetik (AF) dan feromagnetik (FM) serta keadaan

isolator di atas temperatur kritis (Tc) Penampilan feromagnetik pada suhu rendah

dapat dijelaskan menggunakan mekanisme yang disebut Double Exchange (DE)

Namun model DE tidak lengkap untuk menggambarkan seluruh diagram fasa yang

diamati secara eksperimental Sebagai contoh pasangan foton - elektron mungkin

penting untuk menjelaskan sifat isolator di atas Tc [7]

Baru-baru ini ada banyak perhatian pada perovskite manganat karena

karakteristik yang menarik Senyawa induk LaMnO memiliki keadaan dasar

antiferromagnetik - isulator dengan empat elektron 3d dalam konfigurasi low spin

misalnya T2g3 eg

1 Dengan mensubtitusi La dengan kation divalen ion Mn4+ dapat

terbentuk Tergantung pada konsentrasi dopan (x) dan suhu (T) senyawa menunjukkan

beberapa fenomena yang menarik termasuk transisi logam-isolator (MI) dan fasa

transisi struktural bergantung pada medan magnet [8]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

8

Gambar 2 1 Struktur kristal Perovskite Manganite dengan R3+ = Logam Tanah Jarang (La)

dan A2+ = Logam divalent (Sr Ca) [9]

Mikrostruktur pada perovskite manganat tanpa dopan telah dilakukan oleh Q

Huang et al dengan hasil sistem lantanum manganit yang tidak didopan dari komposisi

LaMnO3 telah dianalisis dengan difraksi neutron powder untuk metode perlakuan

panas sampel yang berbeda Empat fase kristalografi yang berbeda telah diidentifikasi

(i) fase ortorombik space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

557385 (3) b = 577024 (3) c =555378 (2) Aring diproduksi oleh annnealing dalam

reduksi atmosfer Sistem ini bersifat antiferromagnetik dengan spin Mn3+ yang

digabungkan secara feromagnetik dalam bidang a - c dan antiferromagnetik di

sepanjang b dengan arah spin sepanjang a Volume fase ini meningkat secara monoton

dengan meningkatnya suhu (ii) Fasa ortorombik yang memperlihatkan pemisahan

yang lebih kecil serta space group Pnma dan parameter kisi pada 300 K bernilai a =

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

9

554954 (3) b = 577854 (4) c = 555355 (3) Aring diproduksi oleh annealing dalam

oksigen atau udara atmosfer Sistem ini dengan struktur feromagnetik di Tc = 140 K

dengan arah spin di sepanjang c (iii) Fasa monoklinik dengan space group P1121a

dan parameter kisi pada 200 K bernilai a = 554660 (4) b = 577616 (7) c = 555241

(5) Aring γ= 90909 deg (5) yang bersifat feromagnetik di bawah 140 K (iv) Fasa

rombohedral dengan space group R-3c dan parameter kisi heksagonal pada 300 K

bernilai a = 555259 (2) c5133240 (4) Aring yang hanya diamati di atas suhu kamar [10]

Penelitian yang telah dilakukan oleh KPLlim et al menunjukan bahwa

mikrostruktur grain akan mempengaruhi sifat - sifat manganit polikristalin ketika

diberikan dopan yang berbeda Dalam karya ini upaya yang telah dilakukan untuk

menyelidiki pengaruh substitusi Ca Ba dan Sr di site La dengan pendekatan senyawa

manganit polikristalin dari La067A033MnO3 di mana A = Ba Sr dan Ca telah disiapkan

melalui metode konvensional reaksi solid-state Hasilnya Spektrum XRD

menunjukkan bahwa LCMO berada dalam struktur ortorombik single phase sedangkan

LSMO dan LBMO adalah struktur rhombohedral Hasil SEM menunjukkan bahwa

LSMO memiliki ukuran grain rata-rata yang lebih kecil dibandingkan dengan LBMO

Namun untuk LCMO tidak ada batas grain yang jelas yang dapat diamati dan semua

grain terhubung dengan baik

Perbedaan dalam gambar struktur mikro mungkin karena varian kation site-A

yang berbeda dalam pertumbuhan grain Suhu Curie Tc dari LBMO dan LSMO adalah

masing-masing 3430 dan 3635 K Tetapi Tc untuk LCMO lebih rendah dari 300 K

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

10

Semua sampel menunjukkan efek Magnetoresistance (MR) ekstrinsik MR yang lebih

tinggi diamati jauh di bawah Tc di mana nilai MR meningkat secara monoton dengan

penurunan suhu Ini dikaitkan dengan grain yang berbeda dan formasi batas grain

ketika kation berbeda disubtitusi Oleh karena itu suhu transisi listrik dan magnetik

Tc dipengaruhi oleh rata-rata jari-jari kation site-A [11]

Dalam penelitian Widyaiswari et al material colossal magnetoresistance

La067Sr033MnO3 disintesis dengan menggunakan metode sol-gel dengan proses

perlakuan panas yang berbeda Sampel pertama dikalsinasi pada suhu 850degC selama

10 jam (LSMO1) dan sampel lain dikalsinasi pada suhu 850degC selama 10 jam serta

disintering pada suhu 1200degC selama 2 jam (LSMO2) Hasil XRD menunjukkan bahwa

kedua sampel adalah single phase tanpa puncak pengotor dan membentuk struktur

rombohedral dengan space group R-3c Dan hasilnya menunjukkan bahwa LSMO1

memiliki ukuran kristal lebih kecil dari LSMO2 Hasil pengukuran resistivitas

menunjukkan bahwa LSMO1 memiliki perilaku isolator dengan resistivitas beberapa

orde besarnya lebih besar dari LSMO2 Sementara LSMO2 memiliki puncak

resistivitas yang menunjukkan transisi logam-isolator [12]

Investigasi sistematis sifat struktural magnetik dan listrik dari serangkaian

nanocrystalline material La07SrxCa03-xMnO3 yang dilakukan oleh TD Thanh [13]

disiapkan dengan metode ball milling energi tinggi dan kemudian di-annealing pada

suhu 900degC Analisis data XRD menunjukkan peningkatan volume sel satuan dengan

peningkatan konsentrasi ion Sr

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

11

Gambar 2 2 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 [13]

Senyawa La07SrxCa03-xMnO3 mengalami transisi struktural ortorombik ke

monoklinik pada x = 015 Pengukuran listrik dan magnetik menunjukkan bahwa suhu

curie dan suhu transisi isolator ke metal meningkat dari 259 K dan 253 K masing-

masing untuk La07Ca03MnO3 (x = 0) menjadi 353 K dan 282 K Dikatakan bahwa jari-

jari Sr2+ yang lebih besar daripada Ca2+ adalah alasan untuk menguatkan interaksi

double-exchange dan untuk memunculkan peningkatan dari suhu transisi yang diamati

Stuktur kristal dapat menentukan ukuran kristal rata-rata yang ada pada

material tersebut perhitungan ukuran kristal dilakukan dengan menghitung Full Width

at Half Maximum (FWHM) dengan menggunakan Scherrer equation sebagai berikut

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

12

119863 =119870120582

120573119888119900119904120579 (21)

