Download Raman Tugas Kelompok

Metode Karakterisasi Material “Raman”
1.Dyah Aris Widyastuti
20/466367/PPA/05933
2.Erna Juwita
20/466368/PPA/05934
Diah Ayu Suci Kinasih
20/471410/PPA/06122
 Memiliki karakteristik yang unik (band gap
3.37 eV, memiliki energi ikat eksitasi 60
meV).
 ZnO cocok sebagai akuator mekanik dan
sensor peizoelektrik, karena memiliki
karakteristik piezoelektrik dan
pyroelektrik.
 Tingkat porositas pada ZnO tak terdoping
atau terdoping secara signifikan
mempengaruhi sifat dielektrik ZnO
ZnO
 Pada
𝑍𝑛2+
batas
solid-state
reaksi
𝑂2−
secara
butir,
yang
dan
peningkatan
sintering,
khusus
terkumpul
menjadi
karakteristik
kunci
dielektrik
cacat
pada
dari
pada
keramik ZnO.
 Pengukuran
kosentrasi
cacat
(kekosongan
1.Menentukan
Tujuan : spektrum Raman dan
pergeseran spektrum Raman dari
ZnO (densitas rendah dan densitas
tinggi).
2.Menentukan derajat cacat kisi
pada
struktur
Wurzite
ZnO
(densitas
rendah
dan
densitas
tinggi)
1. Hipotesa
Metode spektroskopi Raman efektif
digunakan
untuk
mengevaluasi
keadaan mikroskopik dari gangguan
struktur ZnO.
2. Proses
1.Mempersiapkan dua jenis
sampel ZnO
dengan densitass berbeda (tinggi dan
rendah).
2.Melakukan
proses
sintering
pada
sampel.
3.Mengalisis struktur mikro, morfologi
dari
fraktur
permukaan
sampel
menggunakan SEM.
4.Menentukan
parameter
keramik
ZnO
dengan menggunakan metode X-RD.
5.Menentukan
parameter
kisi
dengan
menggunakan perbaikan Reitveld.
6.Menerapkan metode FTIR pada sampel.
7.Menganalisis struktur mikro sampel
dengan metode Raman.
8.Menganalisis hasil karakterisasi.
9.Menentukan kesimpulan.
1. Bahan
Material yang diuji menggunakan ZnO ceramis dalam bentuk
padatan dari Sigma-Aldrich, dengan jenis:
1. Low density level (ZnO-LD)
2. High density level (ZnO-HD)
Sampel kemudian di preparasi mengikuti prosedur seperti
bagan di samping.
2. Preparasi Sampel
Spektrum Raman ZnO-LD dan ZnO-HD
2
3
Lebar-Garis Raman Menggunakan Phonon Confinement Model (PCM)
Lebar-Garis Raman Menggunakan Breit-Wagner-Fano (BWF)
Fungsi Phonon Confinement
Model (PCM)
Fungsi Breit-Wagner-Fano (BWF)
2
4
3
Gambar 2 menunjukkan data spektrum raman untuk ZnO-LD dan
ZnO-HD pada suhu ruang. Semua mode ada pada kedua spektrum yang sesuai
dengan struktur Wurtzite. Puncak yang kuat berpusat di 98 cm-1 dan 436 cm-1
masing-masing menunjukkan E2low dan E2high. Meskipun material disinter
dengan temperature yang berbeda, tidak dapat diamati adanya pergeseran
raman di E2low dan E2high . Ini sudah sesuai dengan yang diharapkan karena
kedua sampel memiliki stoikiometri ZnO yang sama. Mode E2low dipengaruhi
oleh cacat interstisial dari Zn2+ dan Mode E2high dipengaruhi oleh kekosongan
O2- . 2TA(M), 2E2(M) (Juga mempresentasikan E2high- E2low) dan mode 2LA (M)
pada 203, 329, dan 537 cm-1 masing-masing ditentukan dengan fonon Raman
orde kedua, sementara puncak pada 1.153 cm-1 dikaitkan dengan mode Raman
orde kedua (2LO) dan ditentukan ke mode simetri kombinasi akustik A1 dan E1.
Puncak asimetri pada 585 cm-1 disebabkan overlap dua puncak lainnya
menunjukkan mode A1 (LO) dan E2 (LO) ditetapkan pada mode 1 LO . Mode A1
(LO) dan E2 (LO) sangat sensitive terhadap gangguan oksigen di kisi ZnO.
Lebar garis Raman sensitive terhadap variasi residual stress,
kerusakan, cacat dan impurity dari struktur. Spektrum Raman pada fungsi
Breit-Wagner-Fano (BWF) untuk memperoleh lebar garis, parameter asimetri
dan juga pergeseran Raman dapat ditulis sebagai berikut:
Perhitungan Mode E2low dan E2high yang tepat menggunakan pers (1) dan
ditunjukkan pada gambar 3 sehingga dapat diperoleh data seperti pada table
1.
Terlihat bahwa untuk kedua sampel ZnO-LD dan ZnO-HD nilai
𝛽 dari mode E2low dan E2high mendekati nol yang artinya bahwa bentuk garis
kurang asimetris. Namun untuk area keduanya (Gam. 2b dan c) jelas bahwa
puncak E2high menunjukkan beberapa bentuk asimetris yang mengindikasikan
bahwa kekosongan O2- adalah cacat gangguan yang dominan. Nilai 𝛤0 untuk
E2low dan E2high meningkat dari 7.935 cm-1 menjadi 11.683 cm-1 dan 12.314 cm1 menjadi 15.698 cm-1 masing-masing pada sampel ZnO-LD dan ZnO-HD . Nilai
𝛤0 dari sampel ZnO-HD dikaitkan dengan ukuran butir yang lebih besar
dibandingkan dengan sampel ZnO-LD .
Biasanya bentuk garis Raman pada kristal tunggal bersifat
simetris dan fungsi Lorentzian. Tapi jika ada jenis gangguan structural dalam
material, seperti simetri rusak maka Aturan Raman tersebut tidak berlaku
lagi, misalnya q≠ 0 fungsi korelasi spasial fonon adalah fungsi orde pertama
dari Raman Scattering. Jadi, dimungkinkan untuk meperkirakan Panjang
korelasi, L dengan asumsi daerah korelasi spasial yang finite pada keramik ZnO
mengikuti Phonon Confinement Model (PCM) sebagai berikut
Hubungan dispersi untuk mode fonon E2 pada struktur Wurtzite ditulis
dengan hubungan model analitis sebagai berikut:
A dan B ditentukan oleh rata-rata dari hubungan dispersi initio Ab sebesar
424,5 cm-1 dan 12,5 cm-1, dan 73,8 cm-1 serta 26 cm-1 untuk masing- masing
mode E2low dan E2high , dan mepertimbangkan Panjang korelasi L sebagai satusatunya parameter yang tepat untuk bentuk garis Raman dari mode E2high dan
E2low dapat dilengkapi dengan baik menggunakan model korelasi fonon (PCM)
yaitu persamaan 2 dan 3 yang ditunjukkan pada gambar 4.
Oleh karena itu nilai Panjang korelasi yang tepat adalah 3,01 nm
dan 3,15 nm (mode E2low ) serta 2,70 nm dan 2,83 nm (mode E2high ) masingmasing pada sampel ZnO-LD dan ZnO-HD yang ditunjukkan pada table 2.
Perhatikan bahwa L mewakili dimensi kurungan dari fonon dan
menentukan tingkat keteraturan dalam kristal. Fakta bahwa nilai L untuk
sampel ZnO-HD lebih besar dari pada sampel ZnO-LD yang mengindikasikan
bahwa sampel ZnO-HD menunjukkan daerah bebas yang lebih luas dari cacat.
Selain itu, Panjang korelasi L juga dapat dihubungkan dengan kerusakan
structural atau jarak antara cacat seperti kekosongan 2 oksigen yang
3
berdekatan. Jadi nilai korelasi cacat, (N (𝑁 =
) yaitu 1,21 𝑥 1019 𝑐𝑚−3
4𝜋𝐿3
dan 1,05 𝑥 1019 𝑐𝑚−3 (mode E2high ) dan
8,84 𝑥 1018 𝑐𝑚−3 dan
7,64 𝑥 1018 𝑐𝑚−3 (mode E2low ) untuk masing-masing sampel ZnO-LD dan
ZnO-HD. Karena mode fonon Raman E2low dan E2high sensitive terhadap
getaran pada sub-kisi Zn dan kekosongan oksigen, masing-masing, cacat
kekosongan oksigen merupakan cacat utama yang dibuat selama proses
sintering.
Spektrum Raman untuk keramik ZnO dengan densitas rendah
(ZnO-LD) dan tinggi (ZnO-HD) yang disinter dengan metode reaksi keadaan
padat tanpa tekanan konvensional dilakukan menggunakan system
micropobe Raman dengan sumber laser solid state dimana Panjang
gelombangnya 532 nm dan dayanya 100 mW pada suhu ruangan. Ikatan
yang diaktifkan raman terdapat dalam struktur Wurtzite pada ZnO teramati
pada kedua sampel keramik ZnO-LD dan ZnO-HD. Lebar garis , parameter
asimetris dan pergeseran raman ditentukan dengan menyesuaikan fungsi
spektrum raman Breit-Wagner-Fano (BWF). Tingkat gangguan kisi pada
struktur Wurtzite untuk kedua sampel keramik diinvestigasi dengan model
kurungan fonon (PCM). Dalam model ini dianggap bahwa semua fonon
melewati zona Brillouin berkontribusi pada spektrum Raman orde
pertama. Panjang korelasi (L) dan konsentrasi cacat (N) dapat dihitung
berdasarkan model korelasi spasial, 3,01 nm dan 3,15 nm (mode E2low )
serta 2,70 nm dan 2,83 nm (mode E2high ), 8,84 𝑥 1018 𝑐𝑚−3 dan
7,64 𝑥 1018 𝑐𝑚−3
(mode E2low ) serta 1,21 𝑥 1019 𝑐𝑚−3
dan
19
−3
high
1,05 𝑥 10 𝑐𝑚 (mode E2 ) untuk masing-masing sampel ZnO-LD dan
ZnO-HD. Karena mode fonon Raman E2low dan E2high sensitive terhadap
getaran pada sub-kisi Zn dan kekosongan oksigen. Hasilnya menampilkan
sampel dengan kepadatan rendah menunjukkan level yang lebih tinggi dari
kedua cacat tersebut.