lembar pengesahan skripsi - digilib.uns.ac.id... · iii pernyataan dengan ini saya menyatakan bahwa...

ii

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI

Skripsi dengan judul: Fabrikasi dan Karakterisasi Kaca TZBN yang didadah Ion

Nd3+

Yang ditulis oleh:

Nama : Evi Nurliana

NIM : M0209023

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada

Hari : Rabu

Tanggal : 28 Agustus 2013

Anggota Tim Penguji:

1. Dra. Riyatun, M.Si

NIP.19680226 199402 2 001

2. Lita Rahmasari, S.Si., M.Sc

NIP.19800707 201012 2 001

3. Mohtar Yunianto, S.Si., M.Si

NIP. 19800630 200501 1 001

4. Drs. Hery Purwanto, M.Sc.

NIP. 19590518 198703 1 002

................................

................................

................................

................................

Disahkan Oleh

Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D

NIP. 19680508 199702 1 001

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

commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Fabrikasi

dan Karakterisasi Kaca TZBN yang didadah Ion Nd3+

“ belum pernah diajukan

untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang

pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain,

kecuali yang secara tertulis dan diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam

daftar pustaka.

Surakarta, Agustus 2013

Penulis


commit to user

iv

FABRIKASI DAN KARAKTERISASI KACA TZBN

YANG DIDADAH ION Nd3+

EVI NURLIANA

Jurusan Fisika, Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan parameter-parameter dalam

melakukan fabrikasi kaca TZBN: Nd dan mengetahui karakteristik sifat optis dari

kaca TZBN: Nd3+

. Kaca tellurite yang digunakan adalah TZBN (Tellurium Zinc

Bismuth Natrium Oksida) dengan komposisi (%mol) 60TeO2-(34-x)ZnO-2Bi2O3-

4Na2O-xNd2O3 dengan variasi dadah x= 0,5; 1; 1,5; dan 2. Fabrikasi telah

berhasil dilakukan dengan menggunakan metode melt quenching. Karakterisasi

dari kaca tellurite meliputi rapat massa kaca, indeks bias, energi band gap optis

pengukuran absorpsi dan transmitansi kaca. Rapat massa kaca telah diukur

menggunakan metode Archimedes. Indeks bias kaca diukur menggunakan metode

Brewster angle pada panjang gelombang 746,191 nm. Absorpsi diukur

menggunakan UV-Vis-NIR spektrofotometer Perkin Elmer Lambda 25 dengan

panjang gelombang 200 nm sampai dengan 1100 nm. Hasil dari karakterisasi

menunjukkan bahwa rapat massa kaca tidak mengalami kenaikan seiring dengan

kenaikan konsentrasi dadah ion Nd3+

. Indeks bias dan energi band gap optis

mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan konsentrasi dari ion Nd3+

pada kaca

TZBN:Nd. Melalui pengukuran spektrum UV-VIS menunjukkan bahwa terjadi

penyerapan dengan intensitas yang tinggi pada panjang gelombang 431 nm, 473

nm, 514 nm, 527 nm, 585 nm, 626 nm, 684 nm, 749 nm, 805 nm, dan 878 nm dan

penyerapan tertinggi berada pada panjang gelombang 585 nm.

Kata kunci : TZBN:Nd, rapat massa kaca, indeks bias, Spektroskopi UV-VIS


commit to user

v

FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF TZBN GLASS

DOPED Nd3+

IONS

EVI NURLIANA

Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

University of Sebelas Maret Surakarta

ABSTRACT

This study aims to determine the parameters in the fabrication of TZBN:Nd

glass and to identify the optical properties of TZBN:Nd glass. Tellurite glass was

TZBN (Sodium Bismuth Tellurium Oxide Zinc) with the composition are (mol%)

60TeO2-(34-x) ZnO-2Bi2O3-4Na2O by variation of xNd2O3 with x = 0.5, 1, 1.5,

and 2. Fabrication has been successfully performed using melt quenching method.

Characterization of tellurite glass include glass density, refractive index, optical

band gap, absorption and transmitation of glass. Glass density had measured using

Archimedes method. Refractive index of glass had measured using Brewster angle

method at 746,191 nm wavelength. Absorption was measured using a UV-Vis-

NIR spectrophotometer Perkin Elmer Lambda 25 with a wavelength 200 nm up to

1100 nm. The results of characterization show that the glass density did not

increase along with the increase of the ions Nd3+

concentration. Refractive index

and optical band gap increased along with the increase of the ions Nd3+

concentration. UV-VIS spectra measurements indicate that absorption occurs with

high intensity at wavelength of 431 nm, 473 nm, 514 nm, 527 nm, 585 nm, 626

nm, 684 nm, 749 nm, 805 nm, and 878 nm and the highest absorption at 585 nm

wavelength .

Keywords: TZBN: Nd, glass density, refractive index, UV-VIS Spectroscopy


commit to user

vi

MOTTO

Sesungguhnya Alloh tidak akan mengubah nasib suatu kaum hingga mereka

mengubah diri mereka sendiri ( Q.S. Ar-Ra’d:11)

Apabila kamu bersyukur niscahya akan Aku tambahkan nikmat-Ku, dan apabila

kamu kufur maka adzab-Ku sungguh pedih ( Q.S. Ibrahim: 7)

Keberhasilan meraih tujuan bergantung pada bagaimana anda memandang

dirimu sendiri dan apa yang anda rasakan tentang dirimu.


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada :

Ibu dan Bapak Tercinta,

Simbah dan adekku Yuan tersayang.

FISIKA FMIPA UNS

INDONESIA


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb.

Alhamdulillahirobbil’alamin, Puji syukur kehadirat Allah SWT atas

limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehinga penulis dapat menyelesaikan

penulisan skripsi yang berjudul “Fabrikasi dan Karakterisasi Kaca TZBN yang

didadah Ion Nd3+

” tanpa halangan suatu apapun.

Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, oleh

sebab itu penulis menyampaikan terimakasih kepada :

1. Ibu Dra. Riyatun, M.Si, selaku pembimbing I yang telah membimbing,

memfasilitasi, memotivasi dan memberikan ide dan saran dalam

penyusunan skripsi ini.

2. Ibu Lita Rahmasari, S.Si, M.Sc, selaku pembimbing II yang telah

membimbing, mengingatkan dalam menulis, memberikan masukan serta

motivasi dalam penyusunan skripsi ini.

3. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA

UNS yang telah memfasilitasi, memberikan ide dan saran dalam

penyusunan skripsi ini.

4. Bapak dan ibu dosen serta staff di Jurusan FMIPA UNS.

5. Ibu, bapak, simbah dan adekku tercinta yang telah memberikan do’a,

perhatian, dan motivasi yang luar biasa.

6. Teman-teman lab Optics & Photonics. Kusnanto, Heri, Ajeng, Fatimah,

dan Egyn yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini,

memberikan dukungan, motivasi, dan saran.

7. Eki, Rian, wachid, Yudha, A’in, Silvia, Erna dan Elyas yang telah

membantu dalam pengambilan data.

8. Rekan-rekan Angkatan 2009 Jurusan Fisika FMIPA UNS, terima kasih

atas dukungannya selama ini, bantuan moril dan spirituilnya.

9. Kakak tingkat 2008 dan adek tingkat 2010 dan 2011 terimakasih atas

do’a dan dukungannya.

10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, terima

kasih atas dukungan dan bantuannya selama ini.

Akhirnya penulis berharap semoga Allah memberikan imbalan yang lebih

baik kepada mereka yang telah memberikan bantuan, dan dapat menjadikan

semua bantuan ini sebagai ibadah, Amiin Yaa Robbal ‘Alamiin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, 22 Agustus 2013

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL............................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN................................................................. iii

HALAMAN ABSTRAK......................................................................... iv

HALAMAN ABSTRACT....................................................................... v

HALAMAN MOTTO.............................................................................. vi

HALAMAN PERSEMBAHAN.............................................................. vii

KATA PENGANTAR............................................................................. viii

DAFTAR ISI............................................................................................ ix

DAFTAR TABEL.................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR............................................................................... xii

DAFTAR SIMBOL................................................................................. xiii

DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ xv

BAB I PENDAHULUAN................................................................. 1

1.1. Latar Belakang Masalah................................................. 1

1.2. Batasan Masalah............................................................. 3

1.3. Perumusan Masalah........................................................ 4

1.4. Tujuan Penelitian............................................................ 4

1.5. Manfaat Penelitian.......................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................... 5

2.1. Pembentukan Kaca......................................................... 5

2.2. Metode Fabrikasi Kaca .................................................. 9

2.2.1. Melt quenching technique .................................. 9

2.2.2. Chemical vapor deposition ................................. 11

2.2.3. Sol-gel Proscess.................................................. 11

2.3. Kaca Tellurite................................................................. 12

2.4. Energi Fonon dalam Kaca .............................................

2.5. Sifat Optis Kaca..............................................................

15

16

2.5.1. Indeks Bias Kaca................................................. 16

2.5.2. Absorbansi dan Transmitansi.............................. 22

2.5.3. Energi Band Gap Optis....................................... 24

2.5.4. Kerapatan Massa Kaca........................................ 24

2.6. Ion Tanah Jarang............................................................ 25

2.7. Spektroskopi Ion Nd3+

.................................................... 28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................ 30

