LEMBAR PERSETUJUAN - digilib.uns.ac.id · Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau

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

commit to user

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

KARAKTERISASI SIFAT OPTIK DAN KELISTRIKAN PADA KACA

TeO2-ZnO-Na2O YANG SEBAGIANNYA BERFASE KRISTAL

TESIS

Disusun Oleh

BANGUN SARTONO

NIM. S910209003

Dewan Pembimbing

Jabatan Nama Tanda Tangan

Tanggal

Pembimbing I Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D

NIP. 19680508 199702 1001

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

……………..

Pembimbing II Prof. Drs. Cari, M.A. M.Sc, Ph.D

NIP. 19610306 198503 1002

.............................. ……………..

Telah dinyatakan memenuhi syarat pada tanggal ………………

Disahkan Oleh,

Ketua Program Studi Ilmu Fisika

Pascasarjana UNS

Prof. Drs. Cari, M.A. M.Sc, Ph.D

NIP. 19610306 198503 1002


commit to user

iii

LEMBAR PENGESAHAN

KARAKTERISASI SIFAT OPTIK DAN KELISTRIKAN PADA KACA

TeO2-ZnO-Na2O YANG SEBAGIANNYA BERFASE KRISTAL

TESIS

Disusun Oleh

BANGUN SARTONO

NIM. S910209003

Tim Penguji

Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal

Ketua

Prof. Dra. Suparmi, M.A, Ph.D

NIP. 19520915 197603 2 001

........................... ………………

Sekretaris

Prof. Ir. Ari Handono Ramelan,

M.Sc(Hons).,Ph.D

NIP. 19610223 199601 1 001

........................... ………………

Anggota

Penguji

Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D

NIP. 19680508 199702 1001

........................... ……………….

Prof. Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D

NIP.19610306 198503 1002

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

………………..

Telah dipertahankan di depan tim penguji dan dinyatakan memenuhi syarat

pada tanggal ………………

Mengetahui,

Direktur Program Pascasarjana

Universitas Sebelas Maret

Prof. Dr.Ir. Ahmad Yunus, M.S

NIP.19610717 198601 1 001

Ketua Program Studi

Ilmu Fisika

Prof. Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D

NIP.19610306 198503 100201


commit to user

iv

PERNYATAAN ORISINILITAS DAN PUBLIKASI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa;

1. Tesis yang berjudul “Karakterisasi Sifat Optik Dan Kelistrikan Pada Kaca TeO2

- ZnO- Na2O Yang Sebagiannya Berfase Kristal” ini adalah karya penelitian

saya sendiri dengan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah

diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat

karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali

secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan disebut dalam sumber

acuan dan daftar pustaka. Apabila kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam

karya ilmiah ini maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan ketentuan

perundang-undangan (Permendiknas No.17 tahun 2010).

2. Publikasi sebagian atau keseluruahan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain

harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dengan PPs UNS

sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester

(enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian

atau keseluruhan tesis ini, maka PPs UNS berhak mempublikasikan pada jurnal

ilmiah yang diterbitkan PPs UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari

ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang

berlaku.

Surakarta, 2 Januari 2015

Yang Membuat Pernyataan

Bangun Sartono

NIM. S910209003


commit to user

v

ABSTRAK

Bangun Sartono. S910209003. “Karakterisasi Sifat Optik Dan Kelistrikan Pada

Kaca TeO2 – ZnO - Na2O Yang Sebagiannya Berfase Kristal”. Tesis: Program

Studi Ilmu Fisika Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret, 2015.

Pembimbing: 1) Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D, 2) Prof. Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D.

Penelitian ini bertujuan untuk memfabrikasi serta mengetahui karakterisasi sifat

optik dan sifat kelistrikan dari kaca Tellurite Zinc Natrium (TZN). Komposisi kaca

yang digunakan adalah 60 TeO2 - (30-x) ZnO - (10+x) Na2O dengan variasi Na2O

(x=0,1,2,3).

Fabrikasi kaca dilakukan dengan metode melt quanching. Karakterisasi sifat

optic kaca meliputi pengukuran indek bias yang diukur dengan metode sudut

Brewster, pengukuran massa jenis menggunakan piknometer dengan metode hukum

Archimedes, absorbansi pada daerah UV-Vis diuji dengan Spektrofotometer Perkin-

Elmer UV-Vis Lambda-25, absorbansi pada daerah IR diuji dengan Spektrofotometer

FT-IR Shimadzu. Karakterisasi sifat listrik diuji menggunakan I-V meter El-Kahfi.

