uji unjuk kerja nanogenerator piezoelektrik … · 80,6 %, diameter kristal doping al dan co...
TRANSCRIPT
i
UJI UNJUK KERJA NANOGENERATOR
PIEZOELEKTRIK BERBASIS SENG OKSIDA DENGAN
DOPING ALUMINIUM DAN KOBALT
TESIS
Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat
Magister Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
Lukman Nulhakim
NIM. S951102005
MAGISTER TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
2014
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :
1. Tesis yang berjudul : “UJI UNJUK KERJA NANOGENERATOR
PIEZOELEKTRIK BERBASIS SENG OKSIDA DENGAN DOPING
ALUMINIUM DAN KOBALT” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan
bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh
orang lain untuk rnernperoleh 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 disebutkan dalam
sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat
plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai
ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No 17, tahun 2010)
2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah
lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan 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 Prodi Magister Teknik Mesin
UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh
Prodi Magister Teknik Mesin UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran
dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi
akademik yang berlaku.
Surakarta, Oktober 2014
Mahasiswa,
Lukman Nulhakim
S951102005
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
Lukman Nulhakim, NIM: S951102005, 2014. UJI UNJUK KERJA
NANOGENERATOR PIEZOELEKTRIK BERBASIS SENG OKSIDA
DENGAN DOPING ALUMINIUM DAN KOBALT. Pembimbing I: Dr. Techn.
Suyitno, S.T., M.T. Pembimbing II: Agung Tri Wijayanta, S.T., M.Eng., Ph.D.
Tesis Program Studi Magister Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana. Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menguji unjuk kerja nanogenerator (NG)
piezoelektrik ZnO dengan doping Aluminium dan Kobalt. Doping Aluminium
dilakukan dengan mencampur material ZnO dengan masing-masing perbandingan
4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 dan 14% dari berat total AlCl3+ZnAc selama 8 jam pada suhu
70oC, begitu juga untuk Kobalt dari berat total CoAc+ZnAc, metode
elektrospining dipilih untuk menghasilkan serat nano yang disintering pada suhu
500oC selama 4 jam. Dengan cara yang sama dilakukan pendopingan 2 material
sekaligus dengan masing-masing doping pada hasil daya yang maksimal. Uji
unjuk kerja dilakukan dengan penerapan beban tekan-lepas sebesar 0,5 kgf pada
NG piezoelektrik dengan menggunakan akuisisi data. Dari penelitian ini
dihasilkan kristalinitas terbesar pada 10% Al dan 11% Co yaitu 83,7% dan
80,6 %, diameter kristal doping Al dan Co berkisar antara 24-83 nm dan 19-32
nm. Nilai unjuk kerja NG piezoelektrik ZnO dengan doping lebih besar dari pada
NG piezoelektrik ZnO tanpa doping. Daya dan tegangan yang dihasilkan NG
AlCl3+ZnAc terbesar pada doping 10% Al yaitu 125,9 nW, 254,4 mV sedangkan
NG CoAc+ZnAc terbesar pada pendopingan 11% Co sebesar 145,6 nW, 315,4
mV. Selanjutnya pendopingan 2 material sekaligus AlCl3+CoAc+ZnAc terbesar
pada perbandingan 75% Co:25% Al yaitu 169,7 nW, 352,3mV. Penambahan 2
material sekaligus pada NG piezoelektrik dapat meningkatkan unjuk kerja NG
piezoelektrik berbasisi ZnO.
Kata kunci: nanogenerator, electrospinning, sintering, ZnO, aluminium, kobalt,
piezoelektrik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
Lukman Nulhakim, NIM: S951102005, 2014. The Performance Piezoelectric
Nanogenerator Based Zinc Oxide doped by Aluminium and Cobalt. Supervisor
I: Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. Supervisor II: Agung Tri Wijayanta, S.T.,
M.Eng., Ph.D. Thesis. Master on Mechanical Engineering. Graduate School.
Sebelas Maret University, Surakarta.
ABSTRACT
The research aims to investigate the performance of the piezoelectric ZnO
nanogenerator (NG) which were doped by Aluminium and Cobalt. The doping
process of Aluminium was obtained by mixing AlCl3 in 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 and
14% of total weight with ZnAc at 70oC for 8 hours, as well as to the doping
process of Cobalt by mixing CoAc with ZnAc. The electrospinning was a chosen
method in order to produce nano fibers, then the nano fiber sintered at
temperature at 500oC for 4 hours. Base on the maximum power output of each
mixture, the doping process of 2 materials at once, Al and Co, in the same way
was already done. The performance test was conducted with the compressive load
of 0.5 kgf-off on the piezoelectric NG using data acquisition. The biggest result of
crystalinity were 83,7% and 80,6% by 10% Al and 11% Co respectively, while the
crystal diameter of Al and Co doped ZnO were range between 24-83 nm and 19-
32 nm respectively. The performance of ZnO NG piezoelectric with doping
process greater than without doping process. The biggest power of 125.9 nW and
voltage of 254.4 mV were generated by AlCl3+ZnAc and 10% doping of Al, while
for CoAc+ZnAc and 11% doping of Co the highest power and voltage were 145.6
nW and 315.4 mV, respectively. Furthermore, the performance of power and
voltage from ZnO based NG piezoelectric using doping process of 2 materials of
AlCl3+CoAc+ZnAc at once in comparison of 75% Co:25% Al were 169.7 nW
and 352.3mV.
Keywords: nanogenerator, electrospinning, sintering, ZnO, aluminium, cobalt,
piezoelectric
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
KATA PENGANTAR
Syukur alhamdulillah, segala puji hanya kepada Allah SWT. atas segala
nikmat cahaya ilmu pengetahuan, kemudahan serta petunjuk yang telah diberikan
sehingga dapat terselesaikan dengan baik penulisan tesis dengan judul “UJI
UNJUK KERJA NANOGENERATOR PIEZOELEKTRIK BERBASIS
SENG OKSIDA DENGAN DOPING ALUMINIUM DAN KOBALT”. Tesis
ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di
Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dengan terselesaikannya laporan ini, penulis menyampaikan ucapan terima
kasih kepada:
1. Bapak Dr. techn. Suyitno, S.T., M.T., selaku Pembimbing I yang telah
memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis
ini.
2. Bapak Agung Tri Wijayanta, S.T., M.Eng., Ph.D., selaku Pembimbing II
yang telah memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan
penulisan tesis ini.
3. Seluruh Dosen Magister Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu, inspirasi
dan motivasi selama menjalani proses perkuliahan.
4. Bapak (Alm) dan ibu di Banyuwangi yang telah setia memberikan do’a dan
nasehat serta dukungan materiil.
5. Bapak dan mamah di Tasikmalaya yang telah setia memberikan do’a dan
nasehat serta dukungan materiil.
6. Istriku Mia Destikawanti, SE dan anakku Hafizh Zaki Ramadhan yang telah
setia memberikan do’a dan nasehat serta waktunya.
7. Kakak dan adik di rumah yang telah setia memberikan do’a dan nasehat.
8. Rekan-rekan di Lab. Biofuel & Advanced Energy: Pak Imam Sholahudin, Pak
Trisma, Mas Mirza, Mas Huda, Mas Darmanto, Mas Tarmo, Pak Agus, Pak
Bayu, Mas Kinas dan Mas Hery yang telah kompak berjuang dan saling
membantu.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
Harapan penulis mudah-mudahan tesis ini menjadi sumber inspirasi bagi
pembaca sebagai tambahan wacana ilmu pengetahuan dan teknologi. Penulis
menyadari masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran
sangat diharapkan untuk kesempurnaan penyusunan tesis ini. Semoga tesis ini
dapat menjadi manfaat bagi kita semua.