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian........................................ 30

3.2. Alat dan Bahan .............................................................. 30

3.2.1. Alat yang Digunakan dalam Penelitian .............. 30

3.2.1.1. Alat Fabrikasi......................................... 30

3.2.1.2. Alat Karakterisasi................................... 31

3.2.2. Bahan yang Digunakan dalam Penelitian ......... 31


commit to user

x

3.3. Metode Penelitian .......................................................... 31

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ................................. 32

3.3.2. Fabrikasi Kaca ................................................... 33

3.3.3. Karakterisasi Kaca............................................. 34

3.3.3.1. Indeks Bias Kaca .................................. 34

3.3.3.2. Absorbansi dan Transmitansi ............... 35

3.3.3.3. Kerapatan Massa Kaca ......................... 36

3.3.4. Analisa .............................................................. 36

3.3.5. Kesimpulan ....................................................... 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................ 38

4.1. Hasil.............................................................................. 38

4.1.1. Fabrikasi Kaca ................................................... 38

4.1.2. Kerapatan Massa Kaca ...................................... 40

4.1.3. Indeks Bias Kaca ............................................... 41

4.1.4. Spektrum Absorpsi ............................................ 45

4.2. Pembahasan ................................................................. 47

4.2.1. Fabrikasi Kaca TZBN:Nd ................................. 47

4.2.2. Karakterisasi Kaca TZBN:Nd ........................... 49

BAB V SIMPULAN DAN SARAN ................................................. 56

5.1. Simpulan ...................................................................... 56

5.2. Saran ............................................................................ 56

DAFTAR PUSTAKA.............................................................................. 58

LAMPIRAN ............................................................................................ 63


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat dan Karakteristik dari Berbagai Bahan Kaca ...... 14

Tabel 2.2. Energi Fonon untuk Berbagai Jenis Host Kaca ........... 16

Tabel 2.3. Unsur Tanah Jarang ..................................................... 26

Tabel 2.4. Panjang Gelombang Emisi dari Ion Tanah Jarang

dalam Kaca .................................................................. 27

Tabel 4.1. Komposisi kaca Tellurite yang didadah Ion Nd3+

dalam mol % ................................................................ 38

Tabel 4.2. Komposisi Kaca Tellurite yang didadah Ion Nd3+

dalam massa (gr) .......................................................... 39

Tabel 4.3. Data Pengukuran Kerapatan Massa Kaca TZBN yang

didadah Ion Nd3+

.......................................................... 40

Tabel 4.4. Perbandingan antara Hasil Pengukuran Kerapatan

Massa dengan Prediksi Teori ....................................... 41

Tabel 4.5. Indeks Bias Sampel Kaca K4 ...................................... 44

Tabel 4.6. Indeks Bias Kaca TZBN:Nd .................................... 44

Tabel 4.7. Validasi Panjang Gelombang Puncak Penyerapan

Kaca TZBN:Nd dengan Kaca TPbLi:Nd .................... 47

Tabel 4.8. Hasil Karakterisasi Sifat Optis Kaca TZBN:Nd .......... 50

Tabel 4.9. Transmitansi dari Sampel Kaca K4 pada Jangkauan

Panjang Gelombang (400-1000) nm ........................... 53

Tabel 4.10. Energi Band Gap Optis Kaca TZBN:Nd ..................... 55


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Struktur Ikatan Kristal dan Amorf........……………… 5

Gambar 2.2. Pengaruh Suhu pada Volum Pembentukan Kaca ........ 6

Gambar 2.3. Thermogram DTA dari Kaca dengan Komposisi

70TeO2-10Bi2O3-20ZnO.............................................. 9

Gambar 2.4. Spektrum Transmisi dari Kaca TZN............................ 13

Gambar 2.5. Daerah Pembentukan Kaca untuk Sistem TeO2-

Bi2O3-ZnO................................................................... 15

Gambar 2.6. Diagram Pemantulan dan Pembiasan pada saat Sudut

Brewster ....................................................................... 17