Kaca kemudian dikristalkan selama 3 menit menggunakan furnace. Kaca yang

sebagiannya berfase kristal itu di uji optik yang meliputi indeks bias, massa jenis,

absorbansi pada daerah UV-Vis dan IR, serta di uji kelistrikan.

Dapat disimpulkan bahwa penambahan Na2O pada kaca menyebabkan

penurunan nilai indeks bias, penurunan nilai massa jenis kaca, penurunan nilai

absorbansi pada daerah cahaya tampak dan inframerah, kenaikan nilai energi band gap

optis dan kenaikan daya hantar listrik.. Kaca TZN yang sebagian telah berfase kristal

mengalami perubahan sifat dari sebelum dikristalkan, yaitu: penurunan indeks bias,

penurunan densitas, kenaikan absorbansi pada daerah inframerah, kenaikan nilai energi

band gap optis, serta meningkatnya daya hantar listrik.

Kata kunci: kaca, tellurite , sifat optik, sifat listrik, kristal sebagian.


commit to user

vi

ABSTRACT

Bangun Sartono. S910209003. “Optical and Elektrical Properties of Partially

Crystallized TeO2-ZnO-Na2O Glasses”. Theses: Physics Program, Postgraduate

Program, Sebelas Maret University, 2015. Advisor: 1) Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D, 2)

Prof. Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D.

The tellurite zinc natrium (TZN) glass with molar composition 60TeO2 -(30-x)

ZnO- (10+x)Na2O (x=0,1,2,3) have been fabricated, optical properties and electricity

were investigated.

The TZN glass were prepared by melt quanching method. Optical properties

were carried out include refractive index was measured by using the Brewster angle

apparatus, density measured by using picnometer, absorbance in the UV-Vis region

was recorded by Perkin-Elmer UV-Vis Lambda-25 Spectrophotometer and IR region

was recorded by FT-IR Shimadzu Spectrophotometer. Electricity properties was

measured using I-V meter El-Kahfi-100. Then, the glass was partially crystallized

using furnace. Optical properties such as refractive index, density, absorbance in the

UV-Vis and IR region of the partially crystalled glass was characterized again.

The addition of Na2O influence decreasing refractive index, decreasing density,

decreasing absorbance in the visible and IR region, decreasing optical band gap energy

and also increasing conductivity of the glass. The partially crystalled TZN glass get

properties changed: decreasing refractive index, decreasing density, increasing

absorbance in the visible and IR region, increasing optical band gap energy and

increasing conductivity of the glass.

Key Word: Glasses, tellurite, optical properties, electricity properties, partially

crystalled.


commit to user

vii

MOTTO :

Maka nikmat Tuhanmu yang manakah yang kamu dustakan (QS 55:13)


commit to user

viii

TERUNTUK :

BAPAK, EMAK, YANGKUNG, DAN YANGTI,

ISTRIKU FITRI PUJI RAHMAWATI,

ANAK-ANAKKU FATIH DAN ZIDNI.


commit to user

ix

KATA PENGANTAR

Alkhamdulillah, puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga tesis yang berjudul “ Karakterisasi

Sifat Optik Dan Kelistrikan Pada Kaca TeO2-ZnO-Na2O Yang Sebagiannya

Berfase Kristal” ini dapat diselesaikan.

Penulis mendapat bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak yang

tidak dapat kami sebutkan satu persatu, dalam menyelesaikan tesis ini. Karena itu, pada

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu menyelesaikan tesis ini, yaitu :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S, selaku Direktur Pascasarjana Universitas

Sebelas Maret Surakarta yang telah berkenan memberikan bantuan berupa segala

sarana dan fasilitas dalam menempuh pendidikan program pascasarjana.

2. Bapak Prof. Drs. Cari, M.A, M.Sc, Ph.D, selaku Ketua Program Studi Ilmu Fisika

Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret sekaligus sebagai Pembimbing II,

yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahan kepada

penulis selama menempuh pendidikan di program pascasarjana.

3. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D, selaku Pembimbing I, yang telah memberikan

bimbingan dan arahan serta motivasi yang sangat beharga kepada penulis selama

penelitian dan penulisan tesis ini.

4. Ibu Prof. Dra. Suparmi, M.A., P.hD, Ketua Tim Penguji, dan Bapak Prof. Ir. Ari

Handono Ramaelan, M.Sc (Hons), Ph.D, Sekretaris Tim Penguji yang telah

memberikan banyak masukkan dalam perbaikan tesis ini.


commit to user

x

5. Segenap Dosen Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjana Universitas

Sebelas Maret yang telah memberikan masukkan, bimbingan dan arahan dalam

pelaksanaan penelitian.