Dimana D adalah ukuran kristal K konstanta 09 (shape factor) 120582 adalah panjang

gelombang sinar X yang diradiasikan β adalah nilai FWHM dan 120579 adalah sudut

bragg [14]

22 Sol Gel

Metode sol-gel umum digunakan dalam sintesis material berbasis nitrat karena

efektif dalam pembentukan material Selain itu metode sol-gel dapat dilakukan pada

suhu ruang dan mudah untuk dikontrol serta tidak memerlukan banyak biaya Proses

dopan pada sintesis material berbasis nitrat dengan metode sol-gel bertujuan untuk

mengubah atau memperbaiki sifat material seperti peningkatan luas permukaan

keasaman dan kristalinitas Keuntungan yang diperoleh dengan melakukan sintesis

material melalui metode sol-gel adalah padatan hasil sintesis memiliki tingkat

homogenitas yang tinggi luas permukaan yang besar serta volume pori dan distribusi

ukuran pori yang merata [15]

Pada tahun 2013 S Ravia dan A Karthikeyan melakukan penelitian dengan

menggunakan metode sol-gel La07Sr03MnO3 disintesis menggunakan metode sol-gel

dengan modifikasi pada prekursor nitrat Massa Lanthanum Nitrat Strontium Nitrat

dan Mangan Nitrat yang telah ditimbang dilarutkan dalam air terdeionisasi dengan

pengadukan konstan untuk mendapatkan larutan homogen Larutan ini dikenal sebagai

stock solution Dalam proses lain asam oksalat yang setara dengan empat kali logam

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

13

nitrat ditambahkan ke air terdeionisasi untuk membuat larutan 100 ml Untuk larutan

ini 002 asam Poly Acrylic ditambahkan dan diaduk terus menerus untuk

mendapatkan larutan yang padu Asam oksalat (H2C2O4) bertindak sebagai zat

pereduksi kuat yang mereduksi logam nitrat menjadi logam oksalat Stock solution

sekarang ditambahkan ke campuran dan dipanaskan pada suhu 45 degC dengan

pengadukan konstan (700 rpm) selama 3 jam Begitu larutan ditambahkan larutan

berubah menjadi putih mengendap Setelah 3 jam endapan putih ini berubah menjadi

warna coklat pucat Pada saat ini suhu meningkat hingga 100 deg C dengan pengadukan

berkurang (400 rpm) Diperoleh bentuk seperti resin warna hitam yang dikeringkan

untuk mendapatkan powder Powder ini digiling halus dan disimpan dalam inkubator

untuk semalam yaitu dipertahankan pada 90 degC Bubuk ini dikalsinasi menjadi 500 degC

600 degC 700 degC dan 800 degC selama 4 jam untuk mendapatkan partikel LSMO nano dari

ukuran partikel yang berbeda [16]

Penelitian lainnya yang telah menggunakan metode sol-gel dari tim peneliti asal

China bernama Danyan Cao et al Thin film La07(Ca03-xSrx)MnO3 dengan (x = 0 01

015 025 dan 03) yang dibuat oleh metode sol-gel berukuran sekitar 120 nm

Parameter kisi meningkat dengan penambahan konsentrasi dopan Sr Pada seluruh

sampel menunjukan adanya transisi PM - FM Dengan penambahan dopan Sr Tc

meningkat secara monoton dari 235 K menjadi 343 K dan sifat magnetik yang

ditingkatkan Nilai resistivitas menurun seiring dengan penambahan dopan Sr

Bandwidth terkait dengan distorsi kisi meningkatkan panjang lokalisasi [17]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

14

23 Crystal Field Theory (CFT) dan Jahn Tellar effect

Crystal Field Theory (CFT) menjelaskan pemecahan degenerasi keadaan

orbital elektron biasanya orbital d atau f karena medan listrik statis yang dihasilkan

oleh distribusi muatan di sekitarnya (tetangga anion) Teori ini telah digunakan untuk

menggambarkan berbagai spektroskopi dari koordinasi kompleks logam transisi

khususnya spektra optik (warna) CFT berhasil menyumbang beberapa sifat magnetik

warna entalpi hidrasi dan struktur spinel kompleks logam transisi tetapi tidak

mencoba menjelaskan ikatan CFT dikembangkan oleh fisikawan Hans Bethe dan John

Hasbrouck van Vleck pada 1930-an CFT kemudian dikombinasikan dengan teori

orbital molekul untuk membentuk teori medan ligan yang lebih realistis dan kompleks

(LFT) yang memberikan wawasan tentang proses ikatan kimia dalam kompleks logam

transisi [18]

Gambar 2 3 (a) Crystal field Mn 3d pada Perovskite Manganit (b) Jahn tellar effect [19]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

15

Pada penelitian Coey et al [20] menunjukkan adanya distorsi perpanjangan

oktahedron oksigen di beberapa arah yang disebabkan oleh efek Jahn-Teller Adanya

distorsi ini dapat dimanfaatkan dalam proses rekayasa material sehingga sifat-sifat

yang diinginkan dapat dicapai Perubahan atau distorsi kisi pada material perovskite

ditentukan oleh faktor toleransi radius dari atom substitusi (Faktor Toleransi

Goldschimdt) sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut

=119903119860+ 119903119900

radic2(119903119861+ 119903119900) (22)

Dimana rA rB dan ro masing ndash masing adalah jari-jari ion A jari-jari ion B dan jari-jari

ion O Perovskite manganite mempunyai range nilai 096 le ge 102 Bila = 1 maka

kisi akan berbentuk kubus dan saat nilai = 096 minus 1 akan terdistorsi menjadi struktur

rhombohedral Sedangkan saat nilai lt 096 kisi akan terdistorsi menjadi struktur

orthorombik [21]

24 Double Exchange

Mekanisme double exchange adalah jenis pertukaran magnetik yang mungkin

timbul antara ion-ion dalam berbagai tingkat oksidasi Pertama kali dikemukakan oleh

Clarence Zener teori ini memprediksi kemudahan relatif yang dengannya suatu

elektron dapat dipertukarkan antara dua spesies dan memiliki implikasi penting untuk

apakah material bersifat feromagnetik antiferromagnetik atau menunjukkan magnet

spiral Sebagai contoh perhatikan interaksi 180 derajat Mn-O-Mn di mana orbital Mn

misalnya secara langsung berinteraksi dengan orbital O 2p dan salah satu ion Mn

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

16

memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain Dalam keadaan dasar elektron pada

setiap ion Mn diselaraskan sesuai dengan aturan Hund [22]

Gambar 2 4 Interkasi Double Exchange [23]

Jika O melepaskan elektron spin-up ke Mn4+ orbitalnya yang kosong kemudian

dapat diisi oleh elektron dari Mn3+ Pada akhir proses sebuah elektron telah bergerak

di antara ion-ion logam yang berdekatan mempertahankan putarannya Double

exchange memprediksi bahwa pergerakan elektron ini dari satu spesies ke spesies lain

akan lebih mudah difasilitasi jika elektron tidak harus mengubah arah spin untuk

menyesuaikan dengan aturan Hund ketika pada spesies penerima Kemampuan

melompat (mendelokalisasi) mengurangi energi kinetik Oleh karena itu penghematan

energi secara keseluruhan dapat mengarah pada penyelarasan feromagnetik dari ion

tetangga Model ini sangat mirip dengan super exchange Namun dalam super

exchange penyelarasan feromagnetik atau antiferomagnetik terjadi antara dua atom

dengan valensi yang sama (jumlah elektron) sedangkan dalam double exchange

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

17

interaksi terjadi hanya ketika satu atom memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan

yang lain [24]