Surakarta,
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS ............................. iv
ABSTRAK ................................................................................................................. v
ABSTRACT ................................................................................................................ vi
KATA PENGANTAR ................................................................................................ vii
DAFTAR ISI ................................................................................................................ ix
DAFTAR TABEL ........................................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. xii
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang....................................................................................... 1
1.2. Batasan Masalah .................................................................................... 2
1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian .............................................................. 3
1.4. Hipotesis ................................................................................................ 3
1.5. Sistematika Penulisan ............................................................................ 3
BAB II KAJIAN PUSTAKA ...................................................................................... 5
2.1. Penelitian Terdahulu .............................................................................. 5
2.2. Dasar Teori ............................................................................................ 8
2.2.1. Piezoelektrik................................................................................. 8
2.2.2. Material Piezoelektrik .................................................................. 9
2.2.3. Elektrospinning .......................................................................... 12
BAB III METODE PENELITIAN.............................................................................. 15
3.1. Alat dan Bahan Penelitian ................................................................... 15
3.2. Prosedur Penelitian .............................................................................. 16
3.3. Diagram Alir Penelitian ....................................................................... 18
3.4. Analisis Data ....................................................................................... 19
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ............................................................................. 20
4.1. Pengujian XRD .................................................................................... 20
4.2. Pengujian SEM .................................................................................... 24
4.3. Pengujian Unjuk Kerja Nanogenerator Piezoelektrik ......................... 28
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 32
5.1. Kesimpulan .......................................................................................... 32
5.2. Saran .................................................................................................... 32
Daftar Pustaka ............................................................................................................. 33
Lampiran....... .............................................................................................................. 35
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rangkuman nanogenerator berbasis piezoelektrik menggunakan
serat nano ..................................................................................................... 6
Tabel 2.2 Rangkuman prosedur pembuatan serat nano ZnO menggunakan
teknologi elektrospinning ............................................................................ 6
Tabel 2.3 Pengaruh perubahan parameter proses elektrospinning terhadap
morfologi serat nano yang dihasilkan ....................................................... 14
Tabel 4.1. Nilai diameter kristal dan kristalinitas dari semikonduktor ...................... 23
Tabel 4.2. Diameter serat nano ZnO dengan pendopingan AlCl3 dan ZnAc ............. 27
Tabel 4.3. Diameter serat nano ZnO dengan penambahan Al-Co ............................. 27
Tabel 4.4. Daya dan tegangan maksimum yang dihasilkan oleh
nanogenerator piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO .................... 29
Tabel 4.5. Daya dan tegangan maksimum pada NG piezoelektrik Al-Co-
ZnO. ........................................................................................................... 31
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Hasil pengujian TEM a) ZnO dan b) Serbuk AZO dikalsinasi
pada 600 oC .............................................................................................. 5
Gambar 2.2 Efek Piezoelektrik .................................................................................... 8
Gambar 2.3 Model pembebanan nanogenerator PZT ................................................. 9
Gambar 2.4 Struktur kristal ZnO ............................................................................... 10
Gambar 2.5 Data XRD nanofibers setelah dikalsinasi pada 600 oC selama 1
jam, a) CoAc/PVA, b) CoAc/ZnAc/PVA, dan c) ZnAc/PVA............... 11
Gambar 2.6 Grafik kondisi tegangan dan regangan ................................................... 11
Gambar 2.7 Mesin Elektrospinning Vertikal ............................................................. 12
Gambar 2.8 a) Gaya-gaya yang bekerja pada tetesan ujung suntikan; b)
Lekukan tidak stabil setelah melewati Taylor cone ............................. 133
Gambar 3.1 Mesin elektrospinning horisontal ......................................................... 177
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ........................................................................... 18
Gambar 4.1. Pola difraksi sinar-X pada material Al-ZnO ....................................... 220
Gambar 4.2. Pola difraksi sinar-X pada material Co-ZnO ........................................ 21
Gambar 4.3. Pola difraksi sinar-X pada material Al-Co-ZnO ................................... 22
Gambar 4.4. Foto SEM material Al-ZnO................................................................... 25
Gambar 4.5. Foto SEM material Co-ZnO .................................................................. 26
Gambar 4.6. Foto SEM material Al-Co-ZnO............................................................. 27
Gambar 4.7. Daya dan tegangan NG piezoelektrik Al-ZnO ...................................... 29
Gambar 4.8. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Co-ZnO .............................. 30
Gambar 4.9. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Co-Al-ZnO ......................... 30
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Teknologi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dapat
dilakukan dengan memberi beban pada suatu material tertentu yang bersifat non-
centrosymetric dengan memanfaatkan efek piezoelektrik (Haertling, G.H., 1999).
Material dasar yang memungkinkan diteliti karena ketersediaannya yang banyak,
ramah lingkungan, dan tahan pada temperatur tinggi adalah seng oksida (ZnO).
Senga oksida (ZnO) merupakan material yang unik, bersifat semikonduktor, dan
termasuk material yang mempunyai bentuk kristal non-sentrosimetris sehingga
dapat digunakan sebagai material termoelektrik, piezoelektrik, dan piroelektrik.
Penelitian sebelumnya tentang penggunaan material ZnO menjadi nanowire
sebagai nanogenerator telah mampu menghasilkan tegangan hingga 25 mV
(Wang, Z.L., et al., 2008). Selain itu terdapat juga penelitian tentang material ZnO
yang didoping dengan Aluminium (Al) berbasis nanorods mampu menghasilkan
tegangan hingga 60 mV (Fang, T.-H. and Kang, S.-H., 2010). Pada penelitian
sebelumnya di Jurusan Teknik Mesin UNS diperoleh hasil bahwa pendopingan Al
pada ZnO berbentuk nanofiber berhasil menghasilkan tegangan hingga 265.5 mV
(Sholahuddin, I., 2013). Telah diteliti bahwa serat ZnO dapat diperkecil dengan
penambahan material Aluminium sehingga menjadi aluminum-doped zinc oxide
(AZO) (Lee, D.Y., et al., 2008).
Material piezoelektrik berbasis nanofiber dapat dibuat dengan menggunakan
metode elektrospining dengan biaya yang murah (He, J.-H., et al., 2008). Pada
debit prekursor yang lebih besar dalam proses elektrospinning dapat menghasilkan
ukuran fiber yang lebih besar dan akibatnya deformasi pada kristal material
tersebut rendah. Selanjutnya karena deformasinya yang rendah, maka tegangan
yang dihasilkan juga rendah (Sholahuddin, I., 2013). Selain itu, dari penelitian
sebelumnya diperoleh hasil bahwa nanogenerator (NG) berbasis ZnO dan AZO
menghasilkan kerapatan daya maksimum masing-masing yaitu 12.9 dan 38.8
nW/cm². Kerapatan daya ini masih rendah karena material seng oksida memiliki
struktur yang getas (Kanjwal, M.A., et al., 2011) sehingga pada saat beban tinggi,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
tegangan yang dihasilkan tidak mengalami peningkatan (Sholahuddin, I., 2013).
Pada penelitian ini akan dipelajari metode perbaikan unjuk kerja nanogenerator
ZnO yaitu dengan penambahan material lain (dopant), yaitu alumunium (Al) yang
berasal dari AlCl3 dan kobalt (Co) yang berasal dari Co3O4. Pemilihan Al karena
dapat memperkecil serat ZnO dan Al mempunyai konduktivitas yang baik.
Pemilihan kobalt karena memiliki modulus elastisitas hampir tiga kali
dibandingkan aluminium. Sehingga pada penelitian ini menarik untuk diteliti
doping dengan penggabungan dua material yaitu aluminium dan kobalt pada ZnO
sehingga diharapkan dapat meningkatkan unjuk kerja dari material piezoelektrik.
1.2. Batasan Masalah
Agar permasalahan yang dibahas tidak terlalu mengembang, maka diberikan
batasan-batasan sebagai berikut:
1. Material ZnO diperoleh dari sintesa larutan seng asetat dihidrat
((CH3COO)2Zn.2H2O).
2. Material Al diperoleh dari sintesa larutan aluminium klorida heksahidrat
(AlCl3.6H2O).
3. Material Co3O4 diperoleh dari sintesa larutan kobalt asetat tetrahidrat
(CoCH3OO.4H2O).
4. Parameter proses elektrospinning untuk menghasilkan serat nano adalah
sebagai berikut:
a. Kapasitas pompa suntik yang digunakan 1 ml.
b. Diameter dalam jarum suntik 0,6 mm.
c. Variasi laju aliran larutan ZnAc/AlCl3/CoAc/PVA adalah 2 μl/menit.
d. Jarak tip (ujung jarum) dengan kolektor 8 cm horisontal.
e. Pelat kolektor yang digunakan berbahan aluminium dengan ketebalan
0,7 mm dengan luas permukaan 5 x 5 cm2.
f. Tegangan tinggi yang diterapkan sebesar ~ 15 kV.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
5. Suhu sintering green fibers 500 oC selama 4 jam.
6. Gaya pembebanan dinamis sebesar 0.5 kgf dengan pembebanan tekan-
lepas selama 3 detik tiap satu siklus.
1.3. Tujuan Dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian ini:
1. Mengetahui pengaruh penambahan kobalt dan alumunium pada seng
oksida terhadap tegangan dan daya yang dihasilkan oleh nanogenerator
piezoelektrik.