6. Orang tua, istriku, anak-anakku, dan saudaraku yang telah memberikan motivasi

dan doa yang tiada hentinya dalam menempuh pendidikan di program

pascasarjana.

7. Teman-teman Magister Ilmu Fisika angkatan Februari 2009, Agus Cahyana Budi

Santosa dan adik-adik mahasiswa S-1 Fisika FMIPA UNS, terutama Kusnanto, dll

yang banyak memberikan masukan dan bantuan pada setiap kesempatan.

8. Serta semua pihak yang turut membantu yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam tesis ini masih terdapat kekurangan. Oleh

karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun

demi tercapainya kesempurnaan. Semoga tesis ini bermanfaat bagi kita semua. Amin.

Surakarta, 2 Januari 2015

Penulis


commit to user

xi

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN...................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN...................................................................... ii

LEMBAR PERNYATAAN...................................................................... iii

ABSTRAK............................................................................................... v

ABSTRACT............................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ............................................................................ vii

LEMBAR MOTTO ………...................................................................... viii

LEMBAR PERSEMBAHAN ...................................................................... ix

DAFTAR ISI ............................................................................................ X

DAFTAR GAMBAR .............................................................................. Xi

DAFTAR TABEL ................................................................................... Xiii

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ...................................................................... 1

B. Perumusan Masalah .............................................................. 4

C. Tujuan Penelitian .................................................................. 5

D. Batasan Masalah .................................................................... 5

E. Manfaat Penelitian ................................................................ 6

BAB II. KAJIAN TEORI

A. Pengertian Kaca ....................................................................... 7

B. Kaca Tellurium Oksida ............................................................ 9

C. Daerah Pembentukan Kaca ...................................................... 12

D. Sifat Optik Kaca ...................................................................... 14


commit to user

xii

E. Sifat Thermal Kaca………………………………………. 29

F. Sifat Kelistrikan .................................................................. 30

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................ 32

B. Alat dan Bahan Penelitian....................................................... 33

1. Alat Penelitian …………….............................................. 33

2. Bahan Penelitian …………….............................................. 33

C. Prosedur Penelitian dan Pengambilan Data............................ 34

1. Penyiapan Alat dan Bahan .............................................. 36

2. Pembuatan Sampel….…………………………............... 38

3. Annealing …….…..…………………………............... 39

4. Polishing .………..……………………………............... 40

5. Karakterisasi Optik……………………………............... 40

6. Karakterisasi Thermal …………………………............... 44

7. Karakterisasi Kelistrikan ………………………............... 45

8. Analisis Data …………. ………………………............... 45

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Fabrikasi Kaca Tellurite .......................................................... 46

B. Sifat Termal .............................................................................. 49

C. Karakterisasi Sifat Optis Kaca Tellurite .................................. 51

1. Indek Bias ........................................................................... 51

2. Densitas ,,, .......................................................................... 56


commit to user

xiii

3. Absorbansi …………………………………............... 57

a. Absorbansi pada Daerah UV-Vis............................... 57

b. Absorbansi pada Daerah IR………............................. 61

4. Energi Band Gap …..………………............................... 68

D. Sifat Kelistrikan ……………........……………......................... 72

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ............................................................................. 75

B. Saran ....................................................................................... 75

DAFTAR PUSTAKA...............................................................................

77

LAMPIRAN .............................................................................................. 82


commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ilustrasi skema dua dimensi susunan atom dalam (a)

kristal dan (b) kaca dari SiO2........................................... 8

Gambar 2.2 Grafik jumlah publikasi mengenai kaca tellurite dari

tahun 1952 hingga pertengahan 2011 ............................. 11

Gambar 2.3 Diagram Glass Forming Area kacaTeO2-Bi2O3-ZnO ..... 12

Gambar 2.4 Diagram Glass Forming Area kacaTeO2-Bi2O3-Ta2O5 .. 13

Gambar 2.5 (a) Seberkas cahaya mengenai suatu bahan dimana sinar

pantul dan sinar bias mengalami polarisasi sebagian

(partially polarized). (b) Sinar pantul mengalami

polarisasi sempurna (completely polarized) dengan

sudut datang merupakan sudut polarisasi (P). .............. 15

Gambar 2.6 Pemantulan TE, medan listrik tegak lurus dengan bidang

datang ............................................................................... 16