25 Diagram Fasa La1-xSrxMnO3 dan La1-xCaxMnO3

Gambar 2 5 Diagram fasa La1-xSrxMnO3 [25]

Penelitian Urushibara et al terhadap material L1-xSxMnO3 dengan variasi dopan

Sr (0 le 119909 le 06) Didapat hasil ketika dopan Sr kecil material bersifat isolator saat x

mencapai titik kritis konsentrasi dopan sekitar 017 material terdapat transisi dari

feromagnetik ndash isolator menjadi feromagnetik - metal Nilai Tc tertinggi didapat pada

konsentrasi dopan x = 03 mendekati 400 K [25]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

18

Gambar 2 6 Diagrm fasa La1-xCaxMnO3 [26]

Kelompok peneliti Schiffer et al melakukan penelitian untuk menentukan

diagram fasa terhadap material La1-xCaxMnO3 dengan (x = 0 le 119909 le 1) Saat x = 0

LCMO bersifat antiferromagnetik - isolator pada temperatur rendah dengan Tc sekitar

150 KSaat 0 lt 119909 lt 02 LCMO bersifat ferromagnetik - isolator pada temperatur

rendah dengan Tc sekitar 180 K Saat 119909 = 02 sampai 119909 = 05 bahan bersifat

ferromagnetik - metal dan menunjukkan efek colossal magnetoresistance Serta

menujukan nilai Tc tertinggi pada konsentrasi dopan x = 03 sekitar 260 K [26]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

19

26 Resistansi dan resistivitas

Resistansi dan resistivitas menggambarkan betapa sulitnya membuat aliran

listrik dalam melalui suatu material Tetapi tidak seperti resistansi resistivitas adalah

sifat intrinsik Ini berarti bahwa kawat tembaga murni (yang belum mengalami distorsi

struktur kristalinnya dll) Terlepas dari bentuk dan ukurannya kawat tembaga

memiliki resistivitas yang sama tetapi kawat tembaga yang panjang dan tipis memiliki

ketahanan yang jauh lebih besar daripada kawat tembaga yang tebal dan pendek Setiap

bahan memiliki karakteristik resistivitasnya sendiri Sebagai contoh karet memiliki

resistivitas yang jauh lebih besar daripada tembaga Resistivitas listrik ρ (rho dari

Bahasa Yunani) dapat dihitung dengan persamaan Pouillets law [27]

120588 = 119877 119860

ℓ (23)

Dimana 120588 adalah resistivitas 119877 adalah resistansi 119860 adalah luas penampangℓ

adalah panjang material Hambatan dari bahan yang diberikan sebanding dengan

panjang material tetapi berbanding terbalik dengan luas penampang Dengan demikian

resistivitas dapat diekspresikan menggunakan satuan SI ohm meter (Ωsdotm) (yaitu ohm

dibagi dengan meter (untuk panjangnya) dan kemudian dikalikan dengan meter persegi

(untuk area penampang) [28]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

20

BAB III

METODE PENELITIAN

31 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan Februari hingga April 2019 Tempat

penelitian dilakukan di Laboratorium Lingkungan Pusat Laboratorium Terpadu (PLT)

Fakultas Sains dan Teknologi Univerisitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Laboratorium Milling Laboratorium Furnace Departemen Fisika Universitas

Indonesia serta Pusat Penelitian Metalurgi dan Material LIPI Gedung 470 Kawasan

PUSPITEK Serpong Tangerang Selatan

32 Alat dan Material

321 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Breaker glass

Pipet Neraca Digital Kertas Timbang Magnetic Strirrer Spatula pH meter

digital Alumunium Foil Krusibel Oven Hot plate Furnace Termometer

Mortar Wadah stainless steel Lemari Asam X-Ray Diffractometer (XRD)

Cyrogenic Magnetometer Scanning Elektron Microscope (SEM)

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

21

322 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lanthanum

(III) oxide (La2O3) Calcium nitrate (Ca(NO3)2) Strontium nitrate (Sr(NO3)2)

Mn(NO3)24H2O Citric acid monohydrate (C6H8O7 H2O) Nitric acid (HNO3)

Amonia solution Aquabidest Alkohol

Gambar 3 1 Prekursor penelitian (Dokumentasi Pribadi)

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

22

33 Tahapan Penelitian

Gambar 32 Tahapan penelitian

Mulai

Semua prekursor ditimbang sesuai

dengan perhitungan stokiometri

Prekusor La2O3

ditambahkan aquabidest dan

HNO3

Prekusor (Sr(NO3)2

Ca(NO3)2 Mn(NO3)24H2O

C6H8O7H2O) dilarutkan

dengan aquabidest

Campurkan prekusor menjadi satu larutan

Panaskan sambil diaduk sampai plusmn 80degC

Tambahkan ammonia solution sampai pH 7

Proses dehidrasi 120degC sampai gel mengering

Kalsinasi 650degC selama 6 jam

Kalsinasi ulang 1000degC

selama 6 jam

Kompaksi 10

ton

Karakterisasi XRD dan

FPP

Analisa dan

pembahasan Kesimpulan

Sintering pada

1200degC selama 12

jam

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

23

34 Prosedur Penelitian

Sintesis sampel LSMO dengan dopan Ca dilakukan dengan metode sol-gel

dengan komposisi variasi material-material menggunakan perhitungan stoikiometri

dengan total massa 12 gram Tiap-tiap komposisi yang telah ditimbang dilarutkan

dalam aquabidest Larutan dicampur pada hotplate Setelah semua sampel lanthanum

manganat selesai disintesis maka sampel didehidrasi dan dikalsinasi untuk

menghilangkan unsur-unsur organik kemudian dilakukan sintering yang bertujuan

untuk pembentukan kristal Kemudian sampel dikarakterisasi menggunakan X-Ray

Diffractometer (XRD) untuk memperlihatkan fasa yang terbentuk pada sampel dan

Cyrogenic Magnetometer untuk menganalisa resitivitas pada sampel

341 Perhitungan Stoikiometri Komposisi Material

Penelitian ini menggunakan material-material dasar seperti La2O3 Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)24H2O dan C6H8O7H2 Spesifikasi material tersebut

disajikan pada tabel berikut ini

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

24

Tabel 31 Data Spesifikasi Material Dasar

No Rumus Kimia Nama Senyawa Mr

(grmol) Produk Kemurnian

1 La2O3

Lanthanum (III)

Oxide 325809 Merck 99

2 Sr(NO3)2

Stronsium

Nitrate 2116274 Merck 99

3 Ca(NO3)24H2O

Calcium Nitrate

Tetrahydrate 2361446 Merck 99

4 Mn(NO3)2 4H2O

Manganese (II)