Gambar 2.7. Polarisasi dengan Medan Listrik (E) Tegak Lurus

Bidang Datang Transverse Electric (TE) .................... 18

Gambar 2.8. Polarisasi dengan Medan Magnet (B) Tegak Lurus

Bidang Datang Transverse Magnetic (TM) ................ 18

Gambar 2.9. Reflektansi dari Transverse Magnetic (TM) dan

Transverse Electric (TE) pada n1 = 1 dan n2 = 1,5 .... 19

Gambar 2.10. Skema Spektrofotometer UV-VIS Berkas Ganda ....... 23

Gambar 2.11. Posisi dari Unsur Tanah Jarang dalam Tabel Periodik

Unsur ........................................................................... 28

Gambar 3.1. Diagram Alir Tahap-tahap Penelitian .......................... 32

Gambar 3.2. Sampel Kaca TZBN:Nd .............................................. 33

Gambar 3.3. Skema Pengukuran Indeks Bias dengan Sudut

Brewster ....................................................................... 34

Gambar 4.1. Sampel Kaca TZBN yang didadah Ion Nd3+

............... 40

Gambar 4.2. Hasil Pengukuran Reflektansi pada Sampel K4 .......... 42

Gambar 4.3. Hasil Pengukuran Reflektansi pada Sampel K4

dengan Skala Pengukuran Kelipatan 1° ...................... 43

Gambar 4.4. Hasil Pengukuran Reflektansi pada Sampel K4

dengan Skala Pengukuran (1/60)°................................

43

Gambar 4.5. Spektrum Absorpsi Kaca TZBN dan TZBN:Nd ......... 45

Gambar 4.6. Karakteristik Puncak Penyerapan Kaca TZBN yang

didadah ion Nd3+

......................................................... 46

Gambar 4.7. Energi Band Gap Optis Kaca TZBN:Nd ..................... 54


commit to user

xiii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Satuan

Tg suhu transisi kaca (°C)

Tm suhu peleburan (°C)

Tf suhu fictive (°C)

Tp suhu kristalisasi (°C)

Tx suhu permulaan puncak kristalisasi (°C)

sudut datang (°)

sudut bias (°)

sudut polarisasi (Brewster Angle) (°)

n1 indeks bias di udara

n2 indeks bias di medium

n indeks bias materi yang dilalui berkas cahaya

Rm refraksi molar

Vm volum molar (cc3/mol)

polarisabilitas dari kation dan anion

polarisabilitas dari kation

polarisabilitas dari anion

c kecepatan perambatan cahaya pada ruang hampa (m/s)

v kecepatan perambatan cahaya pada suatu materi (m/s)

sudut kritis (°)

I0 intensitas berkas cahaya datang

I intensitas berkas cahaya keluar

T transmitansi (%)

A absorbansi

B konstanta transisi elektronik

h konstanta planck ( J.s)

c konsentrasi molar (mol/liter)

ε molar absorbsivitas (1/mol cm)

l panjang atau ketebalan dari bahan (cm)

α(λ) koefisien absorpsi (cm-1

)

ρ rapat massa (gr/cm3)

kerapatan massa dari akuades (gr/cm3)

wa berat kaca di udara (gr)

wx berat kaca dalam akuades (gr)

massa pikno kosong (gr)

massa pikno + sampel kaca (gr)

massa pikno + sampel kaca + aquades (gr)

massa pikno + aquades (gr)

massa kaca (gr)

volume kaca (cm3)

TE Transverse Electric


commit to user

xiv

TM Transverse Magnetic

I intensitas intensitas cahaya setelah memasuki material

I0 intensitas cahaya sebelum memasuki material

λ panjang gelombang (nm)

panjang gelombang rata-rata (nm)

Δλ selisih panjang gelmbang (nm)

d lebar celah kisi (nm)

L jarak layar dengan CD difraksi (cm)

y jarak antara orde pertama dengan terang pusat (cm)

m jumlah orde

e muatan elektron (Q)

N konsentrasi ion Nd3+

(atom)


commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A. Gambar Alat dan Bahan .............................................. 63

Lampiran B. Data pengukuran kerapatan massa kaca menggunakan

piknometer ................................................................... 66

Lampiran C. Data pengukuran indeks bias menggunakan metode

Brewster Angle ............................................................ 67

Lampiran D. Hasil perhitungan rentang transmitansi pada panjang

gelombang (400-1000) nm .......................................... 70

Lampiran E. Energi band gap optis kaca TZBN:Nd ........................ 80

Lampiran F. Pengukuran panjang gelombang laser merah 746,191

nm ................................................................................ 81


commit to user

lembar pengesahan skripsi - digilib.uns.ac.id... · iii pernyataan dengan ini saya menyatakan bahwa...

Documents