Top Banner

of 21

Metal Oxide

Feb 19, 2018

Download

Documents

Muhammad Balyan
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • 7/23/2019 Metal Oxide

    1/21

    7

    BAB II

    TINJAUAN PUSTAKA

    2.1 Aplikasi Material Oksida Sebagai Sensor Gas

    Senyawa oksida logam dapat diaplikasikan sebagai sensor gas. Material

    oksida merupakan senyawa oksida-logam dengan karakter strukturnya berikatan

    ionik. Banyak ragam dari material oksida logam seperti Fe2O3, TiO2, ZrO2, ZnO,

    SnO2, dan lain-lain. Oksida logam yang bersifat semikonduktor sering digunakan

    sebagai bahan untuk mendeteksi berbagai gas yang seperti CO, C2O , H2,alkohol,

    H2O, NH3, O2, NOx . Banyak penelitian yang dikembangkan untuk mengubah

    bahan dasar semikonduktor oksida sehingga memiliki sensitivitas yang tinggi.

    Penelitian tersebut di antaranya :

    a. Sri Julia, 2005

    Bahan dasar yang digunakan untuk film tipis adalah ZnO, dari

    hasil penelitiannya, film tipis berbasisi ZnO memiliki kemampuan

    tinggi dalam mobilitas konduksi electron, Stabil terhadap

    perlakuan kimia dan perlakuan panas, Resistivity semikonduktor

    dan tidak mengandung racun dan dan film tipis berbasisi ZnO

    tersebut dapat dipalikasikan untuk sensor gas ethanol.

    b. Nur Asiah Jamil, 2008

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    2/21

    8

    Bahan yang digunakan adalah ZnFe2O dengan penambahan CuO.

    Dibuat dalam bentuk film tebal. Hasil penelitiannya adalah dengan

    penambahan CuO tidak merubah struktur kristal. Dari sifat

    listriknya, resistivitas listrik sampel di media gas lebih kecil dari

    pada resistivitas listriknya di udara. Hal ini menunjukkan bahwa

    keramik yang dibuat sensitif terhadap gas etanol dan berpotensi

    dijadikan sensor gas.

    c. Abhijith. 2006, Reungchaiwat. 2005, Reichel. 2005

    Bahan yang digunakannya adalah ZnO. Hasil dari penelitiannya

    adalah Film tipis yang dibuat dengan bahan ZnO dapat dijadikan

    sensor gas etanol, dengan suhu kerja yang tinggi yaitu 4000C.

    d. Kotsikau D, Ivanovskaya M, Orlik D, Falasconi M.2004

    Bahan yang digunakannya adalah pencampuran Fe2O3 dan SnO2.

    Film tipis dibuat dengan metode sol-gel tersebut setelah di

    treatment dalam suasana gas, menghasilkan sensitivitas dalam

    suasana gas C2H5OH.

    2.1.1

    Sensor Gas

    Dalam dunia teknologi, sensor yang dapat mendeteksi bau atau aroma

    tertentu termasuk teknologi yang masih baru. Ditemukannya sensor pendeteksi

    gas tertentu sangat membantu dalam dunia industry dan rumah tangga. Misalnya

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    3/21

    9

    dapat mengetahui kadar polusi udara di daerah tertentu, kualitas makanan,

    kebocoran gas, kandungan gas alkohol dari mulut seseorang dan lain-lain.

    Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran

    fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisis dengan rangkaian listrik

    tertentu. Material oksida merupakan senyawa oksida-logam dengan karakter

    strukturnya berikatan ionik. Kemampuan material oksida sebagai sensor gas,

    memerlukan perhatian khusus pada karakteristik struktur yang dapat dianalisa

    melalui SEM (Scanning Electron Microscope). Dan struktur material oksida yang

    dibutuhkan ialah yang kristalin. Kristalin dalam hal ini sama artinya dengan

    kristalin sebagaimana pada logam. Strukturnya berulang dalam periode tertentu

    dan dalam tiga dimensi. Untuk mengetahui kualitas kristal material, dapat

    digunakan X-Ray Diffractometer (XRD).

    Gambar 2.1Alat untuk mengukur sensitivitas Sensor Gas

    Ada berbagai macam sensor gas yang dibuat dari film tipis dan banyak

    dimanfaatkan dalam dunia industi. Atau lebih dikenal dengan nama TGS ( Thin

    Gas Sensor ).

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    4/21

    10

    Dalam lingkungan yang memiliki kadar gas tertentu, gas di lingkungan

    berdifusi ke material oksida. Kemudian gas terdifusi ke permukaan batas butir,

    sehingga semakin banyak batas butirnya, maka semakin besar peluang gas

    terdifusi dan terikat di dalam material oksida. Artinya, di dalam sensor gas,

    membutuhkan butiran-butiran kristal yang kecil.

    Hubungan antara hambatan sensor dengan gas yang terdeteksi oleh sensor

    dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

    R= A .. (1)

    Dengan R adalah hambatan dari Sensor C adalah konsentrasi gas yang

    terdeteksi , A adalah koefisien untuk gas-gas tertentu dan adalah sensitivitas.

    Setiap sensor memiliki respon tegangan yang berbeda-beda. Dalam

    mendeteksi suatu jenis gas. Seperti sensor gas TGS 2610 yang mampu mendeteksi

    gas isobutana, metana, ethanol, hidrogen menghasilkan respon sensor yang

    berbeda-beda. Sedangkan sensor gas TGS 2600 mempunyai sensitivitas yang

    tinggi pada gas udara yang tercemar seperti CO.

    Gambar 2.2 Sensitivitas untuk bermacam-macam gas yang dideteksi oleh sensor gas TGS

    2610

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    5/21

    11

    Masing-masing sensor gas didesain khusus untuk sensitif terhadap gas

    tertentu. Sensitivitas ini bergantung pada formulasi dari material sensor yang

    digunakan. Tipe-tipe sensor yang dibuat dengan menggunakan film tipis, setiap

    tipe mempunyai model karakteristik sensitivitas yang berbeda.

    Gambar 2.3 Hubungan sensitivitas SnO2 terhadap suhu untuk beberapa gas. Puncak

    dari titik hitam menunjukan suhu kerja 4500C (Reichel. 2005)

    Gambar 2.4 Hubungan sensitivitas bahan (ZnO) terhadap suhu untuk gas aceton 200 ppm.(Abhijith. 2006)

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    6/21

    12

    Gambar 2.3 dan 2.4 menunjukan hubungan sensitivitas bahan dengan

    suhu. Dari Gambar 2.3 dapat dilihat SnO2 sensitif terhadap gas Co dan etanol

    dengan suhu kerja yan berbeda. Sedangkan untuk gas Hexane dan aseton kedua

    gas ini dapat dideteksi pada suhu yang sama (4500C). Hal ini menunjukan bahwa

    SnO2dapat dijadikan sensor gas Co dan etanol dengan mengatur suhu kerjanya,

    tetapi tidak bisa digunakan untuk sensor gas Hexane dan aseton karena kedua gas

    ini didetekasi pada suhu kerja yang sama. Gambar 2.4 menunjukan sensitivitas

    ZnO pada gas aseton dengan tegangan yang berbeda. Dari Gambar itu diketahui

    suhu kerja ZnO sebagai sensor gas eseton untuk beberapa bias.

    2.1.2 Material Semikonduktor

    Minat Ilmuwan untuk mempelajari sifat semikonduktor meningkat

    dengan pesat sejak Bardeen Dkk menemukan piranti transistor yang terbuat

    dari bahan semikonduktor. Yang sebelumnya piranti transistor terbuat dari

    tabung hampa.

    Dilihat dari sifat listriknya bahan material dapat dikelompokan

    menjadi isolator, semikonduktor dan superkonduktor. Salah satu sifat fisis

    yang sering dipakai untuk mengelompokan jenis bahan adalah nilai energi

    gapp yang dimiliki bahan tersebut.

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    7/21

    13

    Tabel 2.1 Nilai celah energi bahan

    Selain bahan semikonduktor komersial yang ditunjukkan di atas,

    bahan semikonduktor lain yang mmasih dalam taraf penelitian dan

    pengembangan, bahan tersebut belum digunakan secara luas. Bahan-bahan

    yang bersangkutan adalah bahan semikonduktor oksida dan bahan polimer.

    Contoh bahan oksida antara lain : CuO, ZnO, Ag2O, PbO, Fe2O3, SnO dll,

    sedangkan contoh bahan polimer misalnya : poliasetilen, polipirol, politiofen,

    polianilin dan polimer konduktif sejenisnya

    Bahan semikonduktor adalah bahan yang mempunyai tingkatan

    konduktivitas (kemampuan menghantarkan arus listrik) diantara bahan

    konduktor dan isolator. Kebalikan dari konduktivitas adalah resistansi , yaitu

    kemampuan menahan arus listrik. Semakin tinggi tingkat konduktivitas maka

    semakin rendah tingkat resistansi.

    Istilah resistivity (rho, yunani) biasanya digunakan untuk

    membandingkan tingkat resistansi material. Resistivitas suatu material diukur

    dalam satuan -m atau -cm.

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    8/21

    14

    ..(2)

    Berikut tabel yang menunjukkan beberapa nilai resistivitas bahan-

    bahan konduktor, semikonduktor dan isolator.

    Tabel 2.2 Nilai resistivitas jenis bahan

    Jenis Bahan Resistivitas

    Konduktor Tembaga 10-6- cm

    SemikonduktorSilikon 50 X 10-3- cm

    Germanium 50 - cm

    Isolator Mika 1012- cm

    Dilihat dari perbandingan resistivitas, Bahan semikonduktor

    mampu menghantarkan listrik lebih baik daripada isolator, tapi lebih rendah

    dibandingkan konduktor. Divais teknologi saat ini yang sering digunakan

    adalah bahan semikonduktor karena memiliki karakteristik listrik yang sesuai

    dengan kebutuhan teknologi.

    Ditinjau dari jenis pembawa muatan yang menghantarkan listrik di

    dalamnya, bahan semikonduktor dapat dibedakan menjadi bahan

    semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik. Bahan semikonduktor intrinsik adalah

    semikonduktor yang telah dimurnikan untuk mengurangi impuritas

    (pengotoran oleh atom lain). Sehingga hantaran listrik yang terjadi pada

    bahan tersebut adalah elektron dan lubang (hole). Sedangkan bahan

    semikonduktor ekstrinsik adalah bahan semikonduktor yang telah dikenakan

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    9/21

    15

    dooping, karena mengandung atom-atom pengotor, pembawa muatan

    didominasi oleh elektron saja atau lubang saja.[ http ://students.itb.ac.id]

    2.1.3 Teknologi Film Tipis

    Divais semikonduktor dalam bentuk film disajikan dalam dua jenis

    yaitu film tipis dan film tebal. Syarat untuk penumbuhan film tipis adalah

    ketidaksesuaian film dengan kisi kecil, sehingga tidak terjadi cacat kristal.

    Apabila lapisan tipis yang ditumbuhkan memiliki kesamaan dalam sifat-sifat

    kimia, parameter kisi dan struktur Kristal dengan substrat, maka proses

    penumbuhannya disebut Homoepiktasi. Contohnya : Si diatas Si, GaAs diatas

    GaAs. Sehingga, tidak memilki ketidaksesuaian kisi dan tidak mengalami

    regangan Kisi. Sedangkan, Apabila lapisan tipis yang ditumbuhkan tidak

    memilki kesamaan dalam sifat-sifat kimia, parameter kisi dan struktur Kristal

    dengan substrat, maka proses penumbuhannya disebut Heteroepiktasi.

    Contohnya, Si diatas Al2O3, GaN diatas Si. Sehingga, memiliki kesesuaian

    kisi, mengalami regangan kisi dan akan muncul cacat Kristal [Pembuatan

    Film Tipis, Diktat Kuliah Pemrosesan Bahan Semikonduktor]

    Untuk menumbuhkan lapisan tipis, ada beberapa teknik yang dapat

    digunakan, yaitu :

    1. Metoda Physical Vapor deposition (PVD)

    Merupakan deposisi uap dengan reaksi fisika

    Contoh :

    - Sputtering (DC atau RF)

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    10/21

    16

    - Pulsed Laser Deposition (PLD)

    2. Deposition Metoda Chemical Vapor Deposition (CVD)

    Merupakan deposisi uap dengan reaksi kimia

    Contoh :

    - Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD)

    - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)

    - Low pressure Chemical Vapor (LPCVD)

    Film tipis pada suatu bahan pada umumnya mempunyai ketebalan

    yang bervariasi. Secara umum ketebalan lapisan tipis ini berkisar antara orde 10-6

    meter sampai dengan orde 10-9

    meter. Sehingga ketebalan lapisan ini tidak dapat

    dilihat dengan mata biasa, namun diperlukan alat ukur ketebalan seperti SEM

    (scanning electron microskopik). SEM adalah instrumen yang sangat handal untuk

    melakukan observasi dan karakterisasi material organik dan anorganik yang

    heterogen pada permukaan bahan pada skala mikrometer atau bahkan sub-

    mikrometer [Sartono. A. Arif, Tugas Akhir Mata kuliahProyek Laboratorium DR

    Kebamoto, Scanning Electron Microscopy (SEM )]

    Teknologi film tipis dilakukan dengan metode sol-gel yang dibuat

    dengan teknik spincoating. Film tipis mentah kemudian di sinter dengan suhu

    yang berbeda. Proses ini termasuk proses standar dalam pembuatan sebuah divais

    semikonduktor.

    Bahan film tipis terdiri dari:

    Senyawa semikonduktor oksida

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    11/21

    17

    Senyawa organik atau Organic Vihencle (OV) yaitu senyawa yang

    memberikan sifat fluida pada partikel-partikel semikonduktor agar dapat

    dicetak pada substrat. Bahan yang digunakan biasanya berupa

    CH3COOH, HCl dan PEG

    Substrat berupa Kaca / Glass

    Konduktor, sebagai jalur penghubung untuk rangkaian listrik. Bisa

    terbuat dari perak, campuran logam palladium dan perak, palladium dan

    emas, platina dan emas, serta campuran lainnya.

    2.2 Struktur Kristal

    Kristal adalah zat padat yang susunan atom-atomnya atau

    molekulnya teratur. Partikel kristal tersusun secara berulang dan teratur serta

    perulangan mempunyai rentang yang panjang. Struktur kristal terdapat pada

    hampir semua logam dan mineral. Contohnya garam dapur, gula, besi, dan

    belerang. Suatu struktur kristal dibangun oleh sel unit, sekumpulan atom yang

    tersusun secara khusus, yang secara periodik berulang dalam tiga dimensi dalam

    suatu kisi. Spasi antar sel unit dalam segala arah disebut parameter kisi. Sifat

    simetri kristalnya terwadahi dalam gugus spasinya. Struktur dan simetri suatu

    mempunyai peran penting dalam menentukan sifat-sifatnya, seperti sifat

    pembelahan, struktur pita energi, dan optiknya.

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    12/21

    18

    2.3 Struktur Mikro

    Struktur mikro merupakan struktur yang terdiri dari butir dan fasa

    tertentu. Mikrostruktur adalah penataan geometri dari butir-butir dan fasa-fasa

    dalam suatu material. Variabel-variabel dari fitur-fitur struktur ini mencakup

    jumlah, ukuran, bentuk dan distribusi. Dimensi mikrostruktur cukup kecil

    sehingga diperlukan mikroskop optik ( pembesaran hingga 2000 x ) bahkan

    mikroskop elektron ( pembesaran hingga 50.000 X ) untuk mengamatinya. Dapat

    memperkirakan jumlah setiap fasa dengan bantuan diagram fasa. Ukuran

    ditentukan oleh waktu, suhu dan pertimbangan pertimbangan kinetik yang lain.

    Bentuk dan distribusi lebih rumit lagi, tetapi dioptimalkan melalui perlakuan

    panas yang tepat. Berbagai jenis material memiliki fasa tunggal dan sebagian fasa

    tunggal adalah polikristalin dan memiliki mikrostruktur ( Van Vlack, 2001 ).

    2.4 Butir, Batas butir dan pertumbuhan Butir

    Butir merupakan kristal-kristal dengan orientasi yang berbeda. Bentuk

    butir dalam bahan padat biasanya diatur oleh adanya butir-butir lain disekitarnya.

    Dalam setiap butir semua sel satuan teratur dan terarah dalam satu arah dan satu

    pola tertentu. Pada batas butir antar dua butir yang berdekatan terdapat daerah

    transisi yang tidak searah dengan pola dalam butiran. Meskipun ukuran biasanya

    disebutkan sebagai diameter dari butir tersebut, sesungguhnya hanya sedikit butir

    dari logam-logam fasa tunggal yang berbentuk bulat. Butir harus mengisi seluruh

    ruang dan juga meminimalkan daerah batas butir total (Van Vlack, 2001 ).

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    13/21

    19

    Mikrostruktur dari material-material berfasa tunggal dapat diubah

    dengan mengatur ukuran, bentuk dan orientasi dari butir-butirnya. Aspek ini tidak

    seluruhnya independen, karena bentuk dan ukuran butir merupakan hasil dari

    pertumbuhan butir. Demikian pula, bentuk butir yang bergantung pada orientasi

    kristalin dari butir ketika pertumbuhan (Van Vlack, 2001 ).

    Untuk menemukan lokasi batas butir dalam material, dapat digunakan

    mikroskop. Dengan sebelumnya, material di etsa. Pertama-tama permukaan

    dipoles perlahan-lahan untuk mendapatkan permukaan datar mirip cermin dan

    kemudian diserang dengan material kimia dalam waktu yang singkat. Atom-atom

    disepanjang daerah ketidakcocokan antara satu butir dan butir di dekatnya akan

    lebih mudah larut daripada atom-atom lainnnya. Dan atom-atom tersebut akan

    meninggalkan jejak garis yang dapat dilihat dengan mikroskop. Batas butir yang

    di etsa tidak berfungsi sebagai cermin yang halus, seperti halnya butir yang tersisa

    (Van Vlack, 2001 ).

    Batas butir dapat dianggap berdimensi dua dengan bentuk

    melengkung dan memiliki ketebalan tertentu yaitu 2 sampai 3 jarak atom. Ketidak

    seragaman orientasi antara butiran yang berdekatan menghasilkan tumpukkan

    atom yang kurang efisien sepanjang batas. Oleh karena itu atom sepanjang batas

    butir memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan yang terdapat dalam butir.

    Hal inilah yang menyebabkan daerah perbatasan lebih mudah terkikis. Energi

    atom batas butir yang lebih tinggi sangat penting bagi proses nukleasi selama

    perubahan fasa polimorfi. Polimorfi adalah dua atau lebih ragam kristal dengan

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    14/21

    20

    komposisi yang sama.contohnya ialah polimorfi karbon berupa bentuk ganda

    grafit dan intan. Tumpukan atom yang lebih sedikit pada batas butir

    memperlancar difusi atom dan ketidak seragaman orientasi pada butir yang

    berdekatan mempengaruhi kecepatan gerak dislokasi. Jadi batas butir merubah

    regangan plastis dalam bahan.

    Besar butir rata-rata dari material fasa tunggal bertambah besar

    dengan bertambahnya waktu apabila suhu menimbulkan pergerakan atom yang

    cukup signifikan. Gaya penggerak untuk pertumbuhan butir adalah energi yang

    dilepaskan ketika atom bergerak melintasi batas dari butir dengan permukaan

    cembung sampai ke butir dengan permukaan cekung, disitu atom rata-rata

    berkoordinasi dengan sejumlah besar atom tetangga pada jarak interatomik

    kesetimbangan. Akibatnya batas bergerak mendekati pusat kelengkungan. Karena

    butir-butir kecil cenderung memiliki permukaan dengan kecembungan yang lebih

    tajam dibandingkan butir-butir besar, butir-butir kecil menghilang terkikis oleh

    butir yang lebih besar (Van Vlack, 2001 ).

    2.5

    Substrat Kaca

    Substrat yang digunakan untuk pembuatan film tipis Fe2O3 adalah

    kaca. Fungsi Substrat dalam rangkaian film tipis yaitu :

    1. Sebagai penunjang interkoneksi dan perakitan divais.

    2. Sebagai isolator dan tempat pelapisan serta pembentukan pola jalur

    konduktor dan komponen pasif.

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    15/21

    21

    3. Media penyalur panas dari rangkaian.

    4.

    Sebagai lapisan dielektrik untuk rangkaian-rangkaian frekuensi tinggi.

    [Harper, 1994: 8.2]

    Secara umum substrat harus mempunyai sifat [Situs Web Kimia

    Indonesia _ Artikel - Beberapa fakta seputar kaca.]:

    1. Kestabilan dimensi (tidak mudah berubah)

    2. Tahan terhadap gesekan

    3. Konstanta dielektrik yang rendah

    4. Permukaan rata dan halus

    5. Stabilitas kimia yang baik dan kecocokan dengan pasta

    6. Daya serapnya rendah

    7.

    Jenis isolator yang baik

    Kaca/glass digunakan sebagai substrat Film tipis Fe2O3 karena

    memiliki kemampuan tidak bereaksi dengan bahan kimia, tidak aktif secara

    biologi, bisa dibentuk dengan permukaan yang sangat halus dan kedap air. Oleh

    karena sifatnya yang sangat ideal kaca banyak digunakan di banyak bidang

    kehidupan. Selain itu, kaca merupakan salah satu produk industri kimia yang

    paling akrab dengan kehidupan sehari-hari. Secara empiris, kaca adalah material

    non-organik hasil dari proses pendingan tanpa melalui proses kristalisasi. Secara

    struktur, kaca merupakan benda padat yang tidak mempunyai struktur seperti

    halnya keramik atau logam. Dari definisi di atas dapat disimpulkan bahwa ada

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    16/21

    22

    beberapa metode yang dapat dilakukan untuk membuat kaca

    [http://en.wikipedia.org/wiki/Glass], yaitu:

    1. Proses pendinginan dengan cepat

    2. Proses polimerisasi

    Dipandang dari segi fisika kaca merupakan zat cair yang sangat

    dingin. karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan

    seperti dalam zat cair. namun berwujud padat. Ini terjadi akibat proses

    pendinginan (cooling) yang sangat cepat. Dari segi kimia, kaca adalah gabungan

    dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap, yang dihasilkan dari

    dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai

    penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibanding dengan

    golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh

    keunikan silika(SiO2).

    Beberapa sifat-sifat kaca secara umum adalah:

    Padatan amorf

    Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.

    Tidak memiliki titik lebur yang pasti

    Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 1012

    Pa.s)

    Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida.

    Karena itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.

    Efektif sebagai isolator.

    Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    17/21

    23

    2.6 Fe2O3 (Besi oksida/ Ferric oksida/Hematit)

    Fe2O3 merupakan salah satu mineral oksida yang melimpah

    ketersediaannya. Dan pemanfaatan yang terus dikembangkan untuk

    mengahasilkan teknologi di berbagai bidang. Besi adalah logam yang berasal dari

    bijih besi (tambang). Besi merupakan logam yang melimpah nomor dua (2)

    setelah logam aluminium. Dengan penambahan oksigen pada besi, sehingga

    terbentuk senyawa oksida dengan rumus kimia Fe2O3 (Besi oksida ). Fe2O3

    merupakan senyawa anorganik yang berbentuk oksida yang dapat diaplikasikan

    sebagai divais semikonduktor. Adapun sifat-sifat logam besi adalah [Unsur-

    Unsur Transisi Periode Pertama, Diktat Kuliah Kimia Dasar]:

    Merupakan logam berwarna putih mengkilap.

    Tidak terlalu keras dan agak reaktif, mudah teroksidasi.

    Mudah bereaksi dengan unsur-unsur non logam seperti : halogen,

    sulfur, pospor, boron, karbon dan silikon.

    Kelarutan : larut dalam asam-asam mineral encer.

    Gambar 2.5 Serbuk Fe2O3[http://en.wikipedia.org/wiki]

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    18/21

    24

    Gambar 2.6 Struktur Atom Fe2O3[http://en.wikipedia.org/wiki]

    Fe2O3 memiliki sistem struktur Kristal heksagonal dengan parameter

    kisi a=5.0345 A ,dan c = 13.749A ). Karakteristik fisis lainnya hematit memiliki

    massa jenis 5.255 gram /cm3, tingkat kekerasan ( hardness) berkisar antara 5-6,

    berat molekul 159.69 gram/mol, dan terdekomposisi menjadi Fe3O4 dan oksigen

    pada temperatur 1735 K ( Deer et al,1962 :21; Barsoum, 1997; Taufiq;2004 : 16 ).

    Berdasarkan sifat listriknya, merupakan semikonduktor tipe-n dengan band gap

    sebesar 3.1 eV.

    Komposisi Hematit menurut teori adalah murni Fe2O3, akan tetapi

    sedikitnya seluruh spesimen di dalamnya telah diteliti. Berdasarkan beberapa

    penelitian tentang hematit, diketahui sejumlah kecil MnO dan FeO yang mungkin

    ditemukan dalam hematite sedangkan SiO2 dan Al2O3 yang mungkin ada dapat

    dinilai sebagai pengotor ( Deer et al 1962 : 22 ). Menurut Muan dan Gee, terdapat

    sekitar 10% Al2O3 di dalam hematit untuk sistem Fe2O3-Al2O3 ( Deer et al 1962 :

    22; Gustaman_a , 2004 ).

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    19/21

    25

    2.7 Sintering

    Pensinteran adalah proses pengikatan partikel-partikel oleh panas.

    Selain pengikatan partikel-partikel serbuk, pensinteran juga menghilangkan

    porositas awal sehingga dihasilkan produk yang lebih padat. Prinsip yang terlibat

    dalam pensinteran partikel-partikel padat tanpa adanya cairan sama dengan prinsip

    pada pertumbuhan butir, yaitu pengurangan energi permukaan dan energi batas,

    sehingga akan meminimalkan daerah-daerah batas ( Van Vlack, 2001 ).

    2.7.1 Tahapan yang terjadi pada saat sintering

    a. Tahapan awal

    Selama proses sintering, partikel-partikel mengalami posisinya kembali.

    Sehingga jarak bidang kontak antar partikel menjadi lebih baik. Pada tahap

    ini, cairan mulai terbentuk dan membasahi partikel-partikel sehingga akan

    mempermudah terjadinya gerakan-gerakan partikel tersebut untuk

    membentuk kondisi yang lebih padat. Proses densifikasi berjalan sangat cepat

    sehingga densitas bahan mencapai 60 %.

    b. Tahapan Medium

    Partikel-partikel kecil akan larut dalam cairan dan mengendap kembali pada

    partikel-partikel lebih besar. Sehingga tercipta perbedaan ukuran partikel

    yang semakin besar yang kemudian menyebabkan terjadinya potensial kimia

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    20/21

    26

    partikel besar dan kecil. Perbedaan potensial kimia inilah yang menjadi

    penggerak.

    Dengan fasa cair, proses difusi berjalan sangat cepat dan memungkinkan

    tumbuhnya butiran-butiran baru. Celah-celah pori yang kontinyu akan

    terhambat oleh butiran-butiran tersebut. Dan terbentuklah pori-pori yang

    berbentuk diskrit. Pada proses ini densitasnya mencapai 92%-95%.

    c. Tahapan Akhir

    Pada tahapan akhir, proses densifikasi telah berakhir. Proses yang terjadi

    hanyalah perpaduan antara partikel-partikel yang tumbuh selama sintering

    untuk membentuk partikel-partikel yang lebih besar. Dalam proses ini pula,

    pori-pori sudah tertutup.

    2.7.2 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Sintering

    a. Bahan Aditif

    Pada saat sintering, bahan aditif ini akan membentuk cairan. Sehingga akan

    meningkatkan kekuatan mekanik dan mengurangi porositas serta

    menghambat pertumbuhan kristal yang lebih besar. Contohnya bahan-

    bahannya adalak oksida-oksida Mg, Ca, Ti, Ni

    b. Ukuran Butir

  • 7/23/2019 Metal Oxide

    21/21

    27

    semakin kecil ukuran butir akan menghasilkan densifikasi semakin baik.

    Bentuk dan ukuran butir yang seragam akan memberikan densitas yang

    rendah.

    c. Suhu dan Waktu Pembakaran

    Tingkat densifikasi optimal akan tercapai bila kecepatan pembakarannya

    konstan hingga mencapai temperatur maksimal pembakaran. Kemudian

    ditahan dengan suhu tersebut dalam waktu tertentu.

    d. Tekanan

    Metode penekanan yang efektif adalah dengan hot pressing. Sehingga dapat

    menghasilkan kepadatan produk yang tinggi.

    e. Atmosfir

    Atmosfir pada tungku mempengaruhi proses densifikasi dan pembentukan

    struktur mikro suatu produk. Apabila terdapat gas yang tidak mudah terserap

    dan larut, maka gas tersebut akan terperangkap dan mempengaruhi proses

    densifikasi. Sehingga menyebabkan ketidaksempurnaan struktur mikro bahan

    tersebut.