Nitrate

Tetrahydrate

2510046 Merck 985

5 C6H8O7 H2O

Citric Acid

Monohydrate 2101352 Merck 995

Sampel La07(Sr1-xCax)03MnO3 divariasikan dengan nilai komposisi x= 0 03

05 07 Setelah proses pencampuran dengan variasi nilai x berikut adalah nilai Mr

tiap komposisi

Tabel 32 Data nilai Mr sampel berdasarkan variasi nilai x

X Senyawa Mr Senyawa

0 La07Sr03MnO3 2264552

03 La07Sr021Ca009MnO3 22217642

05 La07Sr015Ca015MnO3 2193239

07 La07Sr009Ca021MnO3 21647138

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

25

Dari nilai Mr yang telah didapat maka akan diketahui nilai masing-masing wt

dari komposisi material Sehingga nilai wt dapat diolah untuk dijadikan nilai massa

(gram) untuk dijadikan nilai ukuran saat penelitian dilakukan Di bawah ini merupakan

tabel data komposisi material berdasarkan kemurnian untuk dilakukan penimbangan

Tabel 33 Data Komposisi Material Dasar untuk Proses Sintesis Material

Masa prekursor berdasarkan kemurnian

x gr

La2O3

Gr

Sr(NO3)2

gr

Ca(NO3)24H2O

gr

Mn(NO3)24H2O

gr

C6H8O7 H2O

0 604874 339826 000000 1350344 268588

03 616522 242460 115949 1376350 273760

05 624541 175438 195762 1394250 277321

07 632771 106650 277679 1412623 280975

342 Proses Sintesis Pada Sampel

Material yang dibuat pada penelitian ini dilakukan sintesis dengan metode sol-

gel Diawali dengan menimbang semua material menggunakan neraca digital sesuai

dengan perhitungan stoikiometri yang telah didapat Lalu material-material Sr(NO3)2

Ca(NO3)24H2O Mn(NO3)2 4H2O C6H8O7 H2O dilarutkan menggunakan aquabidest

untuk serbuk La2O3 pelarutnya ditambahkan menggunakan asam nitrat (HNO3) dari

larutan berwarna putih susu hingga berubah menjadi bening Selanjutnya material-

material yang sudah dilarutkan dicampurkan kedalam beaker glass dan dilakukan

proses homogenisasi material dengan hot plate pada suhu 70 ndash 80degC dengan rotasi 300

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

26

rpm Ketika suhu mencapai 70degC larutan diberikan Amonia Solution sampai pH

campuran bernilai 7 (netral) Kemudian tunggu larutan hingga berubah wujud menjadi

Gel dengan ciri-ciri magnetic stirrer tidak dapat bergerak

Selanjutnya sampel yang sudah menjadi gel dilakukan proses dehidrasi

menggunakan oven dengan suhu 120degC hingga sampel mengering Lalu sampel

dipindahkan kedalam krusibel dan diletakan dalam wadah stainless steel untuk

dilakukan proses kalsinasi dengan 600degC selama 6 jam menggunakan furnace Lab

Lingkungan UIN Jakarta Berikutnya sampel digerus menggunakan mortar dan

dilakukan proses kalsinasi ulang dengan suhu 1000degC selama 12 jam menggunakan

furnace Lab Furnace Universitas Indonesia Sampel yang sudah di kalsinasi ulang

selanjutnya dikompaksi dengan tekanan 10 ton selama 10 menit Kemudian sampel

memasuki proses sintering dengan suhu 1200degC selama 6 jam di Lab Furnace

Universitas Indonesia Sampel yang sudah disintering disesuaikan kembali bentuknya

untuk dapat dilakukan karakterisasi XRDSEM dan CM

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

27

Gambar 33 Proses pembuatan gel La07(Sr1-xCax)03MnO3 (Dokumentasi Pribadi)

35 Karakterisasi

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal Apabila sampel yang diuji mendapatkan satu fasa lalu

karakterisasi dilanjutkan untuk menganalisa morfologi dan ukuran grain dengan

menggunakan SEM Resistivitas pada material dapat dilakukan karakterisasi dengan

menggunakan Cyrogenic Magnetometer

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

28

351 XRD (X-ray Diffractometer)

Setelah melakukan proses sintesis kemudian sampel dikarakterisasi

menggunakan XRD untuk mengetahui fasa yang terbentuk parameter kisidan

mengetahui struktur kristal [29] Untuk melakukan uji XRD sampel yang dibutuhkan

berbentuk serbuk sehingga sampel yang sudah dikompaksi perlu ditumbuk kembali

hingga menjadi bentuk sebuk Penguian XRD (X-ray Diffractometer) menggunakan

Panalitycal Xrsquopert Pro MPD dengan Fast Detector XrsquoCelerator dengan panjang

gelombang λ= 154056 Å 10deg - 90deg di Lab Panalitical Universitas Indonesia

Gambar 34 X-ray Diffractometer (Dokumentasi pribadi)

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

29

352 Scanning Elektron Microscope (SEM)

Scanning Elektron Microscope adalah jenis mikroskop elektron yang

menampilkan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron

Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal

yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi komposisi dan sifat

lainnya seperti daya konduksi listrik [30]

Berdasarkan karya Max Knoll dan Manfred von Ardenne pada tahun 1930-an

SEM terdiri dari seberkas elektron yang memindai permukaan sampel yang akan

dianalisis dimana elektron yang dipancarkan kembali memancarkan partikel tertentu

Partikel ini dianalisis oleh detektor yang berbeda yang memungkinkan untuk

merekonstruksi gambar tiga dimensi dari permukaan Saat ini pemindaian mikroskop

elektron digunakan di berbagai bidang mulai dari biologi hingga teknik material dan

banyak produsen menawarkan serangkaian perangkat dengan detektor elektron

sekunder dan resolusi yang berkisar antara 04 nanometer hingga 20 nanometer [31]

30

Gambar 35 Prinsip kerja SEM [30]

353 Cyrogenic Magnetometer

Alat ukur yang digunakan untuk pengujian nilai resistivitas yaitu cyrogenic

magnetometer dengan metode pengukuran four-point probe (probe 4 titik disingkat

FPP) adalah salah satu jenis alat yang biasa digunakan untuk mengukur nilai resistivitas

suatu lapisan material elektronika yaitu material semikonduktor seperti Silikon (Si)

Germanium (Ge) Gallium Arsenide (GaAs) juga material logam dalam bentuk thin

film (lapisan tipis) yang dipergunakan dalam pembuatan piranti elektronika

Seperti namanya alat ukur ini didasarkan pada 4 buah probe dengan 2 probe

berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan 2 probe yang lain untuk mengukur

tegangan listrik sewaktu probe-probe tersebut dikenakan pada material (sampel)

31

Untuk menentukan serta mengkaji sifat-sifat material tersebut dapat dilakukan dengan

menentukan nilai resistivitas untuk suatu luasan dan ketebalan tertentu Beberapa

parameter lain yang dapat diperoleh dari pengukuran material dengan menggunakan

peralatan ini antara lain adalah mengetahui jenis dopan suatu material semikonduktor

(positif atau negatif) mobilitas elektron dari suatu material dan lain-lain [32]

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM) [33]

32

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD

Fasa yang terbentuk dari hasil proses sintesis didapat hasil yang single phase

pada tanpa puncak pengotor pada masing - masing sampel menandakan bahwa

material-material yang diolah tercampur dengan homogen Agar mengetahui fasa yang

terbenuk dari sampel struktur kristal space grup volume unit cell ukuran kristal dan

lainnya dilakukan pengukuran difraksi sinar-X menggunakan alat XRD (X-ray

Diffraction) Berikut adalah hasil yang diperoleh dari analisis menggunakan metode

Rietvield

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan variasi nilai (119909 = 0 03 05 07)

33

Dari grafik diatas memperlihatkan pola difraksi sinar X dari masing-masing

nilai memiliki pola yang sama dengan adanya pergeseran posisi puncak difraksi

terhadap sudut 2120579 Puncak difraksi diketahui bergeser ke arah kanan seperti terlihat

pada gambar 42 pergeseran ini terjadi dikarenakan adanya subtitusi ion Ca2+ pada

sampel Substitusi ion Ca2+ yang memiliki jari-jari ion lebih kecil yaitu sebesar 099Å

dibandingkan jari-jari ion Sr2+ yang bernilai 144Å menyebabkan jari-jari ion dan jarak

antar bidang kristal akan menurun sehingga nilai theta akan lebih besar dan pola

difraksi X-ray Diffraction akan bergeser ke kanan hal ini sesuai dengan rumus hukum

Bragg yaitu

119899120582 = 2119889119904119894119899120579 (41)

Untuk melihat pergerseran peak secara lebih jelas disajikan pada gambar berikut ini

dengan range 2120579 sebesar 30 - 35deg

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan nilai 2120579

diperkecil (30 - 35deg)

34

Dari Gambar 43 dapat dilihat adanya perbedaan bentuk peak pada x = 0 03

05 dengan x = 07 hal ini diakibatkan perbedaan jenis struktul kristal yang terbentuk

Pada variasi x = 0 03 05 struktur kistal yang terbentuk adalah rhombohedral dengan

space group R ndash 3c Sedangkan struktur kristal yang terbentuk pada x = 07 adalah

orthorombik dengan space group P n m a Berikut ini adalah data selengkapnya

mengenai parameter struktural sampel

Gambar 43 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

35

Gambar 44 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 45 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

36

Gambar 46 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth

pada Tabel 41 menggunakan persamaan (22) dimana nilai toleransi pada konsentrasi

dopan x = 0 03 05 berada pada nilai diatas 096 sehinga struktur kristal yang

terbentuk adalah rhombohedral Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 07 nilai

toleransinya di bawah 096 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah

orthorhombik

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

31

Untuk menentukan serta mengkaji sifat-sifat material tersebut dapat dilakukan dengan

menentukan nilai resistivitas untuk suatu luasan dan ketebalan tertentu Beberapa

parameter lain yang dapat diperoleh dari pengukuran material dengan menggunakan

peralatan ini antara lain adalah mengetahui jenis dopan suatu material semikonduktor

(positif atau negatif) mobilitas elektron dari suatu material dan lain-lain [32]

Gambar 36 Prinsip kerja cyrogenic magnetometer (CM) [33]

32

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD

Fasa yang terbentuk dari hasil proses sintesis didapat hasil yang single phase

pada tanpa puncak pengotor pada masing - masing sampel menandakan bahwa

material-material yang diolah tercampur dengan homogen Agar mengetahui fasa yang

terbenuk dari sampel struktur kristal space grup volume unit cell ukuran kristal dan

lainnya dilakukan pengukuran difraksi sinar-X menggunakan alat XRD (X-ray

Diffraction) Berikut adalah hasil yang diperoleh dari analisis menggunakan metode

Rietvield

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan variasi nilai (119909 = 0 03 05 07)

33

Dari grafik diatas memperlihatkan pola difraksi sinar X dari masing-masing

nilai memiliki pola yang sama dengan adanya pergeseran posisi puncak difraksi

terhadap sudut 2120579 Puncak difraksi diketahui bergeser ke arah kanan seperti terlihat

pada gambar 42 pergeseran ini terjadi dikarenakan adanya subtitusi ion Ca2+ pada

sampel Substitusi ion Ca2+ yang memiliki jari-jari ion lebih kecil yaitu sebesar 099Å

dibandingkan jari-jari ion Sr2+ yang bernilai 144Å menyebabkan jari-jari ion dan jarak

antar bidang kristal akan menurun sehingga nilai theta akan lebih besar dan pola

difraksi X-ray Diffraction akan bergeser ke kanan hal ini sesuai dengan rumus hukum

Bragg yaitu

119899120582 = 2119889119904119894119899120579 (41)

Untuk melihat pergerseran peak secara lebih jelas disajikan pada gambar berikut ini

dengan range 2120579 sebesar 30 - 35deg

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan nilai 2120579

diperkecil (30 - 35deg)

34

Dari Gambar 43 dapat dilihat adanya perbedaan bentuk peak pada x = 0 03

05 dengan x = 07 hal ini diakibatkan perbedaan jenis struktul kristal yang terbentuk

Pada variasi x = 0 03 05 struktur kistal yang terbentuk adalah rhombohedral dengan

space group R ndash 3c Sedangkan struktur kristal yang terbentuk pada x = 07 adalah

orthorombik dengan space group P n m a Berikut ini adalah data selengkapnya

mengenai parameter struktural sampel

Gambar 43 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

35

Gambar 44 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 45 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

36

Gambar 46 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth

pada Tabel 41 menggunakan persamaan (22) dimana nilai toleransi pada konsentrasi

dopan x = 0 03 05 berada pada nilai diatas 096 sehinga struktur kristal yang

terbentuk adalah rhombohedral Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 07 nilai

toleransinya di bawah 096 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah

orthorhombik

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

32

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

41 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan XRD

Fasa yang terbentuk dari hasil proses sintesis didapat hasil yang single phase

pada tanpa puncak pengotor pada masing - masing sampel menandakan bahwa

material-material yang diolah tercampur dengan homogen Agar mengetahui fasa yang

terbenuk dari sampel struktur kristal space grup volume unit cell ukuran kristal dan

lainnya dilakukan pengukuran difraksi sinar-X menggunakan alat XRD (X-ray

Diffraction) Berikut adalah hasil yang diperoleh dari analisis menggunakan metode

Rietvield

Gambar 41 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan variasi nilai (119909 = 0 03 05 07)

33

Dari grafik diatas memperlihatkan pola difraksi sinar X dari masing-masing

nilai memiliki pola yang sama dengan adanya pergeseran posisi puncak difraksi

terhadap sudut 2120579 Puncak difraksi diketahui bergeser ke arah kanan seperti terlihat

pada gambar 42 pergeseran ini terjadi dikarenakan adanya subtitusi ion Ca2+ pada

sampel Substitusi ion Ca2+ yang memiliki jari-jari ion lebih kecil yaitu sebesar 099Å

dibandingkan jari-jari ion Sr2+ yang bernilai 144Å menyebabkan jari-jari ion dan jarak

antar bidang kristal akan menurun sehingga nilai theta akan lebih besar dan pola

difraksi X-ray Diffraction akan bergeser ke kanan hal ini sesuai dengan rumus hukum

Bragg yaitu

119899120582 = 2119889119904119894119899120579 (41)