2. Mengetahui pengaruh penambahan kobalt dan alumunium pada seng
oksida terhadap karakterisasi morfologi dan kristalinitas serat nano.
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah menghasilkan
nanogenerator piezoelektrik AZO-Co3O4.
1.4. Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini adalah diprediksikan bahwa dengan penambahan
Al dan Co dapat diperoleh peningkatan unjuk kerja dari nanogenerator
piezoelektrik berbasis ZnO. Diprediksikan terdapat titik optimum dari doping Al
dan Co pada nanogenerator piezoelektrik berbasis ZnO.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut:
BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan
masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, hipotesis
serta sistematika penulisan.
BAB II : Studi pustaka, berisi tentang penelitian terdahulu, menjelaskan
perkembangan nanogenerator piezoelektrik, serat nano seng oksida
(ZnO) dan penambahan unsur lain (doping). Dasar teori, berkaitan
dengan piezoelektrik, material piezoelektrik, serta elektrospinning.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan tempat dan pelaksanaan, peralatan
yang digunakan, prosedur penelitian serta diagram alir.
BAB IV : Hasil penelitian dan pembahasan, menjelaskan data hasil pengujian
dan pembahasan atau analisa hasil pengujian.
BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1. Penelitian Terdahulu
Penelitian tentang penggunaan material ZnO menjadi nanowire sebagai
nanogenerator telah dilakukan dan mampu menghasilkan tegangan hingga 25 mV
(Wang, Z.L., et al., 2008). Selanjutnya ZnO telah berhasil dengan Aluminium
(Al) berbasis nanorods mampu menghasilkan tegangan hingga 60 mV (Fang, T.-
H. and Kang, S.-H., 2010). Penambahan material lain sebagai doping untuk
material ZnO mempunyai banyak tujuan, antara lain penambahan kobalt oksida
(Co3O4) bertujuan meningkatkan sifat mekanis sehingga mampu meningkatkan
nilai modulus elastisitas dari 106 MPa menjadi 217 MPa (Kanjwal, M.A., et al.,
2009). Pada sisi lain, penambahan Galium (Ga) dapat diperoleh bentuk serat nano
yang berpori (Shmueli, Y., et al., 2012). Sementara itu, penambahan Vanadium
(V) dapat meningkatkan spontanitas polarisasi piezoelektrik pada sistem medan
listrik karena ikatan V-O mudah sekali berotasi (Chen, 2010). Bahan doping lain
adalah alumunium, dimana dengan penambahan Aluminium (Al) dapat
mengurangi ukuran serat nano secara signifikan sebagaimana terlihat pada
Gambar 2.1 (Lee, D.Y., et al., 2008).
Gambar 2.1 Hasil pengujian TEM a) ZnO dan b) Serbuk AZO dikalsinasi pada
600 oC (Lee, D.Y., et al., 2008)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
Chang merangkum beberapa laporan tentang nanogenerator berbasis
piezoelektrik, dimana belum adanya penggunaan serat nano ZnO sebagai
penghasil energi listrik, seperti yang terlihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Rangkuman nanogenerator berbasis piezoelektrik menggunakan
serat nano (Chang, J., et al., 2012)
Beberapa penelitian yang sudah dilakukan terlebih dahulu untuk membuat
serat nano ZnO dengan menggunakan teknologi elektrospinning telah
memberikan informasi yang cukup mendukung dan mudah dipahami sehingga
dapat diterapkan dalam penelitian serta percobaan di lapangan. Tabel 2.2 berikut
merupakan rangkuman tentang prosedur pembuatan serat nano ZnO dengan
teknologi elektrospinning dari beberapa referensi.
Tabel 2.2 Rangkuman prosedur pembuatan serat nano ZnO menggunakan
teknologi elektrospinning
Material Preparasi Parameter electrospinning Referensi
Utama Precursor
ZnAc PVA PVA (10%wt)
dilarutkan dengan
H2O, diaduk selama 4
jam pada suhu 65-75 oC. Selanjutnya
ditambah ZnAc
(1%wt), diaduk
konstan selama 6 jam
pada suhu 70 oC
Voltase : 10 kV (Park,
2009) Kolektor : Al
Suhu
kolektor : -
Jarak tip : 20 cm
Diameter
jarum : -
Sudut
jarum : 25
o
Flowrate : 1 ml/jam
Material Metode Diameter
(nm) Arus puncak
Tegangan
puncak
PZT
Multiple 60 - 1,63 V
Single 100 - 0,4 mV
Multiple 50-150 - 0,17 V
PVDF
Multiple 187 4 uA/2 cm2 2,21 V
Single 500-6500 0,5-3 nA 5-30 mV
Multiple 1000-2000 30 nA 0,2mV
Multiple 600 0,3 nA 20 mV
P(VDF-TrFE) Multiple 60-120 - 400 mV
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
Material Preparasi Parameter electrospinning Referensi
Utama Precursor
ZnAc PVP 4 gr PVP dicampur
dengan 5 gr ZnAc,
diaduk selama 3 jam
pada suhu 70 oC
setelah ditambah 1 ml
etanol
Voltase : 7 kV (Park,
2009 ) Kolektor : SiO/Si
Suhu
kolektor : 120
o
Jarak tip : 5 cm
Diameter
jarum : 650 um
Sudut
jarum : -
Flowrate : 0,3 ml/jam
ZnAc PVP 0,77 gr PVP dicampur
dengan 13 ml etanol.
ZnAc 3 gr diaduk
dalam 10 ml H2O dan
dicampur dengan
larutan 1,0 ml PVP
yang diaduk selama 5
jam
Voltase : 10,3 kV (Baek, J.-
H., et al.,
2012) Kolektor
: Al
foil(drum)
Suhu
kolektor : -
Jarak tip : 15 cm
Diameter
jarum : -
Sudut
jarum : -
Flowrate : 16 µl/min
ZnAc PVA PVA (8%wt)
dilarutkan dengan
H2O dicampur dengan
ZnAc (PVA:ZnAc =
1:3) diaduk selama 3
jam. Selanjutnya
didinginkan pada suhu
ruang selama 8 jam
(transformasi sol-gel)
Voltase : 19 kV (Sangkha
prom, N.,
et al.,
2010)
Kolektor : Al foil
Suhu
kolektor : -
Jarak tip : 15 cm
Diameter
jarum : -
Sudut
jarum : -
Flowrate : -
ZnAc PVA PVA (6%wt)
dilarutkan dengan
H2O ditambah dengan
ZnAc
Voltase : 25 kV (Ren, H.,
et al.,
2009) Kolektor : Al foil
Suhu
kolektor : -
Jarak tip : 15 cm
Diameter
jarum : -
Sudut
jarum : -
Flowrate
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
2.2. Dasar Teori
2.2.1. Piezoelektrik
Piezoelektrik adalah suatu material apabila ditekan akan menghasilkan
tegangan listrik (Direct Effect) atau sebaliknya (Converse Effect) terlihat pada
Gambar 2.2. Piezoleketrik terjadi karena adanya efek piezo dimana materialnya
mempunyai bentuk non-centrosymetric yang terjadi karena kisi-kisi yang terluar
tidak dapat mempertahankan posisi atom yang ditengah, terpolarisasi secara
spontan, serta adanya sifat mekanis.
Tegangan yang dihasilkan dapat diketahui dengan melakukan pengukuran
secara langsung dengan perubahan waktu (t) dan diberi beban tahanan (RL) pada
saat adanya gaya tekan, seperti terlihat pada Gambar 2.3. Untuk mengukur besar
daya (P) pada piezoelektrik sebagai berikut (Chen, X., et al., 2010):
𝑃𝐿 = 1
𝑇∫
𝑉𝑜(𝑡)2
𝑅𝐿 𝑑𝑡 (2.1)
Keterangan :
PL = daya dengan pembebanan (Watt)
T = periode (detik)
Vo = tegangan keluaran (Volt)
t = waktu (detik)
RL = beban tahanan (Ω)
Gambar 2.2 Efek Piezoelektrik (Haertling, G.H., 1999)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
Gambar 2.3 Model pembebanan nanogenerator PZT (Chen, X., et al., 2010)
2.2.2. Material Piezoelektrik
Suatu material yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik
disebut material piezoelektrik (Hananto, et al., 2011). Perubahan yang muncul
akibat terjadinya deformasi mekanik dari bahan piezoelektrik dan menghasilkan
polarisasi muatan yang proporsional terhadap deformasi yang terjadi.
