KARAKTERISTIK MAGNETIK DAN LISTRIK LAPISAN CoFe O …

KARAKTERISTIK MAGNETIK DAN LISTRIK LAPISAN

CoFe2O4 HASIL DEPOSISI SPIN COATING PADA SUBSTRAT

KACA SEBAGAI APLIKASI SENSOR GAS ETANOL

Disusun Oleh :

AN NISA ROSYADANI

M0214006

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Agustus 2018

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

KARAKTERISTIK MAGNETIK DAN LISTRIK LAPISAN

CoFe2O4 HASIL DEPOSISI SPIN COATING PADA SUSBTRAT

KACA SEBAGAI APLIKASI SENSOR GAS ETANOL

Disusun Oleh :

AN NISA ROSYADANI

M0214006

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Agustus 2018


iii


iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari skripsi saya dengan

judul “KARAKTERISTIK MAGNETIK DAN LISTRIK LAPISAN CoFe2O4 HASIL

DEPOSISI SPIN COATING PADA SUBSTRAT KACA SEBAGAI APLIKASI

SENSOR GAS ETANOL” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya sampai

saat ini , skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang

lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di

Universitas Sebelas Maret atau Perguruan Tinggi Lainnya, kecuali yang telah saya

tuliskan didaftar pustaka. Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak

telah ditulis sebagai ucapan terimakasih, Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi

secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, 30 Juli 2018

An Nisa Rosyadani


v

MOTTO

“Sesungguhnya bersama kesukaran itu keringangan. Karena itu bila kau sudah selesai

(mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada Tuhanmu. (Q.S Al Insyirah : 6-8)”

“Tidak ada masalah yang tidak bisa diselesaikan selama ada komitmen untuk

menyelesaikannya.”

“Setiap manusia punya zona waktunya sendiri-sendiri, jadi jangan pernah

menyamakan prosesmu dengan orang lain.”

“Berusaha, ikhtiyar dan berdoa adalah jalan terbaik dalam mencapai tujuanmu.

Karena kekuatan doa itu nyata”


vi

PERSEMBAHAN

Dengan penuh rasa syukur, skripsi ini saya persembahkan kepada :

Allah SWT, Tuhan Semesta Alam dan Pemilik Segala Ilmu

Rasullullah Muhammad SAW

Bapak, ibu, adik, dan segenap keluarga besar tercinta

Keluarga Fisika 2014

Bapak dan Ibu dosen Program Studi Fisika FMIPA UNS

Semua sahabat dan rekan-rekan terkasih

Serta seluruh pihak yang telah mendukung dan mendoakan penulis


vii

Karakteristik Magnetik dan Listrik Lapisan CoFe2O4 Hasil Deposisi Spin

Coating Pada Substrat Kaca Sebagai Aplikasi Sensor Gas Etanol

An Nisa Rosyadani

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Deposisi lapisan CoFe2O4 telah dilakukan dengan metode spin coating.

Substrat yang digunakan adalah subtrat kaca preparat yang sebelumnya telah

dipanaskan pada suhu 700ºC selama 30 menit. Dilakukan variasi jumlah pelapisan

dan suhu annealing. Hasil karakterisasi SEM menunjukkan ketebalan lapisan tunggal

CoFe2O4 sekitar 750 nm. Karakterisasi XRD menegaskan bahwa struktur sampel

lapisan CoFe2O4 adalah inverse spinel fcc dengan puncak intensitas tertinggi berada

pada orientasi bidang kristal (311). Ketebalan lapisan dan suhu annealing

mempengaruhi karakteristik magnetik dan listrik lapisan CoFe2O4. Medan koersif

terbesar yaitu Hc = 5,24 kOe pada lapisan tunggal yang di annealing dengan suhu

700ºC. Perubahan impedansi listrik menunjukkan respon sampel lapisan CoFe2O4

terhadap kehadiran gas etanol pada suhu ruang. Nilai respon gas cenderung

meningkat dengan variasi jumlah pelapisan dan suhu annealing lapisan CoFe2O4. Hal

ini menegaskan bahwa lapisan CoFe2O4 memungkinkan untuk diaplikasikan sebagai

sensor gas etanol.

Kata kunci : lapisan CoFe2O4, spin coating, magnetik, listrik, gas etanol.


viii

Magnetic and Electric Characteristics of CoFe2O4 Layer Obtained by Spin

Coating Deposition on Glass Substrate as Application of Ethanol Gas Sensor

An Nisa Rosyadani

Physic Departement, Faculty of Mathematics and Natural Science

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The deposited of CoFe2O4 layer have been deposited using spin coating

method. The substrate used was a preparatory glass which has been preheated at

700ºC for 30 minutes. In this experiment, there were variations number of coatings

and annealing temperature. The XRD characterization confirm that the sample

structure of CoFe2O4 layer is the inverse spinel fcc with the highest intensity peak

being at the orientation of the (311) crystal plane. The result of SEM characterization

shown the thickness of single layer CoFe2O4 about 750 nm. The number of coatings

and annealing temperature affect the magnetic and electric characteristics of the

CoFe2O4 layer. The largest coercive field is 5,24 kOe on single layer at 700ºC

annealing temperature. The change of electrical impedance shown the response of

sample CoFe2O4 layer in the presence of ethanol gas at room temperature. The value

of the gas response tends to increase with the variation in number of coatings and

annealing temperature. This confirm that CoFe2O4 layer allows to be applied as an

ethanol gas sensor.

Keywords : CoFe2O4 layer, spin coating, magnetic, electric, ethanol gas sensor.


xi

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan segala nikmat dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semua

rintangan, teguran, hidayah dan anugerah telah mewarnai langkah penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini disusun penulis sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar

Sarjana Sains yang berjudul “KARAKTERISTIK MAGNETIK DAN LISTRIK

LAPISAN CoFe2O4 HASIL DEPOSISI SPIN COATING PADA SUBSTRAT KACA

SEBAGAI APLIKASI SENSOR GAS ETANOL”. Dalam proses skripsi ini

melibatkan beberapa pihak yang turut menyumbang keringat, fikiran dan kesabaran

yang luar biasa. Oleh karena itu, penulis dengan sangat tulus mengucapkan banyak

terimakasih kepada :

1. Bapak, Ibu, adik tercinta dan keluarga besar tercinta yang dengan tulus selalu

memberi semangat, doa serta dukungan yang tiada hentinya sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

2. Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si. selaku Ketua Program Studi Fisika FMIPA

UNS.

3. Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si. M.Si selaku pembimbing I yang senantiasa

dengan sabar dan ikhlas membimbing, memberikan ilmu, doa dan motivasi

penulis dari awal penelitian hingga penulisan skripsi ini selesai.

4. Drs. Suharyana, M.Sc. selaku pembimbing II yang senantiasa membimbing

dan memotivasi penulis hingga menyelesaikan penulisan skripsi ini.

5. Dra. Riyatun M.Si. selaku pembimbing akademik yang senantiasa

membimbing dan memotivasi penulis dari awal menjadi mahasiswa hingga

skripsi ini selesai.


xii

6. Segenap dosen dan staff Program Studi Fisika FMIPA UNS yang telah

membantu dan memberikan bimbingan ilmu dan pengetahuan selama

perkuliahan.

7. Teman-teman seperjuangan grup riset magnetik Inas, Ilham, Naely, Niken,

Sita yang telah melewati waktu berjuang bersama dan saling memotivasi,

membantu dan mendoakan hingga penyelesaian skripsi ini.

8. Nadia, Setiyo, Winda, serta rekan-rekan pengguna Lab Material yang selalu

memberikan hiburan, semangat dan saran kepada penulis.

9. Sahabat-sahabat kos Al Izhar atas hiburan, semangat, kritik dan saran kepada

penulis selama tinggal bersama di kota rantau Solo.

10. Teman-teman Fisika UNS 2014 atas semangat, doa, motivasi, kenangan dan

pengalaman dari awal hingga akhir perkuliahan, semoga tali silaturahmi ini

akan tetap terjalin meskipun sudah tidak dalam satu atap dalam menuntut ilmu

lagi.

11. Mama dan mas yang selalu memberikan semangat, doa dan motivasi jiwa

kepada penulis.

12. Serta seluruh pihak yang telah membantu penulis yang tidak bisa disebutkan

satu-persatu.

Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan, kesabaran, keikhlasan, dan

bantuan yang telah diberikan kepada penulis dengan balasan yang baik. Penulis

menyadari ada banyak kekurangan yang terdapat dalam penulisan ini. Namun

demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini dapat bermanfaat bagi semua

pihak yang membacanya.

Surakarta, 25 Juli 2018

(An Nisa Rosyadani)


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL……………………………………………………….. i

HALAMAN JUDUL………………………………………………………….. ii

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………....... iii

HALAMAN PERNYATAAN………………………………………………... iv

HALAMAN MOTTO……………………………………………………........ v

HALAMAN PERSEMBAHAN…………………………………………........ vi

ABSTRAK…………………………………………………………………….. vii

ABSTRACT………………………………………………………………........ viii

KATA PENGANTAR……………………………………………………....... ix

DAFTAR ISI………………………………………………………………….. xi

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………..... xiv

DAFTAR TABEL…………………………………………………………….. xvii

DAFTAR SIMBOL………………………………………………………........ xviii

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

1.1 Latar Belakang…………………………………………………………...

1.2 Batasan Masalah……………………………………………………….…

1.3 Rumusan Masalah…………………………………………………..........

1.4 Tujuan Penelitian…………………………………………………………

1.5 Manfaat Penelitian……………………………………………………….

1

3

3

3

4

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

2.1 Kemagnetan Bahan……………………………………………………

2.1.1 Medan Magnet…………………………………………………...

2.1.2 Induksi Magnetik…………………………………………………

2.1.3 Magnetisasi……………………………………………….............

2.1.4 Momen Magnetik………………………………………………...

2.1.5 Domain Wall……………………………………………………...

5

5

6

6

7

7


xii

2.2 Interaksi Bahan Magnetik Terhadap Medan Magnet…………………….

2.3.1 Diamagnetik………………………………………………………..

2.3.2 Paramagnetik………………………………………………………

2.3.3 Feromagnetik………………………………………………………

2.3 Kurva Histeresis …………………………………………………………

2.4 Koersivitas…………………………………………………………

2.5 Lapisan Cobalt Ferrite (CoFe2O4)……………………………………....

2.5.1 Ferrite……………………………………………………………

2.5.2 Cobalt Ferrite…………………………………………………………..

2.5.3 Aplikasi Lapisan Cobalt Ferrite…………………………………

2.6 Chemical Solution Deposition…………………………………………....

2.7 Karakterisasi Lapisan CoFe2O4….……………………………………....

2.7.1 X-Ray Diffractometer (XRD)………….…………………………

2.7.2 Scanning Electron Microscopy……………………………………….

2.7.3 Vibrating Sample Magnetometer (VSM)………………………...

2.7.4 LCR Meter………………….……………………………………

2.8 Sensor Gas Etanol……………………………………………………….

8

8

8

9

10

11

11

11

11

12

13

14

14

16

17

17

18

BAB III METODE PENELITIAN………………………………………….. 19

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian……………………………………………...

3.2 Alat dan Bahan Penelitian…………………………………………………

3.2.1 Alat-Alat Penelitian………………………………………………

3.2.2 Bahan-Bahan Penelitian………………………………………….

3.3 Prosedur Penelitian………………………………………………………...

3.3.1 Preparasi Alat dan………………………………………………..

3.3.2 Pembuatan Larutan CoFe2O4……………………………………..

3.3.3 Deposisi Lapisan CoFe2O4……………………………………….

3.3.4 Proses Annealing Sampel Lapisan……………………………….

3.3.5 Karakterisasi Sampel dan Analisa Data Lapisan CoFe2O4............

19

19

19

20

21

21

23

24

24

25


xiii

a. X-Ray Diffractometer (XRD)………………………………...

b. Scanning Electron Microscopy (SEM)……………………….

c. Vibrating Sample Magnetometer (VSM)…………………….

d. LCR Meter……………………………………………………

25

26

26

26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN……………………………………... 28

4.1 Analisa Struktur Kristal Lapisan CoFe2O4……………………………..

4.2 Analisa Ketebalan Lapisan CoFe2O4…………………………………...

4.3 Karakteristik Magnetik Lapisan CoFe2O4……………………………...

4.3.1 Karakteristik Sifat Magnetik Lapisan CoFe2O4 Dengan Variasi

Jumlah Pelapisan (N)…………………………………………

4.3.2 Karakteristik Magnetik Lapisan CoFe2O4 Dengan Variasi Suhu

Annealing…………………………...............................……………

3.4 Karakteristik Listrik Lapisan CoFe2O4…………………………………

4.4.1 Karakteristik Listrik Lapisan CoFe2O4 Dengan Variasi Jumlah

Pelapisan………………………………………………………….

4.4.2 Karakteristik Listrik Lapisan CoFe2O4 Dengan Variasi Suhu

Annealing…………………………………………………………

3.5 Respon Lapisan CoFe2O4 Terhadap Kehadiran Gas Etanol……………

4.5.1 Respon Lapisan CoFe2O4 Terhadap Kehadiran Gas Etanol

Dengan Variasi Jumlah Pelapisan (N)……………………………

4.5.2 Respon Lapisan CoFe2O4 Terhadap Kehadiran Gas Etanol

Dengan Variasi Suhu Annealing…………………………………

4.5.3 Respon Lapisan CoFe2O4 Terhadap Variasi Volume Etanol…

28

30

32

32

33

35

35

36

37

37

39

41

BAB V PENUTUP……………………………………………………………. 42

5.1 Kesimpulan…………………………………………………………….

5.2 Saran……………………………………………………………………

42

43

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………. 44

LAMPIRAN…………………………………………………………………... 47


xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 (a) Medan magnet H yang dihasilkan oleh koil silinder

(b) kerapatan fluks magnetik dalam bahan…………………....

5

Gambar 2.2 Demonstrasi dari momen magnetik yang terkait dengan (a)

elektron yang mengorbit dan (b) elektron yang berputar……..

7

Gambar 2.3 Konfigurasi dipol atom diamagnetik dengan dan tanpa medan

magnet …………..…………………………………...……..

8

Gambar 2.4 Konfigurasi dipol atom paramagnetik dengan dan tanpa

medan magnet ………………………………………………..

9

Gambar 2.5 Konfigurasi keselarasan dipol atom feromagnetik saat tidak

ada medan magnet eksternal……………………………...…...

9

Gambar 2.6 Kurva histeresis bahan ferromagnetik M terhadap H…….….. 10

Gambar 2.7 Tahapan spin coating………….……………………..……………. 14

Gambar 2.8 Skema difraksi sinar-X pada XRD…………….…………..… 15

Gambar 2.9 Skema Vibrating Sample Magnetometer …………….....…...…. 17

Gambar 2.10 Rangkaian LCR…......……………...………………………… 18

Gambar 3.1 Diagram alir prosedur penelitian………………...…………… 22

Gambar 3.2 Pembuatan larutan CoFe2O4 dengan strirrer………………….. 23

Gambar 3.3 Deposisi lapisan CoFe2O4…………………………………….. 24

Gambar 3.4 Proses drying………………...……………………………….. 24

Gambar 3.5 Proses heating………………………………………………… 24

Gambar 3.6 Proses annealing……………………………………………… 25

Gambar 3.7 Desain sampel lapisan CoFe2O4 untuk pengukuran LCR

meter…………………………………………………………..

27

Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran sampel lapisan CoFe2O4

menggunakan LCR

meter…………………..……………………………………..

27


xv

Gambar 4.1 Tipikal pola karakteristik XRD lapisan CoFe2O4 hasil

deposisi spin coating pada substrat kaca preparat dengan suhu

annealing 700ºC……………………………………...……….

28

Gambar 4.2 Tampang lintang lapisan CoFe2O4 variasi jumlah pelapisan

(a) N1 dan (b) N=2 hasil deposisi spin coating pada substrat

kaca dengan suhu annealing

700ºC………………………………..

31

Gambar 4.3 Kurva histeresis lapisan CoFe2O4 hasil deposisi spin coating

dengan variasi jumlah pelapisan (N) pada suhu annealing

700ºC………………………………………………………….

32

Gambar 4.4 Kurva histeresis lapisan CoFe2O4 hasil deposisi spin coating

dengan variasi suhu annealing pada jumlah pelapisan

N=2……………………………………………………………

34

Gambar 4.5 Kurva hubungan frekuensi terhadap impedansi listrik

lapisan CoFe2O4. dengan variasi jumlah pelapisan (N) pada

suhu annealing 700ºC…………………………………………

35

Gambar 4.6 Kurva hubungan frekuensi terhadap impedansi listrik

lapisan CoFe2O4. dengan variasi suhu annealing pada jumlah

pelapisan

N=1……………….………………………………………....

36

Gambar 4.7 Kurva perubahan impedansi sebagai fungsi frekuensi

terhadap kehadiran gas etanol pada lapisan CoFe2O4 N=1 (a),

N=2 (b), N=3 (c) dan N=4

(d)……………………………..……………

37

Gambar 4.8 Kurva respon lapisan CoFe2O4 sebagai fungsi frekuensi

dengan variasi jumlah pelapisn (a) respon lapisan CoFe2O4

sebagai dan fungsi variasi jumlah pelapisan pada frekuensi 20

kHz (b) terhadap kehadiran gas

38


xvi

etanol.…................................................

Gambar 4.9 Kurva perubahan impedansi sebagai fungsi frekuensi

terhadap kehadiran gas etanol pada lapisan CoFe2O4 variasi

suhu annealing 500ºC (a), 600ºC (b) dan 700ºC

(c).………………..

39

Gambar 4.10 Kurva respon lapisan CoFe2O4 sebagai fungsi frekuensi

dengan variasi suhu annealing (a) dan respon lapisan

CoFe2O4 sebagai fungsi variasi suhu annealing pada frekuensi

20 kHz (b) terhadap kehadiran gas

etanol………………………………..

40

Gambar 4.11 Kurva respon gas lapisan CoFe2O4 terhadap volume etanol

dengan variasi frekuensi pada jumlah pelapisan N=1 suhu

annealing 700ºC………………………………………………

41


xvii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Data ukuran kristalit (D), lattice strain ( ), parameter kisi (α)

dan densitas (dx) dari lapisan CoFe2O4 pada suhu annealing

700°C………………………………………………………….

29

Tabel 4.2 Data nilai ketebalan N=1 dan N=2 lapisan CoFe2O4 hasil

deposisi spin coating pada suhu annealing 700ºC.……............

31

Tabel 4.3 Data medan koersif (Hc), magnetisasi remanen (Mr) dan

magnetisasi saturasi (Ms) dengan variasi jumlah pelapisan (N)

pada suhu 700ºC …………………..…………………………..

32

Tabel 4.4. Data medan koersif (Hc), magnetisasi remanen (Mr) dan

magnetisasi saturasi (Ms) dengan suhu annealing pada jumlah

pelapisan N=2…………………………………………………

34


xviii

DAFTAR SIMBOL

H Kuat medan magnet

I Arus

B Induksi magnet

Permeabilitas

Permeabilitas ruang hampa

M Magnetisasi

Ms Magnetisasi saturasi

Mr Magnetisasi remanensi

m Momen magnetik

Suseptibilitas

Suseptibilitas magnetik

M Berat molekul

N Bilangan Avogadro

FWHM

ϴ Sudut difraksi sinar-X

λ Panjang gelombang sinar-X

D Ukuran kristal

dx Densitas kristal

ɛ Lattice strain

α Parameter kisi

R Resistansi

L Induktansi

C Kapasitansi

Z Impedansi


KARAKTERISTIK MAGNETIK DAN LISTRIK LAPISAN CoFe O …

Documents

Transcript of KARAKTERISTIK MAGNETIK DAN LISTRIK LAPISAN CoFe O …