Untuk melihat pergerseran peak secara lebih jelas disajikan pada gambar berikut ini

dengan range 2120579 sebesar 30 - 35deg

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan nilai 2120579

diperkecil (30 - 35deg)

34

Dari Gambar 43 dapat dilihat adanya perbedaan bentuk peak pada x = 0 03

05 dengan x = 07 hal ini diakibatkan perbedaan jenis struktul kristal yang terbentuk

Pada variasi x = 0 03 05 struktur kistal yang terbentuk adalah rhombohedral dengan

space group R ndash 3c Sedangkan struktur kristal yang terbentuk pada x = 07 adalah

orthorombik dengan space group P n m a Berikut ini adalah data selengkapnya

mengenai parameter struktural sampel

Gambar 43 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

35

Gambar 44 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 45 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

36

Gambar 46 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth

pada Tabel 41 menggunakan persamaan (22) dimana nilai toleransi pada konsentrasi

dopan x = 0 03 05 berada pada nilai diatas 096 sehinga struktur kristal yang

terbentuk adalah rhombohedral Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 07 nilai

toleransinya di bawah 096 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah

orthorhombik

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

33

Dari grafik diatas memperlihatkan pola difraksi sinar X dari masing-masing

nilai memiliki pola yang sama dengan adanya pergeseran posisi puncak difraksi

terhadap sudut 2120579 Puncak difraksi diketahui bergeser ke arah kanan seperti terlihat

pada gambar 42 pergeseran ini terjadi dikarenakan adanya subtitusi ion Ca2+ pada

sampel Substitusi ion Ca2+ yang memiliki jari-jari ion lebih kecil yaitu sebesar 099Å

dibandingkan jari-jari ion Sr2+ yang bernilai 144Å menyebabkan jari-jari ion dan jarak

antar bidang kristal akan menurun sehingga nilai theta akan lebih besar dan pola

difraksi X-ray Diffraction akan bergeser ke kanan hal ini sesuai dengan rumus hukum

Bragg yaitu

119899120582 = 2119889119904119894119899120579 (41)

Untuk melihat pergerseran peak secara lebih jelas disajikan pada gambar berikut ini

dengan range 2120579 sebesar 30 - 35deg

Gambar 42 Grafik pola difraksi XRD dari material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan nilai 2120579

diperkecil (30 - 35deg)

34

Dari Gambar 43 dapat dilihat adanya perbedaan bentuk peak pada x = 0 03

05 dengan x = 07 hal ini diakibatkan perbedaan jenis struktul kristal yang terbentuk

Pada variasi x = 0 03 05 struktur kistal yang terbentuk adalah rhombohedral dengan

space group R ndash 3c Sedangkan struktur kristal yang terbentuk pada x = 07 adalah

orthorombik dengan space group P n m a Berikut ini adalah data selengkapnya

mengenai parameter struktural sampel

Gambar 43 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

35

Gambar 44 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 45 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

36

Gambar 46 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth

pada Tabel 41 menggunakan persamaan (22) dimana nilai toleransi pada konsentrasi

dopan x = 0 03 05 berada pada nilai diatas 096 sehinga struktur kristal yang

terbentuk adalah rhombohedral Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 07 nilai

toleransinya di bawah 096 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah

orthorhombik

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

34

Dari Gambar 43 dapat dilihat adanya perbedaan bentuk peak pada x = 0 03

05 dengan x = 07 hal ini diakibatkan perbedaan jenis struktul kristal yang terbentuk

Pada variasi x = 0 03 05 struktur kistal yang terbentuk adalah rhombohedral dengan

space group R ndash 3c Sedangkan struktur kristal yang terbentuk pada x = 07 adalah

orthorombik dengan space group P n m a Berikut ini adalah data selengkapnya

mengenai parameter struktural sampel

Gambar 43 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

35

Gambar 44 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 45 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

36

Gambar 46 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth

pada Tabel 41 menggunakan persamaan (22) dimana nilai toleransi pada konsentrasi

dopan x = 0 03 05 berada pada nilai diatas 096 sehinga struktur kristal yang

terbentuk adalah rhombohedral Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 07 nilai

toleransinya di bawah 096 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah

orthorhombik

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

35

Gambar 44 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 45 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

36

Gambar 46 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth

pada Tabel 41 menggunakan persamaan (22) dimana nilai toleransi pada konsentrasi

dopan x = 0 03 05 berada pada nilai diatas 096 sehinga struktur kristal yang

terbentuk adalah rhombohedral Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 07 nilai

toleransinya di bawah 096 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah

orthorhombik

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

36

Gambar 46 Pola difraksi sinar X La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Perubahan struktur kristal juga dikonfirmasi oleh nilai toleransi goldscmidth

pada Tabel 41 menggunakan persamaan (22) dimana nilai toleransi pada konsentrasi

dopan x = 0 03 05 berada pada nilai diatas 096 sehinga struktur kristal yang

terbentuk adalah rhombohedral Sedangkan pada konsentrasi dopan x = 07 nilai

toleransinya di bawah 096 sehingga struktur kristal yang terbentuk adalah

orthorhombik

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

37

Tabel 41 Hasil analisis parameter struktural La07(Sr1-xCax)03MnO3 diperoleh dari metode

Rietveld

Parameter x = 0 x = 03 x = 05 x = 07

Struktur

Kristal Rhombohedral Orthorombik

Space grup R-3c P n m a

a (Å) 550300 549700 548200 546200

b (Å) 550300 549700 548200 771400

c (Å) 1334200 1333200 1329800 548000

Volume sel (Å120785) 34991 34843 34609 23089

Ukuran kristal

(nm) 6811956 6379777 6341714 5156927

Rp 491631 501138 554819 596692

Wrp 632723 657214 735731 785279

GoF 091729 105342 116267 10795

Bond length (Å)

dMn-O 1955 1953 1950 1964

1961

ltMn-Ogt 1955 1953 1950 1962

Bond angle (deg)

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160928

160002

ltMn-O-Mngt 166313 166468 166564 160465

Bandwidth (ua)

W (10-2) 0093156 0095391 0095915 0095915

Toleransi Goldscmidth

trsquo 0987521 0972838 096305 0953262

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

38

Pola difraksi hasil karakterisasi XRD telah dianalisis dengan menggunakan

metode rietvield refirement untuk mengetahui parameter kristal seperti lattice

parameter sistem kristal ukuran kristal dll Hasil analisis dari parameter diatas dapat

dilihat bahwa terjadi fenomena perubahan struktur kristal dari rhombohedral menjadi

orthorhombik pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07 Hal ini dapat

terjadi karena pada dopan tersebut unsur Ca lebih dominan saat dilakukan perhitungan

stoikiometri parameter kisi yang terbentuk sangat cocok dengan struktur krital

orthorhombik sehingga menyebabkan sifat - sifat yang terbentuk lebih mendekati

polikristal LCMO [34]

Nilai chi-square yang didapat dari seluruh sampel bernilai di bawah 13 Hal

ini menunjukan bahwa hasil fitting database dengan eksperimen mendapatkan

kecocokan yang baik Analisa ini diperkuat dari literatur M Hikam yang menyatakan

bahwa hasil fitting terbaik adalah ketika nilai chi-square berkisar antara 100 sampai