Konsep piezoelektrisitas suatu padataan dapat muncul pada kristal yang
berjenis non-centrosymetric (Haertling, G.H., 1999). Salah satu material yang
tergolong kategori non-centrosymetric adalah ZnO karena dapat terpolarisasi
secara spontan sebagaimana terlihat pada Gambar 2.4. Efek piezoelektrik pada
susunan kristal non-centrosymetric terjadi akibat kisi-kisi terluar tidak dapat
mempertahankan posisi atom pusat (tengah) saat dikenakan gaya eksternal atau
medan listrik. Momen dipole terjadi karena ada interaksi dan perubahan jarak
antar muatan negatif dan positif, dimana terjadinya pergeseran posisi atom ini
dapat diakibatkan oleh gaya eksternal (Haertling, G.H., 1999). Besarnya momen
dipole dapat menimbulkan medan listrik (efek piezo).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
Beberapa faktor yang mempengaruhi efek piezo adalah ukuran material,
bentuk material, jenis material, kristalinitas suatu material, dan sebagainya.
Selanjutnya efek piezo dari material ZnO dapat ditingkatkan dengan cara
penambahan material doping. Penambahan material kobalt oksida (Co3O4) pada
material ZnO dapat meningkatkan efek piezo. Dengan menggunakan XRD dapat
diketahui material ZnO, Co3O4 dan ZnO dengan penambahan Co3O4 sudah
terbentuk, dapat dilihat pada Gambar 2.5. Material kobalt oksida (Co3O4) dapat
meningkatkan sifat mekanis sehingga mampu meningkatkan nilai regangan
(Gambar 2.6). ZnAc-CoAc:PVA mempunyai nilai regangan yang besar
dibandingkan dengan nilai regangan ZnAc:PVA sehingga harapannya dapat lebih
meningkatkan tegangan keluar pada saat diberi beban yang lebih besar (Kanjwal,
M.A., et al., 2011).
Gambar 2.4 Struktur kristal ZnO
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Gambar 2.5 Data XRD nanofibers setelah dikalsinasi pada 600 oC selama 1 jam,
a) CoAc/PVA, b) CoAc/ZnAc/PVA, dan c) ZnAc/PVA (Kanjwal, M.A., et al.,
2011)
Gambar 2.6 Grafik kondisi tegangan dan regangan (Kanjwal, M.A., et al., 2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
2.2.3. Elektrospinning
Proses pembuatan partikel nano dapat dilakukan dengan cara menyemprotkan
larutan polimer pada plat kolektor dengan dialiri muatan listrik. Proses ini banyak
digunakan karena prosesnya yang sederhana untuk menghasilkan serat nano atau
membuat fiber halus dari suatu larutan. Elektrospinning menggunakan tiga
komponen utama yaitu power supply high voltage, spinneret dan collector.
Larutan polimer yang ada di spinneret mengalir dalam jarum ditembakkan ke
plat kolektor dengan dikenai medan elektrostatik bertegangan tingggi akan keluar
berbentuk kerucut. Tetesan yang berbentuk kerucut ini disebut dengan Taylor
Cone (Lotus, 2009). Larutan yang keluar dari ujung spinneret akan dipercepat
dan dibentangkan oleh gaya yang ditimbulkan oleh medan elektrostatik
sebagaimana terlihat pada Gambar 2.7 dan Gambar 2.8. Ketika terjadi medan
listrik yang cukup besar maka tetesan akan terus membentuk Taylor cone dan
kemudian meninggalkan kerucut mendekati elektroda kolektor dan pada kondisi
ini semprotan serat mulai tidak stabil.
Gambar 2.7 Mesin Elektrospinning Vertikal (Dong, Z., et al., 2011)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Gambar 2.8 a) Gaya-gaya yang bekerja pada tetesan ujung suntikan; b) Lekukan
tidak stabil setelah melewati Taylor cone (Sigmund, W., et al., 2006)
Pada saat larutan meninggalkan kerucut menuju elektroda kolektor terdapat
tiga kemungkinan ketidakstabilan, yaitu tetesan yang dibentuk disebut
ketidakstabilan Rayleigh, pemekaran struktur yang terjadi disebut ketidakstabilan
asimetris, dan pelekukan serat yang terjadi disebut ketidakstabilan non-asimetris.
Pada lekukan terakhir, ketidakstabilan yang terjadi menjadi sangat penting untuk
pencapaian akhir yang memiliki peran terhadap proses pengecilan terhadap
diameter serat dari ukuran mikrometer sampai nanometer (Sigmund, W., et al.,
2006).
Kualitas partikel serat nano yang dihasilkan dari proses elektrospinning
dipengaruhi oleh beberapa parameter, seperti yang terlihat pada Tabel 2.3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Tabel 2.3 Pengaruh perubahan parameter proses elektrospinning terhadap
morfologi serat nano yang dihasilkan (Pham, Q.P., et al., 2006)
No Parameter Pengaruh pada proses dan hasil elektrospinning
1 Viskositas
Viskositas yang rendahmenyebabkan terbentuknya manik-manik
dan serat saling menyambung.
Diameter serat meningkat dengan meningkatnya viskositas.
2 Konduktivitas
Meningkatnya konduktivitas mempengaruhi keseragaman serat.
Konduktivitas yang tinggi umumnya menghasilkan ukuran serat
lebih kecil.
3 Tegangan permukaan Belum terdapat hubungan konklusif antara tegangan permukaan
dengan morfologi serat.
4 Berat molekul polimer Meningkatnya massa molar akan mengurangi jumlah manik-
manik dan tetesan.
5 Konstanta dielektrik Keberhasilan spinning disebabkan oleh tingginya konstanta
dielektrik pada larutan.
6 Debit larutan
Debit larutanyang rendah menghasilkan diameter serat yang
lebih kecil.
Tingginya debit larutan mengakibatkan serat tidak cepat kering
selama jatuh ke kolektor.
7 Tegangan Hubungan tegangan dengan diameter serat dan terbentuknya
manik-manik belum terungkap secara pasti.
8 Jarak tip-kolektor
Jarak minimum dibutuhkan untuk menghasilkan serat yang
kering agar antar serat tidak menyatu.
Jarak optimal antara tip dengan kolektor masih belum
terungkapkan.
9 Desain jarum tip
Menggunakan desain jarum tip secara coaxial yaitu berupa dua
lubang kapiler,dapat dihasilkan serat berbentuk tabung.
Multiple jarum dapat digunakan untuk meningkatkan produksi.
10 Komposisi kolektor
Serat yang halus dihasilkan dari kolektor jenis metal.
Serat searah dapat diperoleh dengan menggunakan rangka
konduktif, silinder putar, atau roda seperti kolektor bobbin.
Pilihan serat juga telah dapat dilakukan dengan desain kolektor
tertentu.
11 Temperatur lingkungan
Meningkatnya temperatur lingkungan disebabkan oleh
berkurangnya viskositas larutan, sehingga menghasilkan serat
yang semakin kecil.
Meningkatkan kelembaban akan menyebabkan terbentuknya
lubang-lubangpori pada serat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang telah digunakan selama penelitian berlangsung adalah
sebagai berikut:
1. Pengaduk larutan dan pemanas (suhu maksimum 70 oC).
2. Mesin elektrospinning.
3. Pelat pemanas suhu maksimum 600 oC.
4. Mesin pembeban dinamis (kapasitas beban 0.5 kgf/siklus).
5. Alat ukur konduktifitas listrik merek Lutron.
6. Perangkat sistem akuisisi data dan pengolahan data:
a. Satu set perangkat keras akusisi data Adam Advantech seri 4018 dan
resistor 0,01 MΩ hingga 10 MΩ.
b. Perangkat lunak:
MOXA-U Port 1100 series config utility (USB driver).
Adam.NET class library 2003 v7.02.17 dan Advantech Adam Apax.NET
utility ver 2.04.04 (interface DAQ).
Xnumbers seri XN.xlam v.6.0* or XN.xla v.6.0* (Add-In for Excel).
7. Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Seng asetat dihidrat ((CH3COO)2Zn.2H2O).
b. Polivinil alkohol (PVA).
c. Aluminium klorida heksahidrat (AlCl3.6H2O).
d. Kobalt asetat tetrahidrat ((CoCH3OO).4H2O)
e. Akuades (H2O).
f. Pelat aluminium 5 x 5 cm2 dengan ketebalan 0,7 mm.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
3.1 Prosedur Penelitian
Larutan PVA dicampur dengan H2O (1:10%wt) dengan pengadukan pada
suhu 70 °C selama 4 jam dan didiamkan pada suhu ruang selama 8 jam.
Kemudian larutan ZnAc:AlCl3 dan ZnAc:CoAc (1:5%wt) diperoleh dengan
menambahkan campuran AlCl3 variasi 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 dan 14%, serta CoAc
dengan variasi penambahan sebesar 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 dan 14% dari berat total
yaitu masing-masing 4 g pada 20 g H2O yang diaduk dengan suhu 70 °C selama 1
jam. Setelah itu larutan ZnAc:AlCl3 dan ZnAc:CoAc masing-masing dicampur
dengan PVA (1:4%wt) dan diaduk pada suhu 70 °C selama 8 jam, didiamkan pada
suhu ruang selama 24 jam, sehingga dihasilkan 8 larutan bening ZnAc:AlCl3:PVA
dan 8 larutan bening ZnAc:CoAc:PVA yang disiapkan untuk mensintesa serat
nano.
Hasil sintesa serat nano menggunakan mesin elektrospinning (Gambar 3.1)
dengan sebelumnya larutan bening ZnAc:AlCl3:PVA dan ZnAc:CoAc:PVA
dimasukkan ke dalam 1 ml pompa suntik. Jarum dihubungkan dengan terminal
positif dengan jarak 8 cm horisontal terhadap pelat kolektor aluminium yang
terhubung dengan terminal negatif dan tegangan tinggi yang digunakan sebesar 15
kV.
Pada saat tegangan tinggi dihidupkan dan larutan mulai didorong keluar
dengan laju aliran 2 μl/menit, larutan akan tertarik oleh medan elektrostatis dan
menempel dengan sendirinya pada permukaan pelat kolektor aluminium menjadi
green fibers. Selanjutnya disintering dengan suhu 500 °C selama 4 jam untuk
menghilangkan materi organik seperti PVA, karena diatas suhu 440 °C sudah
terdekomposisi seluruhnya dan yang tersisa hanyalah serat nano (Yang, X., et al.,
2004).
Kemampuan piezoelektrik untuk menghasilkan energi diukur dengan
membaca perubahan tegangan secara langsung (realtime) dengan penerapan
beban tekan-lepas sebesar 0,5 kgf. Peralatan yang digunakan adalah akuisisi data
merek ADAM Advantech seri 4018. Besarnya beban 0,5 kgf dilakukan untuk
mewakili kondisi terapan tekanan jari lemah (Choi, D., et al., 2010).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Unjuk kerja piezoelektrik dapat dicari berdasarkan besarnya daya (Watt) yang
dihasilkan dengan memberikan variasi beban tahanan (Ω). Peralatan untuk
mengakuisisi data perubahan tegangan (Volt) yang dihasilkan oleh masing-masing
nanogenerator piezoelektrik AZO dan ZnO-Co3O4.
Dari masing-masing sampel yang sudah diuji dengan pembebanan yang sama
maka diambil hasil daya yang tertinggi, lalu dengan cara yang sama mulai dari
pencampuran larutan ZnAc-AlCl3 dan ZnAc-CoAc dengan variasi ZnAc-AlCl3:
ZnAc-CoAc = 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 dan 0:100(%) dari jumlah total
persentasi Al:Co sehingga dihasilkan 5 larutan bening ZnAc-AlCl3-CoAc:PVA
lalu diteruskan ke proses elektrospinning sampai tahap pengujian dengan
pembebanan 0,5 kgf, selain itu juga pengujian karakterisasi morfologi dan
kristalinitas serat nano diperoleh dengan pengujian SEM dan XRD. Tahap-tahap
penelitian tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.1 Mesin elektrospinning horisontal
Motor untuk
pompa suntik
Kutub
positif
Kutub
negatif Pelat
kolektor
aluminium Generator
tegangan tinggi
DC (15 kV)
Kendali untuk
pompa suntik
Pompa
suntik
(1 ml)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
3.2. Diagram Alir Penelitian
Larutan ZnAc/AlCl3:H2O4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 14%
Larutan PVA:H2O1;10
Larutan ZnAc/AlCl3:PVA1:4
Elektrospinning:- Tip-kolektro = 8 cm- Pompa suntik = 1 ml- Tegangan = 15 kV- Plat kolektor = alumunium- Laju aliran = 2 μl/menit
Green FibersZnAc/AlCl3:PVA
Sintering500 oC selama 4 jam
NanofibersAZO
Pengujian unjuk kerja PiezoelektrikPembebanan 0,5 kgf
Hasil daya maksimum(Prosentasi AlCl3)
Larutan ZnAc/CoAc:H2O4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 14%
Larutan PVA:H2O1;10
Larutan ZnAc/CoAc:PVA1:4
Elektrospinning:- Tip-kolektro = 8 cm- Pompa suntik = 1 ml- Tegangan = 15 kV- Plat kolektor = alumunium- Laju aliran = 2 μl/menit
Green FibersZnAc/CoAc:PVA
Sintering500 oC selama 4 jam
NanofibersZnO-Co3O4
Pengujian unjuk kerja PiezoelektrikPembebanan 0,5 kgf
Hasil daya maksimum(Prosentasi CoAc)
Elektrospinning:- Tip-kolektro = 8 cm- Pompa suntik = 1 ml- Tegangan = 15 kV- Plat kolektor = alumunium- Laju aliran = 2 μl/menit
Green FibersZnAc/AlCl3/CoAc:PVA
Sintering500 oC selama 4 jam
NanofibersAZO-Co3O4
Pengujian unjuk kerja PiezoelektrikPembebanan 0,5 kgf
KarakterisasiSEM, XRD
Hasil akhir penelitian
Larutan ZnAc/AlCl3/CoAc/PVA(Beberapa variasi)
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
3.3. Analisis Data
Analisa data dilakukan untuk mempelajari pengaruh penambahan kobalt
asetat dan alumunium pada serat nano ZnO terhadap unjuk kerja tegangan dan
daya yang dihasilkan material nanogenerator pieozoelektrik AZO-Co3O4 dengan
pemberian beban tekan-lepas.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
BAB IV
HASIL DAN ANALISIS
4.1. Pengujian XRD
Pengujian XRD dilakukan untuk mengetahui ukuran kristal pada setiap
material nanogenerator dengan penambahan aluminium dan kobal. Besarnya
perbandingan massa AlCl3:(AlCl3+ZnAc) divariasikan dari 0%-14%. Demikian
juga besarnya perbandingan massa CoAc:(CoAc+ZnAc) divariasikan dari 0%-
14%.
Pola difraksi sinar-X pada material ZnO yang didoping Al, Co, dan Al-Co
dapat dilihat pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, dan Gambar 4.3. Kesemua material
yang diuji menunjukkan pola difraksi yang mirip dimana memiliki puncak
tertinggi pada daerah sekitar 2θ = 35,7°-36,2° yang merupakan puncak khas dari
kristal ZnO bidang (101). Adanya pergeseran sudut 2Ө dari puncak difraksi dapat
menjadi indikasi adanya ketidakmurnian kristal ZnO yang disebabkan oleh
doping. Sehingga pendopingan AlCl3 maupun CoAc pada ZnO menghasilkan
pola-pola difraksi yang sesuai dengan struktur zincite (ZnO, spacegroup P63mc
(186), JC-PDF no. 36-1451).
Gambar 4.1. Pola difraksi sinar-X pada material Al-ZnO
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
Pada pendopingan AlCl3 mulai dari 4%, puncak baru pada sudut 2Ө sebesar
45° yang menunjukkan munculnya Al clusters sebagaimana dapat dilihat pada
Gambar 4.1. Semakin tinggi konsentrasi AlCl3 yang didopingkan hingga 12%,
semakin tinggi intensitas yang relatif lebih kuat. Pendopingan AlCl3 4%, 8%, 9%,
10% dan 11% terjadi peningkatan intensitas puncak material ZnO berbeda dengan
pada pendopingan 6% dan 12% terjadi peningkatan yang signifikan. Pada
konsentrasi pendopingan AlCl3 sebesar 14%, proses kristalisasi justru terhambat
serta hampir tidak adanya puncak difraksi material ZnO.
Gambar 4.2. Pola difraksi sinar-X pada material Co-ZnO
Pada pendopingan CoAc, puncak baru di luar puncak difraksi ZnO tidak
muncul sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.2. Hal ini menunjukkan bahwa
tidak adanya impurity dan Co clusters di dalam ZnO. Hasil yang sama juga
ditunjukkan oleh penelitian sebelumnya (Nirmala, M. and Anukaliani, A., 2011).
Pada konsentrasi pendopingan CoAc sebesar 14%, proses kristalisasi juga
terhambat. Karena perbedaan jari-jari atom Co (0.58 Å) dan Al (0.60 Å) adalah
kecil, maka perubahan parameter sel ZnO akibat pendopingan Co juga kecil yang
ditandai oleh sedikitnya pergeseran sudut puncak difraksi. Namun karena ukuran
atom Al yang sedikit lebih besar dibandingkan dengan ukuran atom Co,
menyebabkan terbentuknya fasa baru terjadi pada saat pendopingan ZnO dengan
AlCl3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Inte
nsi
ty (
arb
. u
nit
s)
2Ө (°)
Al 0% - Co 100%
Al 25% - Co 75%
Al 50% - Co 50%
Al 75% - Co 25%
Al 100% - Co 0%
ZnO
Difraksi sinar-X pada material ZnO yg dilakukan Co-doping AlCl3 dan CoAc
ditunjukkan pada Gambar 4.3. Terlihat bahwa pola difraksi yang dihasilkan
mempunyai kemiripan dimana memiliki puncak tertinggi pada daerah sekitar 2θ =
35,7°-36,2° yang merupakan puncak khas dari kristal ZnO (spacegroup P63mc
(186), JC-PDF no. 36-1451) pada bidang (101). Pada Co-doping Al-Co, puncak
baru yang dihasilkan diakibatkan oleh terbentuknya Al clusters dan bukan Co
clusters.
Gambar 4.3. Pola difraksi sinar-X pada material Al-Co-ZnO
Selanjutnya nilai kristalinitas ZnO pada puncak tertinggi dapat dihitung
dengan rumus sebagai berikut.
Kristalinitas = (1 −luas puncak difraksi pada bidang (101)
luas semua puncak difraksi) 𝑥100% (4.1)
Sementara itu, ukuran nanokristal ZnO dihitung dengan menggunakan
persamaan Debye-Scherrer pada puncak tertinggi bidang (101), yang dirumuskan
(Pongwan, P., et al., 2012):
𝐷 =𝑘𝜆
𝐵.𝑐𝑜𝑠𝜃 (4.2)
Dimana , D = ukuran Kristal (nm)
𝜆 = panjang gelombang radiasi-X (CuKα = 0,15406 nm)
K = konstanta yang dianggap 0,9
θ = sudut difraksi (o)
B = lebar garis setengah puncak tertinggi (rad)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
23
Tabel 4.1. Nilai diameter krisal dan kristalinitas dari semikonduktor
No Semikonduktor Diameter Kristal (nm) Kristalinitas (%)
1
Al-ZnO =
AlCl3/(AlCl3+ZnAc)
4% 24 68.1
2 6% 41 72.6
3 8% 27 74.4
4 9% 41 74.9
5 10% 42 83.7
6 11% 42 79.7
7 12% 83 78.8
8 14% 32 78.9
9
Co-ZnO =
CoAc/(CoAc+ZnAc)
4% 24 70.9
10 6% 21 71.9
11 8% 20 68.6
12 9% 28 76.2
13 10% 25 70.2
14 11% 32 80.6
15 12% 21 69.3
16 14% 19 67.5
17
Al-ZnO pada 10% :
Co-ZnO pada 11%
100:0 42 83.7
18 75:25 36 72.5
19 50:50 32 69,2
20 25:75 25 65.1
21 0:100 32 80.6
Tabel 4.1 menunjukkan bahwa doping AlCl3 menyebabkan peningkatan
ukuran kristal dan dapat menjadi tanda bahwa atom Al masuk ke dalam kisi kristal
ZnO. Diameter kristal tertinggi diperoleh pada saat pendopingan AlCl3 sebesar
12%. Sebaliknya, diameter kristal ZnO tidak banyak dipengaruhi oleh doping
CoAc. Diameter kristal ZnO akibat pendopingan AlCl3 masih lebih besar
dibandingkan diameter kristal ZnO akibat pendopingan CoAc. Demikian juga,
pada rasio CoAc:AlCl3 yang lebih tinggi menghasilkan diameter kristal yang lebih
besar. Pada saat pendopingan dengan CoAc, atom Co dapat menggantikan Zn
(Feng, Z.S., et al., 2009). Selanjutnya, diameter kristal ZnO yang dihasilkan
berkisar antara 19-83 nm. Pada jumlah pendopingan AlCl3 dan CoAc yang lebih
besar dari 12%, diameter kristal justru menurun drastis yang disebabkan oleh
lebih banyak inti yang terbentuk selama proses kristalisasi (Lee, D.Y., et al.,
2008).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Meningkatnya diameter kristal juga dapat diindikasikan oleh peningkatan
kristalinitas dari semikonduktor ZnO (Benramache, S., et al., 2013) sebagaimana
dapat dilihat pada Tabel 4.1. Kristalinitas tertinggi pada Al-ZnO dan Co-ZnO
adalah 83.7% dan 80.6% yang terjadi pada masing-masing rasio 10% dan 11%,
dimana meningkatnya nilai kristalinitas menyebabkan tingginya tegangan dan
daya yang dihasilkan nanogenerator piezoelektrik.
4.2. Pengujian SEM
Pengujian SEM dilakukan pada pembesaran 50.000 X baik untuk material
ZnO yang didoping AlCl3, CoAc atau Co-doping. Foto SEM material ZnO yang
didoping AlCl3 dapat dilihat pada Gambar 4.4 dimana semakin besar doping Al
semakin mengecil serat nano yang dihasilkan, sedangkan ZnO didoping CoAc
terlihat pada Gambar 4.5, mengalami penurunan ukuran serat yang tidak
signifikan.
Sementara itu, Tabel 4.2 menunjukkan diameter serat dari ZnO yang didoping
AlCl3 dan CoAc. Diameter serat semakin kecil seiring dengan penambahan
jumlah doping. Tidak seperti serat hasil pendopingan CoAc, pada pendopingan
dengan AlCl3, serat yang terbentuk beberapa masih saling bergabung. Selain itu,
pada pendopingan dengan CoAc, serat yang dihasilkan lebih banyak menyerupai
bentuk jarum.
Ukuran serat ZnO pada saat pendopingan AlCl3 dan CoAc berkisar dari 56-88
nm dan 65-100 nm. Diameter serat hasil pendopingan CoAc lebih besar
dibandingkan diameter serat hasil pendopingan AlCl3. Hal ini disebabkan pada
saat proses elektrospinning, larutan yang mengandung AlCl3 mempunyai
konduktivitas listrik yang lebih tinggi dibandingkan yang dimiliki larutan CoAc.
Gelembung larutan dengan konduktivitas listrik tinggi yang keluar dari syringe
pump lebih mudah ditarik oleh medan elektrostatik, sehingga ukuran dari serat
yang dihasilkan lebih kecil.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Gambar 4.4. Foto SEM material Al-ZnO: (a) 4% Al, (b) 6% Al, (c) 8% Al, (d) 9%
Al, (e) 10% Al, (f) 11% Al, (g) 12% Al dan (h) 14% Al
g
h
f
e
d
c
b
a
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
Gambar 4.5. Foto SEM material Co-ZnO: (a) 4% Co, (b) 6% Co, (c) 8% Co, (d)
9% Co, (e) 10% Co, (f) 11% Co, (g) 12% Co dan (h) 14% Co
h
b
g
f
e
d
c
b
a
h
b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
Tabel 4.2. Diameter serat nano ZnO dengan pendopingan AlCl3 dan CoAc
Jenis Doping Diamter serat Rasio jumlah doping (%)
4 6 8 9 10 11 12 14
AlCl3
Maksimum (nm) 138 135 129 118 110 101 96 91
Minimum (nm) 58 53 51 49 47 43 37 31
Rata-rata (nm) 88 80 76 73 69 66 61 56
CoAc
Maksimum (nm) 141 134 121 116 111 107 92 101
Minimum (nm) 68 59 50 47 44 45 41 39
Rata-rata (nm) 100 87 79 74 72 71 69 65
Gambar 4.6. Foto SEM material Al-Co-ZnO (Pembesaran 50.000 X): (a) 75% Al-
25% Co, (b) 50% Al-50% Co dan (c) 25% Al-Co 75%
Tabel 4.3. Diameter serat nano ZnO dengan penambahan Al-Co
Ukuran diamter
serat
Variasi Co-doping Aluminium dan Kobalt
100% AlCl3
0% CoAc
75% AlCl3
25% CoAc
50% AlCl3
50% CoAc
25% AlCl3
75% CoAc
0% AlCl3
100% CoAc
Maksimum (nm) 110 108 101 128 107
Minimum (nm) 47 48 35 47 45
Rata-rata (nm) 69 80 78 96 71
Tabel 4.3 dan Gambar 4.6 masing-masingnya menunjukkan distribusi ukuran
serat dan foto SEM dari serat nano ZnO yang dilakukan Co-doping AlCl3:CoAc.
Pada saat dilakukan Co-doping, serat yang terbentuk lebih besar dibandingkan
serat yang dilakukan doping sendiri-sendiri. Pada pendopingan bersama 75%
AlCl3:25% CoAc dan pendopingan 25% AlCl3:75% CoAc beberapa serat yang
dihasilkan saling menyatu. Sedangkan pada pendopingan 50% AlCl3:50% CoAc
serat yang dihasilkan hampir semuanya dapat saling terpisah.
a
b
c
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
4.3. Pengujian Unjuk Kerja Nanogenerator Piezoelektrik
Pengujian unjuk kerja nanogenerator (NG) dilakukan dengan penerapan
beban tekan-lepas sebesar 0,5 kg setiap 3 detik per siklus. Pengujian dilakukan
dengan pengamatan terhadap perubahan tegangan keluaran (mV) dan daya
keluaran (nW) dengan beberapa hambatan (MΩ). Hasil pengujian unjuk kerja NG
piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO disajikan pada Gambar 4.7 dan
Gambar 4.8. Besarnya daya dan tegangan maksimum yang dihasilkan NG
piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Material piezo adalah material yang jika diberi beban dapat mengeluarkan
listrik. Pada saat pembebanan kontinu sebesar 0,5 kg, tegangan yang dikeluarkan
oleh serat Al-ZnO dan Co-ZnO tergantung dari beban tahanan yang diberikan.
Pada pembebanan 0 M sampai 1 M terjadi peningkatan tegangan dan daya,
tetapi setelah 1 M besarnya tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing NG
hanya mengalami peningkatan yang kecil. Dimana tegangan yang dihasilkan NG
Al-ZnO setelah pembebanan 1 M lebih stabil daripada NG Co-ZnO yang tidak
stabil. Daya yang dihasilkan setelah pemebebanan 1 M terjadi penurunan yang
sangat signifikan.
Terlihat juga bahwa baik doping Al maupun Co dapat meningkatkan
tegangan yang dihasilkan jika dibandingkan dengan NG berbasis ZnO tanpa
doping. Pada pendopingan AlCl3 sekitar 10%, tegangan yang dihasilkan
meningkat hampir empat kalinya dibandingkan yang dihasilkan oleh NG ZnO
tanpa doping. Sedangkan pada pendopingan CoAc sekitar 11%, tegangan yang
dihasilkan meningkat hampir 4,9 kalinya dibandingkan yang dihasilkan oleh NG
ZnO tanpa doping. Tegangan keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO yang
didoping AlCl3 dan CoAc adalah 254 mV dan 315 mV. Dibanding dengan
penelitian sebelumnya Choi, D., et al., 2010 menggunakan piezoelektrik lapisan
tipis ZnO yang mampu menghasilkan tegangan kurang dari 20 mV pada
pembebanan kurang dari 0,4 kg dan kurang dari 60 mV pada pembebanan antara
0,4 kg sampai 1 kg, (Choi, D., et al., 2010) maka piezoelektrik serat nano ZnO ini
mampu menghasilkan tegangan keluaran yang lebih baik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 2 4 6 8 10
Daya
(n
W)
Hambatan (M )
4% 6% 8% 9% 10%
11% 12% 14% ZnO
0
50
100
150
200
250
0 2 4 6 8 10
Teg
an
gan
(m
V)
Hambatan (M )
Selain itu, peningkatan daya keluaran yang dihasilkan NG berbasis ZnO
dengan doping CoAc hampir 10,6 kali dan lebih besar dibandingkan peningkatan
daya keluaran yang dihasilkan NG berbasis ZnO dengan doping AlCl3 yaitu
sebesar 9,1 kali. Besarnya daya keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO
dengan doping 10% AlCl3 dan 11% CoAc adalah 125,9 nW dan 145,6 nW
sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 4.8, Gambar 4.9, dan Tabel 4.4. Nilai
daya keluaran maksimum ini setara dengan kerapatan daya 125,9 nW/cm2 dan
145,6 nW/cm2.
Gambar 4.2. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Al-ZnO
Tabel 4.4. Daya dan tegangan maksimum yang dihasilkan oleh nanogenerator
piezoelektrik berbasis Al-ZnO dan Co-ZnO
Doping Unjuk Kerja Prosentasi doping (%)
0 4 6 8 9 10 11 12 14
AlCl3 Voc (mV) 64,2 204,3 222,8 242,4 251,9 254,4 193,4 159,1 101,5
Daya (nW) 13,9 39,8 53,2 101,6 120,3 125,9 104,4 102,4 45,6
CoAc Voc (mV) 64,2 208,7 226,5 278,9 292,8 312,9 315,4 209,4 202,6
Daya (nW) 13,9 83,8 113,4 127,4 137,0 143,4 145,6 92,1 64,4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Gambar 4.3. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Co-ZnO
Gambar 4.4. Daya dan tegangan dari NG piezoelektrik Al-Co-ZnO
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
Tabel 4.5. Daya dan tegangan maksimum pada NG piezoelektrik Al-Co-ZnO
Unjuk Kerja
Variasi Co-doping
Al 100%
Co 0%
Al 75%
Co 25%
Al 50%
Co 50%
Al 25%
Co 75%
Al 0%
Co 100%
Tegangan (Voc) 254,4 318,7 341,9 352,3 315,4
Daya (nW) 125,9 150,5 155,0 169,7 145,6
Tegangan (Voc) dan daya rata-rata keluaran tertingi terdapat pada variasi Co-
doping aluminium 25% dan kobalt 75%, tegangan sebesar 352,3 mV dan daya
tertinggi pada semua hambatan 0,1 MΩ yaitu sebesar 169,7 nW, terlihat pada
Tabel 4.5. Perlakuan Co-doping mampu meningkatkan daya NG sekitar 1,13-1,15
kali dibandingkan yang dimiliki NG yang didoping Al atau Co sendiri-sendiri.
Selain menyebabkan ukuran kristal yang kecil, doping Co juga dimaksudkan
untuk meningkatkan sifat elastisitas dari material (Kanjwal, M.A., et al., 2011).
Nilai daya keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO yang di Co-doping
dengan 25% AlCl3:75% CoAc ini setara dengan kerapatan daya 169,7 nW/cm2.
Hasil ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya,
yaitu 38.8 nW/cm² (Sholahuddin, I., 2013) dan 51.7 nW/cm2 (Suyitno, et al.,
2014).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut:
1. Perlakuan Co-doping mampu meningkatkan daya nanogenerator (NG) sekitar
1,13-1,15 kali dibandingkan yang dimiliki NG yang didoping Al atau Co
sendiri-sendiri.
2. Nilai daya keluaran maksimum dari NG berbasis ZnO yang di Co-doping
dengan perbandingan 25% AlCl3 (10%):75% CoAc (11%) ini setara dengan
kerapatan daya 169,7 nW/cm2.
3. ZnO yang dihasilkan dengan elektrospining dan dilakukan pendopingan AlCl3
dan CoAc adalah sesuai dengan JC-PDF no. 36-1451. Ukuran kristal dari ZnO
yang didoping Al lebih besar dibandingkan dengan ukuran kristal dari ZnO
yang didoping dengan Co. Sedangkan ukuran fiber dari ZnO yang didoping Al
relatif lebih kecil dibandingkan dengan ukuran fiber ZnO yang didoping Co.
4. Nilai kristalinitas terbesar doping AlCl3 dan CoAc adalah 83,7% dan 80,6%
pada doping 10% dan 11%.
5.2. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan penulis menyarankan perlunya
diperbaiki morfologi dari serat dengan cara membuat kolektor berputar atau
mencari parameter aliran dari larutan dalam syringe pump yang tepat agar
keseragaman serat yang dihasilkan lebih maksimal.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
Daftar Pustaka
Baek, J.-H., Park, J., Kang, J., Kim, D., Koh, S.-W., and Kang, Y.-C., 2012,
Fabrication and Thermal Oxidation of ZnO Nanofibers Prepared Via
Electrospinning Technique, 33 pp. 2694-2698.