Gambar 2.7 Pemantulan TM, medan magnetik tegak lurus dengan

bidang datang ................................................................... 17

Gambar 2.8 Grafik reflektansi versus sudut datang dengan indek bias

relatif n=1,50 .................................................................... 18

Gambar 2.9 Dispersi Indek bias kaca TeO2-Bi2O3-ZnO ..................... 19

Gambar 2.10 Grafik absorbsi optik-energi photon. (a) direct photon

transition,(b) indirect photon transition ........................ 25

Gambar 2.11 Lintasan wavevector pada (a) direct photon

transition,(b) indirect photon transition

........................................... 25

Gambar 2.12 Grafik penentuan energi gap optik pada kaca tellurite

secara (a) direct transition dan (b) indirect transition .... 27

Gambar 3.1 Bagan alur penelitian ....................................................... 31

Gambar 3.2 Cara mengukur reflektansi dan indek bias sampel kaca .. 35

Gambar 3.3 Grafik reflektansi versus sudut datang pada pengukuran

reflektansi menggunakan metode sudut brewster ........... 36

Gambar 4.1 Pengukuran Reflektansi Mode TE dan TM pada (a) K0,

(b) K1, (c) K2 , dan (d) K3............................................... 42


commit to user

xv

Gambar 4.2 Penentuan Sudut Brewster dari Reflektansi Mode TE

dan TM skala 10

pada (a) K0, (b) K1, (c) K2 , dan (d)

K3………………………...............................................

43

Gambar 4.3 Penentuan Sudut Brewster dari Reflektansi Mode TE

dan TM skala 1/60

pada (a) K0, (b) K1, (c) K2 , dan (d)

K3………………………............................................... 44

Gambar 4.4 Kurva absorbansi di daerah UV-Vis pada kaca TZN

……………………. ........................................................ 46

Gambar 4.5 Kurva absorbansi di daerah UV-Vis pada kaca TZN

setelah dikristalkan sebagian............................................ 47

Gambar 4.6 Absorbansi kaca pada daerah Visible sebelum dan

setelah dikristalkan untuk komposisi kaca (a) K0, (b)

K1, (c) K2 , dan (d) K3……............................................. 48

Gambar 4.7 Kurva absorbansi di daerah inframerah pada kaca TZN

……………………. ........................................................ 49

Gambar 4.8 Kurva absorbansi di daerah inframerah pada kaca TZN

setelah dikristalkan sebagian............................................ 50

Gambar 4.9 Absorbansi kaca pada daerah IR sebelum dan setelah

dikristalkan untuk komposisi kaca (a) K0, (b) K1, (c)

K2 , dan (d) K3……............................................. 52

Gambar 4.10 Puncak-puncak serapan yang muncul pada daerah IR

(sebelum kaca dikristalkan sebagian)…………………..

64

Gambar 4.11

Puncak-puncak serapan yang muncul pada daerah IR

(setelah kaca dikristalkan sebagian) ………………….

66 66


commit to user

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan nilai beberapa sifat yang ditemukan pada

kaca tellurite, silika dan flouride ...................................... 10

Tabel 2.2 Penelitian kaca tellurite selama sepuluh tahun terakhir ... 11

Tabel 3.1 Massa bahan kaca berdasarkan komposisi ....................... 32

Tabel 4.1 Komposisi kaca Tellurite …............................................. 32

Tabel 4.2 Nilai indek bias kaca TZN ............................................... 45

Tabel 4.3 Puncak serapan yang muncul pada daerah IR ................. 53

Tabe 4.4 Energi Gap Sampel Kaca TZN ....................................... 56

Tabel 4.5 Hubungan antara enegi gap dengan konduktivitas........... 56


commit to user

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A. Data dan Grafik Hasil pengukuran Indeks Bias Kaca ................... 82

Lampiran B. Data Hasil pengukuran Massa Jenis Sampel ................................. 96

Lampiran C. Data dan Grafik Hasil pengukuran UV Vis .................................... 98

Lampiran D. Data dan Grafik Hasil pengukuran FT IR ..................................... 106

Lampiran E. Grafik Pengukuran Energi Band Gap Optis .................................. 112

Lampiran F. Data dan Grafik Hasil pengukuran Kelistrikan ............................... 117

Lampiran G. Glass Form Area ............................................................................. 129

Documents

LEMBAR PERSETUJUAN - digilib.uns.ac.id · Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau