xrd satria

Click here to load reader

Post on 25-Oct-2015

366 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Spektroskopi X-ray difraction, tugas fisika material, praktikum fisika material

TRANSCRIPT

LAPORAN AKHIRAnalisis Difraksi Sinar X (XRD) (Modul 1.3)

Kode Grup: PM-5Nama: Satria Auffa Dhiya UlhaqueNPM: 140310110012Partner: Yonatan R. PurbaNPM: 1403101100Hari/Tanggal eksperimen: Jumat, 25 Oktober 2013Waktu: 13.30 16.00Asisten: DwikaHari/Tanggal penyerahan laporan: Jumat, 01 November 2013

LABORATORIUM FISIKA MATERIALJURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS PADJADJARAN2013

Analisis Difraksi Sinar X (XRD) (Modul 1.3) Kode Grup: PM-5Nama: Satria Auffa Dhiya UlhaqueNPM: 140310110012Partner: Yonatan R. PurbaNPM: 1403101100Hari/Tanggal eksperimen: Jumat, 25 Oktober 2013Waktu: 13.30 16.00Asisten: DwikaHari/Tanggal penyerahan laporan: Jumat, 01 November 2013

NILAI

Jatinangor, 01 November 2013 Asisten,

MODUL 1-3ANALISIS DIFRAKSI SINAR X (XRD)

I TUJUAN PERCOBAAN1. Memahami prinsip analisis XRD2. Menghitung Indeks Miller dari data XRD dengan parameter kisi tertentu (ECCO)3. Menghitung parameter kisi dari data XRD dengan Indeks Miller tertentu (ECCZO dan ECCNO) dengan menggunakan software Cell CalculationII TEORI DASARMenurut derajat keteraturannya, zat padat dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu kristal dan amorf. Dalam padatan kristal, atom-atom berikatan secara teratur membentuk struktur yang teratur. Setiap unit kristal terkecil, memiliki sudut tertentu dan unit-unit itu tersusun rapi dengan sudut-sudut yang semuanya sama. Contoh kristal unsur adalah intan dan kristal senyawa adalah natrium klorida, NaCl yang kita kenal sebagai garam dapur. Untuk kristal logam, kristal ini memiliki ciri khas yang berbeda dengan kristal yang lain. Dalam logam, ion-ion positif logam teratur rapi yang terikat kuat menjadi satu yang dikelilingi oleh arus elektron. Kejadian inilah yang menyebabkan kristal logam dapat menghantar listrik atau sebagai konduktor listrik. Diantara kedua kristal sempurna (tunggal) di satu pihak, dan keadaan amorf di pihak lain, terdapat keadaan yang disebut polikristal (kristal jamak). Zat padat pada keadaan ini tersusun oleh kristal-kistal kecil. Bila ukuran kristalnya dalam ukuran orde mikrometer, bahan yang bersangkutan termasuk kristal mikro (microcrystalline); dan bila ukuran kristalnya dalam orde nanometer, maka bahannya digolongkan sebagai kristal nano (nanocrystalline).Metode difraksi sinar-X adalah salah satu cara untuk mempelajari keteraturan atom atau molekul dalam suatu struktur tertentu. Jika struktur atom atau molekul tertata secara teratur membentuk kisi, maka radiasi elektromagnetik pada kondisi eksperimen tertentu akan mengalami penguatan. Pengetahuan tentang kondisi eksperimen itu dapat memberikan informasi yang sangat berharga tentang penataan atom atau molekul dalam suatu strukturDifraksi sinar-X dapat memberikan informasi tentang struktur polimer, termasuk tentang keadaan amorf dan kristalin polimer. Polimer dapat mengandung daerah kristalin yang secara acak bercampur dengan daerah amorf. Difraktogram sinar-X polimer kristalin menghasilkan puncak-puncak yang tajam, sedangkan polimer amorf cenderung menghasilkan puncak yang melebar.Pola hamburan sinar-X juga dapat memberikan informasi tentang konfigurasi rantai dalam kristalit, perkiraan ukuran kristalit, dan perbandingan daerah kristalin dengan daerah amorf (derajat kristalinitas) dalam sampel polimer.

Gambar Sistem Kristal dan 14 Kisi BravaisDifraksi Sinar-XUntuk menguji suatu zat padat apakah bahan tersebut berupa kristalin atau amorfous, dapat dilakukan dengan pengukuran difraksi sinar-X. Dengan difraksi, struktur atomik kristal dapat dipastikan dan menggambarkan 3 dimensi susunan sebenarnya dari atom-atom tersebut. Difraksi sinar-X dapat mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. XRD terdiri dari slit dan film serta monokromator. Hasil yang diperoleh dari metode ini berupa intensitas relatif (I/II) dan sudut hamburan 2. Hamburan sinar-X berasal dari atom-atom yang membentuk bidang kisi kristal dari sampel yang diamati.Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki energi tinggi 200 eV sampai 1 M eV. Sinar-X dihasilkan oleh interaksi antara bekas elektron dengan elektron pada kulit atom. Spektrum sinar-x memiliki panjang gelombang 5-10 nm berfrekuensi 1017-1020 Hz dan memiliki energi 103-106 eV. Panjang gelombang sinar-X sesuai dengan jarak atom didalam kristal yaitu orde 1 A (frequensi ~ 1018 Hz) dengan energy sekitar 1014eV sehingga dapat digunakan sebagai sumber difraksi kristal.Jika sebuah atom berinteraksi dengan sinar-X, elektron-elektron pada atom tersebut akan mengalami radiasi pad frekuensi dengan radiasi sinar datang. Superposisi gelombang radiasi dari atom-atom tunggal dalam kristal akan menghasilkan refraksi dengan perbedaan lintasan. Seperti pada gambar di bawah ini:Persamaan Bragg dan Cara Kerja XRDBerdasarkan persamaan Bragg jika seberkas sinar X dijatuhkan pada sampel kristal, maka bidang itu akan membiaskan sinar X. Sinar-sianr yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah ouncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel makin kuat intensiats pembiasan yang dihasilkan. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili suatu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu. Puncak dari hasil pengukuran dicocokan dengan standar difraksi sinar X untuk semua jenis material. Persamaan Bragg untuk difraksi sinar X memerlukan syarat tertentu agar difraksi terjadi dengan interferensi konstruktif, saat sinar-X menegenai beberapa bidang atom dalam kristal. Misal jika pengahambur gelombang terletak pada titik-titik kisi Bravais, maka faktor struktur kisi S,

Dalam kristal sempurna dengan ukuran terbatas maka titik kisi bravais harga faktor struktur S , hanya dan hany jika,

Sesuai sifat yang telah diperoleh,

Jadi syarat pertama yang harus dipenuhi agar terjadi interferensi konstruktif pada gelombang oleh penghambur yang tersebar seperti kisi bravais adalah bahwa vektor hamburan S sama dengan suatu vektor kisi respirok dari kisi kristal bersangkutan, maka: dan Sehingga,

Persamaan BraggSecara fisis perbedaan sinar yang direfleksikan dari dua bidang yang berdekatan . Radiasi yang direfleksikan oleh bidang-bidang berdekatan kan terjadi jika perbedaan lintasan ini sama dengan kelipatan bilangan bulat n dari panjang gelombang.Hubungan Antara Kisi Respirok dan Bidang Kristal Dari Kisi NyataUntuk mendiskripsikan perubahan properti dari kristalin material seperti respon material tersebut terhadap proses deformasi maka kita perlu mendiskripsikan dengan bahasa yang universal mengenai:

1. Arah didalam kristal2. Bidang/irisan atomis(atomic planes)dalam sebuah kristal

Arah dalam latis kristal ditentukan relatif terhadap aksisnya yang didefinisikan oleh unit vektor dari unit sel. Indeks dari arah suatu kristal dituliskan dalam tanda kurung. Arah dari kristal adalah suatu vektor yang dapat dinyatakan dalam unit vektor a, b dan c. Secara umum indeks dari arah diberikan dalam bentuk [uvw] dimana u, v dan w adalah bilangan bulat yang terkecil. Untuk vektor berarah negatif maka dituliskan dengan menambahkan garis diatas u, v atau w. Contoh beberapa arah kristal pada sistem cubic dijelaskan dalam gambar dibawah ini.

(sumber=nie.edu.sg)Karena irisan dari sebuah kristal merupakan objek dua dimensi, maka garis normal dari bidang irisan tersebut digunakan untuk mendiskripsikan bidang tadi. Miller indeks biasa digunakan untuk menentukan bidang irisan didalam kristal. Satu set bidang yang paralel dengan jarak yang seragam memiliki indeks yang sama. Indeks untuk bidang irisan dituliskan dalam kurung ( ). Biasa dipakai tiga bilangan bulat, h, k dan l sehingga dituliskan (h k l). Jika sebuah bidang sejajar dengan suatu aksis maka indeks untuk aksis ini nilainya 0. Jika arah dari suatu bidang bernilai negatif, maka indeks diberi tanda garis diatasnya. Contoh dari penamaan bidang irisan kristal ditunjukan pada gambar berikut ini.

Langkah mudah untuk memberikan indeks miller dari suatu bidang irisan adalah sebagai berikut:1. Ambil titik asal (titik 0) dari bidang2. Tentukan nilai intersep dari setiap aksis (1/h)a, (1/k)b, (1/l)c dari titik asal, contoh jika intersep adalah (1/2)a, (1/3)b, (1/1)c, maka indeks bidang tersebut adalah (2 3 1) seperti gambar dibawah ini.3. Jika intersep atau bidang paralel dengan aksis maka indeksnya bernilai nol.

Arti fisis dari Miller indeks adalah indeks ini menyatakan:1. Orientasi dari bidang atomik melalui harga h, k dan l2. Jarak antar bidang, yaitu jarank antara bidang yang melewati titik asal dengan bidang berikutnya.Perbedaan jarak dari dua bidang dicontohkan dengan gamabr dibawah ini, bidang (2 2 2) memiliki jarak antar bidang yang lebih kecil dari bidang (1 1 1).

Jarak dari satu set bidang (hkl)) adalah jarak terpendek dari dua bidang yang berdekatan. Jarak merupakan fungsi dari (hkl), yang secara umum semakin besar harga indeks maka semakin kecil jarak antar bidang tersebut. Untuk latis berbentuk kubik, rumus dari jarak antar bidang hkl (dhkl):

Nilai a adalah latis parameter. Untuk bentuk bentuk kristal yang lain rumusnya lebih rumit.Indeks Millermembentuk suatu sistem notasi dalamkristalografiuntuk pesawat dan arah dalamkristal (Bravais) kisi.

Secara khusus, sebuah keluargabidang kisiditentukan oleh tigabilangan bulat,m, dann, yangindeks Miller.Mereka ditulis (hkt), dan indeks masing-masing menunjukkan pesawat ortogonal terhadap arah (h, k, l) dalamdasardarikisi resiprokalvektor.Dengan konvensi,integer negatifditulis dengan bar, seperti pada3untuk -3.Bilangan bulat biasanya ditulis dalam istilah terendah, yaitu merekapembagi umum terbesarharus 1.Indeks Miller 100 merupakan pesawat ortogonal ke arah ; indeks 010 merupakan pesawat ortogonal ke arahm, dan indeks 001 merupakan pesawat ortogonal untukn.

Ada juga beberapa notasi yang terkait: notasi {mn} menunjukkan himpunan semua pesawat yang setara dengan ( mn) oleh simetri kisi.Dalam konteks arah kristal (bukan pesawat), notasi yang sesuai adalah: [ mn], dengan persegi bukan kurung bulat, menunjukkan arah di dasarlangsungvektor kisi kisi bukannya timbal balik, dan sama, yang menunjukkan notasi himpunan semua arah yang setara dengan [ mn] dengan simetri.

III METODOLOGI PERCOBAAN3.1 ALAT ALAT PERCOBAAN Cell calculation software Data XRD ECCO, ECCNO, dan ECCZO3.2 PROSEDUR PERCOBAAN Membuka data hkl dan sudut 2 theta. Membuka data observasi. Masukkan besar d observasi dan juga besar nilai 2 theta kedalam program cell calc. Memilih jenis sistem tetragonal kristal pada program cell calc. Olah datanya menggunakan cell calc dengan mngeeksekusi program tersebut. Men-screen shoot tampilan cell calc saat memproses data..

IV PENGOLAHAN DATA

1. Dengan menggunakan persamaan :

Didapatkan Indeks Miller pada 2 tertentu, yaitu :Dengan a = 3,9079 c =11,8602 =1,54184; dan n = 1Sampel ECCO:hkLdsin (rad) (derajat)2

0113,629330,212240,2138612,2597276124,5195

0132,867820,268590,2719315,5885419431,1771

0052,6470,2910,2952716,9264829333,853

0142,487960,30960,3147818,0444322936,0889

0152,16710,355440,3633920,8311109541,6622

1052,16710,355440,3633920,8311109541,6622

1161,70020,453050,4701926,9533676653,9067

0171,690440,455670,4731227,1216954,2434

1081,515190,508370,5332930,5709799361,142

1311,188620,648050,7050140,4148641580,8297

Dimana hasil data percobaan sebenarnya :Sudut 2 d observasi

23,9553,7118

32,212,7769

35,532,5246

38,792,3193

44,8452,0195

46,4251,9544

52,911,7291

57,671,5972

59,5351,5515

67,7751,3815

77,041,2369

Sampel ECCNO:hkldsin (rad) (derajat)2

0113,629330,212240,2138612,2597276124,5195

0043,308750,23280,2349613,4688572626,9377

1032,867820,268590,2719315,5885419431,1771

1122,474950,311230,3164918,1425691836,2851

0142,487960,30960,3147818,0444322936,0889

1142,077210,370830,379921,7775572143,5551

0062,205830,34920,3567220,448841240,8977

0211,868110,412330,4250124,3637390748,7275

0221,814660,424480,4383825,1301871850,2604

1211,674230,460080,4780927,406253454,8125

1161,70020,453050,4701926,9533676653,9067

1231,576360,488640,5105329,2663352258,5327

0251,536530,501310,5251130,101969860,2039

1241,503480,512330,537930,8349074861,6698

2151,423110,541270,5719432,786508965,573

2061,433910,537190,567132,5089455265,0179

1081,515190,508370,5332930,5709799361,142

1311,188620,648050,7050140,4148641580,8297

2171,25910,611770,658337,7367942175,4736

2081,243980,619210,6677338,2775260476,5551

1341,122650,686130,7561543,3463498586,6927

Sampel ECCZO:hkldsin (rad) (derajat)2

0113,629330,212240,2138612,2597276124,5195

0043,308750,23280,2349613,4688572626,9377

0132,867820,268590,2719315,5885419431,1771

1122,474950,311230,3164918,1425691836,2851

0142,487960,30960,3147818,0444322936,0889

1142,077210,370830,379921,7775572143,5551

0062,205830,34920,3567220,448841240,8977

1211,674230,460080,4780927,406253454,8125

1161,70020,453050,4701926,9533676653,9067

1231,576360,488640,5105329,2663352258,5327

0171,690440,455670,4731227,1216954,2434

0081,654380,46560,4843127,7632521255,5265

2061,433910,537190,567132,5089455265,0179

0181,515190,508370,5332930,5709799361,142

0331,209780,636710,6902339,5671900879,1344

2081,243980,619210,6677338,2775260476,5551

0351,136210,677940,7449542,704337785,4087

2261,141690,674690,7405442,4513255584,9027

2. Mengolah data menggunakan software Cell calc

Sampel ECCO:

Sampel ECCNO:

Sampel ECCZO:

V PEMBAHASAN HASIL5.1 Pembahasan Hasil PercobaanPada percobaan ini sampel ECCO memiliki bentuk kisi sistem tetragonal yang dimana nilai dhkl dipengaruhi nilai a, b dan c. Dimana nilai a = b. Kemudian dicari nilai-nilai hkl dengan cara memasukan sembarang nilai dimana akan menghasilkan nilai d yang mendekati nilai d sebenarnya atau nilai d observasi. Pada percobaan ini digunakan perumusan

Nilai h k l yang berbeda akan membuat nilai yang berbeda pula. Pada hasil perhitungan menggunakan hubungan antara Indeks Miller dan Hukum Bragg menggunakan rumusan diatas dalam program Cell Calc, diketahui bahwa sampel ECCO, ECCNO, ECCZO hanya memiliki parameter kisi a dan c, sebenarnya ketiga sampel tersebut memiliki besar parameter kisi b juga, tetapi tidak ditampilkan pada hasil perhitungan di program cell calc karena bentuk kristal yang dimiliki ketiga sampel tersebut adalah tetragonal, dimana nilai a & b nya adalah sama. Pada sampel ECCO terlihat bahwa ECCO memiliki besar parameter kisi a sebesar 3,93829 dan besar parameter kisi a sebesar 11, 93181. Ketika sampel ECCO didoping menggunakan atom Ni, besar parameter kisi a-nya akan turun menjadi 3,92929 dan juga parameter kisi b-nya akan turun menjadi 11,79968. Hal ini menunjukkan bahwa diameter atom dari Ni yang menjadi doping dari ECCO memiliki diameter atom yang lebih kecil dibanding diameter atom ECCO, sehingga nilai parameter kisinyapun menurun.Lain halnya apabila ECCO di doping dengan atom Zn. Ketika ECCO didoping dengan atom Zn nilai parameter kisinya akan berubah menjadi semakin besar. Misalnya nilai parameter kisi a-nya bertambah besar menjadi 3,91698 dan besar parameter kisi b-nya juga bertambah besar menjadi 11,36557, hal ini karena ECCO di doping dengan Zn yang memiliki diameter tom yang sedikit lebih besar bila dibandingkan dengan diameter atom ECCO itu sendiri.Selain perubahan nilai parameter kisi, pada penambahan doping ECCO terlihat bahwa puncak-[puncak kristal menjadi bertambah banyak, hal ini terjadi karena ada beberapa bagian pada bidang yang ketika diberikan doping akan menjadi tumbuh puncak-puncak kristalnya, hal ini terlihat dari banyaknya intensitas cahaya terhadap sudut 2 dobservasi yang teramati dari spektroskopi Dispersi Sinar X.

5.2KESIMPULAN Analisis XRD menggunakan prinsip hukum bragg menjelaskan tentang difraksi pada strutur zat padat baik kristalin maupun amorfous menggunakan sinar X. Analisis menggunakan XRD dapat mengetahui arah bidang kristalografik dengan mengolah data dobservasi dan sudut 2 . Kita dapat menghitung Indeks Miller dari data XRD dengan parameter kisi yang terlah diketahui, sehingga indeks miller dapat diperoleh pula dari perubahan ataupun data dobservasi.

DAFTAR PUSTAKA

Irvina F, dkk. 2009. X-Ray Difractometer (XRD). http://kimia.ft.uns.ac.id/file/index.php?dir=kuliah/ (diakses tanggal 3 Oktober 2012)http://materialcerdas.wordpress.com/teori-dasar/struktul-kristal-2/ (diakses tanggal 31 Oktober 2013)Struktur Kristal. http://file.upi.edu/direktori/.../jur../ 1. Struktur_Kristal_ (handout).pdf (diakses 31 Oktober 2013)Irfa,dkk. Susunan Atom dalam Benda Padat. http://staf.ui.ac.id/internal/040603019/material/susunan atom dalam benda padat.pdf (diakses tanggal 31 Oktober 2013)