130 [35] Pada Tabel 41 terlihat pula bahwa parameter kisi terjadi perubahan dengan

nilai yang berkurang secara linear hal ini membuktikan bahwa dopan atau subtitusi

yang diberikan kepada material berhasil dilakukan Berikut adalah visualisasi struktur

kristal seluruh hasil analisis dengan menggunakan software VESTA

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

9

Gambar 47 Visualisasi struktur kristal La07(Sr1-xCax)03MnO3

dengan (a) Rhombohedral pada x = 0 03 05 (b) Orthorombik pada x = 07

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

40

Gambar 48 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap volume unit sel

Gambar 49 Grafik perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap ukuran kristal

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

41

Gambar 410 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap Bond length (d) dan Bond

angle (θ)

Bond length yang semakin kecil dan bond angle yang semakin besar seiring

dengan penambahan konsentrasi dopan menunjukan bahwa sampel mengalami

perubahan parameter kisi pada kristal diakibatkan adanya distorsi sesuai dengan teori

efek Jahn Teller Hal ini mengakibatkan hoping atau perpindahan elektron menjadi leih

mudah saat proses double exchange terjadi [36] Dari pengukuran bond length dan

bond angle tersebut dapat ditentukan nilai bandwidth Di bawah ini adalah hubungan

antara bandwidth dengan bond length dan bond angle

119882 =119888119900119904

1

2 (120587 lt119872119899minus119874minus119872119899gt )

( 119872119899minus119874 ) 35 (42)

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

42

Gambar 411 Grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap bandwidth

Nilai bandwidth dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam melakukan

double exchange atau proses perpindahan elektron dari ion Mn3+ meuju ion Mn4+

melalui perantara oksigen Bila nilai bandwidth yang didapat semakin meningkat maka

kemampuan material untuk mengalami fenomena double exchange pun turut serta

meningkat Dan apabila nilai bandwidth pada sampel mengalami penurunan maka

interaksi double exchange pada sampel akan mengalami penuruan seiring dengan

penambahan variasi subtitusi ion divalent [37]

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

43

42 Karakterisasi La07(Sr1-xCax)03MnO3 menggunakan SEM

Di bawah ini adalah hasil sampel yang telah dilakukan uji SEM dengan alat FEI

Quanta 650 dengan mode backscattered elektron (BSE) dan secondary elektron (SE)

serta perbesaran 500x dan 5000x

(a) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

(b) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

44

(c) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

(d) Grain pada La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Gambar 412 Hasil pengujian SEM perbesaran BSE 500x dan SE 5000x pada

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari pengujian SEM menunjukan bahwa penambahan subtitusi ion Ca2+

membuat ukuran grain pada material menjadi semakin mengecil secara linier dengan

rata-rata ukuran grain sebesar (a) 55355 μm (b) 51422 μm (c) 34133 μm (d) 32301

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

45

μm Sampel x = 0 atau tanpa dopan Ca memiliki nilai rata-rata ukuran grain terbesar

dan sampel x = 07 memiliki nilai rata-rata ukuran grain terkecil

Tabel 42 Nilai rata-rata ukuran grain pada material La07(Sr1-xCax)03MnO3 hasil

pengujian SEM

Konsentrasi dopan x Rata-rata ukuran grain (μm)

0 55355

03 51422

05 34133

07 32301

Gambar 413 Perbandingan antara konsentrasi dopan terhadap dan ukuran grain

Dapat diamati dengan penambahan ion Ca2+ sangat berpengaruh pada ukuran

grain yang telah dikarakterisasi dengan SEM yang mengakibatkan mengalami

pengecilan ukuran grain Ukuran grain sangat berperan penting dalam proses transfer

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

46

elekton Ketika ukuran grain menurun maka nilai resistivitas akan bertambah sehingga

proses transfer elektron menjadi terganggu [38]

43 Karakterisasi La07(Sr1xCax)03MnO3 menggunakan CM

Hasil karakterisasi Cyrogenic Magnetometer dengan menggunakan

metode four point probe (FPP) diperoleh grafik yang terdiri dari perbandingan nilai

arus terhadap tegangan seperti ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 414 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 0

y = 49605x - 00003Rsup2 = 1

-015

-01

-005

0

005

01

015

-300E-03-200E-03-100E-03000E+00100E-03200E-03300E-03

Aru

s

Tegangan

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

47

Gambar 415 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 03

Gambar 416 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 05

y = 00296x + 8E-06Rsup2 = 09997

-150E-03

-100E-03

-500E-04

000E+00

500E-04

100E-03

150E-03

-004 -002 0 002 004A

rus

Tegangan

y = 00869x - 9E-05Rsup2 = 09997

-0015

-001

-0005

0

0005

001

0015

-015 -01 -005 0 005 01 015

Aru

s

Tegangan

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

48

Gambar 417 Grafik perbandingan arus terhadap tegangan sampel

La07(Sr1-xCax)03MnO3 dengan x = 07

Tabel 43 Data hasil pengujian Cyrogenic Magnetometer

Konsentrasi dopan Keterangan

A (m2) ℓ (m)

0 32410-6 1510-3

03 367510-6 210-3

05 21610-6 1510-3

07 367510-6 110-3

Masing ndash masing nilai resistansi yang telah diukur diolah menjadi nilai

resistivitas dengan persamaan (23) dengan data luas penampang dan jarak sampel

sehingga didapatkan grafik perbandingan konsentrasi dopan terhadap nilai resistivitas

sebagai beikut

y = 16804x + 00001Rsup2 = 09998

-015

-01

-005

0

005

01

015

-100E-02 -500E-03 000E+00 500E-03 100E-02A

rus

Tegangan

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

49

Gambar 418 Grafik perbandingan resistivitas terhadap konsentrasi dopan

La07(Sr1_xCax)03MnO3 dengan x = 0 03 05 07

Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar 7297310-1 m

dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4 m Subtitusi ion Ca2+

meningkatkan nilai resistivitas Namun terjadi penurunan nilai resistivitas seiring

penambahan dopan

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

51 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya maka dapat

ditarik kesimpulan bahwa

1 Telah berhasil dibuat material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07)

dengan menggunakan metode sol-gel

2 Material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05 07) terjadi perubahah ukuran

kristal dan struktur kristal pada subtitusi konsentrasi dopan x = 07 Pada

subtitusi konsentrasi dopan x = 0 03 05 tidak ada perubahan struktur kristal

tetapi terdapat perubahan pada parameter kisi

3 Dari hasil karakterisasi SEM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) menunjukan adanya penambahan subtitusi Camengakibatkan ukuran

grain menjadi semakin kecil

4 Dari hasil karakterisasi CM material La07(Sr1-xCax)03MnO3 (x = 0 03 05

07) memiliki nilai resistivitas tertinggi pada subtitusi x = 03 sebesar

7297310-1 m dan nilai resistivitas terendah pada x = 0 sebesar 4354410-4

m Subtitusi ion Ca2+ meningkatkan nilai resistivitas

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

51

52 Saran

Konsentrasi dopan sangatlah berpengaruh terhadap parameter struktur

morfologi dan nilai resistivitas pada material Di masa depan diharapkan penelitian ini

dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan nilai R terhadap T dan nilai R

terhdap H untuk mengetahui pengaruh subtitusi ion Ca2+ terhadap efek magneto

resistance pada sampel

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

52

DAFTAR REFERENSI

[1] Y Xu M Meier P Das and M R Koblischka ldquoPerovskite manganites 

potential materials for magnetic cooling at or near room temperaturerdquo vol 5

pp 383ndash389 2002

[2] L Magnetic M La C Mno W Sato N Ochi A Taniguchi T Terai T

Kakeshita A Shinohara and Y Ohkubo ldquoW Sato rdquo vol 8 no 2 pp 89ndash92

2007

[3] I A Lira-herna and C A Corte ldquoCrystal Structure Analysis of Calcium-Doped

Lanthanum Manganitesrdquo vol 3477 pp 3474ndash3477 2010

[4] A Rostamnejadi M Venkatesan P Kameli H Salamati and J M D Coey

ldquoJournal of Magnetism and Magnetic Materials room temperaturerdquo J Magn

Magn Mater vol 323 no 16 pp 2214ndash2218 2011

[5] Lezione ldquoJahn-Teller distortion and coordination number fourrdquo

[6] A I Tovstolytkin V M Tsmots L I Pan P G Litovchenko and I S Pan

ldquoMagnetic and magnetoresistive properties of sodium-substituted lanthanum

manganitesrdquo vol 220 2010

[7] T Kaplan ldquoPhysics of Manganitesrdquo 1999

[8] S Winarsih B Kurniawan A Manaf and D Nanto ldquocompounds by sol-gel

method Investigation of Structural and Electrical properties ofrdquo vol 7 pp 1ndash6

2016

[9] H-S Lee and H-H Park ldquoBand Structure Analysis of La 07 Sr 03 MnO 3

Perovskite Manganite Using a Synchrotronrdquo Adv Condens Matter Phys vol

2015 pp 1ndash7 May 2015

[10] Q Huang and J W Lynn ldquoStructure and magnetic order in undoped lanthanum

manganiterdquo vol 55 no 22 1997

[11] K P Lim ldquoEffect of Divalent Ions ( A = Ca Ba and Sr ) Substitution in

LaAMnO Manganite on Structural Magnetic and Electrical Transport

Propertiesrdquo no June 2009

[12] U Widyaiswari B Kurniawan and A Imaduddin ldquoStudy of La0 67Sr0

33MnO3 Structure and Resistivity Synthesized by Using Sol Gel Methodrdquo no

November 2016

[13] T D Thanh L H Nguyen D H Manh N V Chien P T Phong N V Khiem

L V Hong and N X Phuc ldquoStructural magnetic and magnetotransport

behavior of LSCMO compoundsrdquo Phys B Phys Condens Matter vol 407 no

1 pp 145ndash152 2012

[14] S Miyamaru ldquoProperties of Sr Doped Lanthanum Manganite for SOFCrdquo vol

418 pp 354ndash358 2003

[15] M Aparicio and A Jitianu Advances in Sol-Gel Derived Materials and

Technologies Springer 2012

[16] S Ravi and A Karthikeyan ldquoEffect of calcination Temperatur on LSMO

nanoparticles synthesized with modified sol-gel routerdquo Phys Procedia vol 54

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

53

no 2004 pp 45ndash54 2014

[17] D Cao Y Zhang W Dong J Yang W Bai and Y Chen ldquoStructure

magnetic and transport properties of La07Ca 03-xSrxMnO3 thin films by solndash

gel methodrdquo pp 3ndash8 2015

[18] F M Fernandez ldquoSimple model for Crystal Field Theoryrdquo no March 2016

[19] N Panwar and I Coondoo ldquoStructural Morphological Magneto-Transport and

Thermal Properties of Antimony Substituted (LaPr)23Ba13Mn1-xSbxO3

Perovskite Manganitesrdquo 2011

[20] Y osry A A Ttia Sol-Gel Processing and Applications Springer 1994

[21] P Innocenzi Sol-Gel Methods for Materials Springer 2007

[22] W Wunderlich Ceramic Material SCIYO 2010

[23] B Bechlars D M D Alessandro D M Jenkins A T Iavarone S D Glover

C P Kubiak and J R Long ldquoHigh-spin ground states via electron

delocalization in mixed-valence imidazolate-bridged divanadiumrdquo Nat Chem

vol 2 no 5 pp 362ndash368 2010

[24] J M B Lopes S V M Pereira A H Neto and A L Videira ldquoDouble

Exchange Magnetism and Transport in Condensed Matter Physics Advances

in Physical Science  meeting in honour of Professorrdquo pp 5ndash7

[25] A Urushibara A Asamitsu and L Sr ldquoInsulator-metal transition and giant

magnetoresistance in La1-xSrxMnO3rdquo vol 51 no 20 pp 103ndash109 1995

[26] R P Schiffer ldquoLow Temperature Magnetoresistance and the Magnetic Phase

Diagram ofLa1-x CaxMn03rdquo vol 75 no 18 pp 3336ndash3339 1995

[27] B Kurniawan A Manaf and R Ramadhan ldquoEffect of various sintering

temperature on resistivity behaviour andrdquo no November 2017 pp 1ndash6 2016

[28] D N H Nam and N V Khien ldquoTemperature memory and resistive glassy

behavior of a perovskite manganiterdquo no February 2008

[29] A Goktas ldquoGrowth and characterization of La1 minus xAxMnO3 (A = Ag and K x

= 033) epitaxial and polycrystalline manganite thin filmsrdquo Elsevier Ltd 2011

[30] C E Lyman D E Newbury J I Goldstein D B Williams J T Armstrong

C E Fiori and D C Joy Scanning Electron Microscopy X-Ray Microanalysis

and Analytical Electron Microscopy New ork Plenum Press 1990

[31] S Winarsih B Kurniawan and A Manaf ldquoEffect of Ca-Doping on the

Structure and Morphology of Polycrystalline LBMOrdquo vol 7 no December

2016

[32] F M Smits ldquoMeasurement of Sheet Resistivities with the FPPrdquo 1957

[33] T M Hansen K Stokbro and O Hansen ldquoResolution enhancement of

scanning four-point-probe measurements on two- dimensional systems

Resolution enhancement of scanning four-point-probe measurements on two-

dimensional systemsrdquo no May 2014 2003

[34] R Masrour E K Hlil M Hamedoun and A Benyoussef ldquoElectronic Structure

and Magnetic Properties of LCMOrdquo no February 2015

[35] M Hikam ldquoAnalisis Difraksi Sinar-X ( X-Ray Diffraction Analysis )rdquo 2000

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015

54

[36] Z Duan Y Cui X Shi and J Wei ldquoFacile fabrication of micro-patterned

LSMO fi lms with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel

method on LaAlO 3 substratesrdquo Ceram Int vol 42 no 12 pp 14100ndash14106

2016

[37] Z J Razi and S A S A Khajehnezhad ldquoMagnetoresistance temperature

dependence of LSMO and LBMO perovskite manganitesrdquo J Theor Appl

Phys no 0123456789 2018

[38] H Lee and H Park ldquoBand Structure Analysis of La07Sr03MnO3 Perovskite

Manganite Using a Synchrotronrdquo vol 2015 pp 1ndash8 2015