Benramache, S., Benhaoua, B., and Bentrah, H., 2013, Preparation of
Transparent, Conductive ZnO:Co and ZnO:In Thin Films by Ultrasonic
Spray Method, Journal of Nanostructure in Chemistry, Vol. 3 (54), pp. 1-7.
Chang, J., Dommer, M., Chang, C., and Lin, L., 2012, Piezoelectric Nanofibers
for Energy Scavenging Applications, Nano Energy, Vol. 1 pp. 356-371.
Chen, X., Xu, S., Yao, N., and Shi, Y., 2010, 1.6 V Nanogenerator for
Mechanical Energy Harvesting Using PZT Nanofibers, Nano Letters, Vol.
10 pp. 2133–2137.
Choi, D., Lee, K.Y., Lee, K.H., Kim, E.S., Kim, T.S., Lee, S.Y., et al., 2010,
Piezoelectric Touch-Sensitive Flexible Hybrid Energy Harvesting
Nanoarchitectures, Nanotechnology, Vol. 21 (40), pp. 405503.
Dong, Z., Kennedy, S.J., and Wu, Y., 2011, Review Electrospinning Materials for
Energy-Related Applications and Devices, Journal of Power Sources, Vol.
pp. 4886-4904.
Fang, T.-H., and Kang, S.-H., 2010, Physical Properties of ZnO:Al Nanorods for
Piezoelectric Nanogenerator Application, Current Nanoscience, Vol. 6, pp
1-7.
Feng, Z.S., Hong, Y.C., Qi, L., Qi, S.F., Guo, W.J., and Hou, W.G., 2009,
Cluster-Assembled Cobalt Doped ZnO Nanostructured Film Prepared by
Low Energy Cluster Beam Deposition, Trans. Nonferrous Met. Soc. China,
Vol. 19 (2009), pp. 1450-1453.
Haertling, G.H., 1999, Ferroelectric Ceramics: History and Technology, pp. 797-
818.
Hananto, Santoso, and Julius, 2011, Application of Piezoelectric Material Film
PVDF (Polyvinylidene Flouride) as Liquid Viscosity Sensor, Jurnal
Neutrino, Vol. 3 (2).
He, J.-H., Liu, Y., Mo, L.-F., Wan, Y.-Q., and Xu, L., 2008, Electrospun
Nanofibres and Their Applications.
Kanjwal, M.A., Sheikh, F.A., and Barakat. N.A.M, 2011, Co3O4-ZnO Nanofiber
Their Properties, Journal Nanoenginering and Nanomanufacturing, Vol. 1
pp. 196-202.
Lee, D.Y., Cho, J.E., Cho, N.I., Lee, M.H., Lee, S.J., and Kim, B.Y., 2008,
Characterization of Electrospun Aluminium-Doped Zinc Oxide
Nanofibers, Thin Solid Film, Vol. 517 pp. 1262-1267.
Nirmala, M., and Anukaliani, A., 2011, Characterization of Undoped and
Codoped ZnO Nanoparticles Synthesized by DC Thermal Plasma Method,
Physica B: Condensed Matter Vol. 406 pp. 911–915.
Pham, Q.P., Sharma, U., and Mikos, A.G., 2006, Electrospinning of Polymeric
Nanofibers for Tissue Engineering Applications: A Review, Tissue
Engineering, Vol. 12 (5), pp. 1197-1211.
Pongwan, P., Inceesungvorn, B., and Wetchakun, K., 2012, Highly Efficient
Visible-Light-Induced Photocatalytic Activity of Fe-Doped TiO2
Nanoparticles Engineering Journal, Vol. 16 (3), pp. 143-151.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Ren, H., Ding, Y., Jiang, Y., Xu, F., Long, Z., and Zhang, P., 2009, Synthesis and
Properties of ZnO Nanofibers Prepared by Electrospinning, Journal of
Sol-Gel Science and Technology, Vol. 52 (2), pp. 287-290.
Sangkhaprom, N., Supaphol, P., and Pavarajarn, V., 2010, Fibrous Zinc Oxide
Prepared by Combined Electrospinning and Solvothermal Techniques,
Ceramics International, Vol. 36 (1), pp. 357-363.
Shmueli, Y., Shter, G.E., Assad, O., and Haick, H., 2012, Structural and
Electrical Properties of Single Ga/ZnO Nanofibers Synthesized by
Electrospinning, 27.
Sholahuddin, I., 2013, Fabrikasi Nanogenerator Zno Dan Azo Berbasis Serat
Nano Dengan Metode Elektrospinning.
Sigmund, W., Yuh, J., Park, H., Maneeratana, V., Pyrgiotakis, G., Daga, A., et al.,
2006, Processing and Structure Relationships in Electrospinning of
Ceramic Fiber Systems, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 89 (2), pp. 395–407.
Suyitno, Purwanto, A., Hidayat, R.L.L.G., Sholahudin, I., Yusuf, M., Huda, S., et
al., 2014, Fabrication and Characterization of Zinc Oxide-Based
Electrospun Nanofibers for Mechanical Energy Harvesting, Journal of
Nanotechnology in Engineering and Medicine, Vol. 5 (1).
Wang, Z.L., Wang, X., Song, J., Liu, J., and Gao, Y., 2008, Piezoelectric
Nanogenerators for Self-Powered Nanodevices, Vol 7.
Yang, X., Shao, C., Guan, H., Li, X., and Gong, J., 2004, Preparation and
Characterization of ZnO Nanofibers by Using Electrospun PVA/Zinc
Acetate Composite Fiber as Precursor, Inorganic Chemistry
Communications, Vol. 7 pp. 176-178.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
Lampiran A. Data pendukung pengujian unjuk kerja
A1. Tegangan dan daya NG ZnO doping Al
Pengukuran
Unjuk Kerja
Hambatan
(MΩ)
Doping (%)
4 6 8 9 10 11 12 14
Tegangan
(mV)
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,001 1,33 1,85 3,33 3,63 4,35 3,24 2,63 0,80
0,005 3,57 4,72 8,91 9,43 10,33 9,04 8,22 6,22
0,01 16,26 19,49 25,78 29,65 32,26 28,22 28,22 16,22
0,05 36,65 46,96 63,80 72,63 74,83 65,26 67,33 39,65
0,1 62,63 73,31 101,78 110,74 113,33 103,22 102,22 68,22
0,5 68,70 83,59 113,61 121,87 125,61 129,52 111,65 82,65
1 81,67 96,13 141,21 146,20 151,11 142,41 116,61 90,07
2 88,80 96,83 146,53 152,78 157,37 147,09 119,89 91,83
3 85,76 99,52 148,34 153,38 159,67 150,74 121,63 92,63
4 88,15 101,40 151,55 159,33 160,02 152,74 122,09 94,09
5 87,35 102,06 152,85 159,98 164,76 148,78 128,96 94,52
6 89,37 105,81 154,19 160,93 166,09 158,76 127,83 95,83
7 92,59 105,98 154,79 161,28 166,28 170,78 128,39 97,39
8 92,78 108,33 155,02 161,93 167,15 163,98 129,57 96,26
9 94,52 108,61 155,59 162,07 168,41 161,98 130,61 99,89
10 99,89 110,21 156,96 162,91 169,80 159,93 131,96 99,48
Daya (nW)
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,001 2,04 3,57 11,39 13,61 19,31 11,52 7,35 0,80
0,005 2,60 4,40 15,54 17,34 20,94 16,36 13,20 7,57
0,01 26,92 38,08 65,61 91,53 104,25 78,37 78,37 26,03
0,05 28,25 47,48 80,88 104,03 109,98 83,85 89,71 30,85
0,1 39,80 53,19 101,56 120,30 125,96 104,38 102,37 45,63
0,5 9,31 13,86 25,00 29,06 30,85 32,82 24,40 13,37
1 6,65 9,29 19,60 21,37 22,37 19,92 13,34 7,95
2 3,86 4,71 10,51 11,41 12,16 10,57 7,04 4,13
3 2,40 3,12 7,20 7,94 8,26 7,42 4,82 2,79
4 1,90 2,59 5,71 6,30 6,52 5,71 3,64 2,16
5 1,47 2,08 4,64 5,16 5,32 4,34 3,26 1,75
6 1,32 1,85 3,99 4,23 4,55 4,12 2,66 1,50
7 1,21 1,55 3,32 3,68 3,85 4,08 2,30 1,33
8 1,06 1,44 3,07 3,29 3,41 3,29 2,07 1,13
9 0,99 1,29 2,71 2,96 3,16 2,85 1,89 1,08
10 0,99 1,21 2,45 2,90 2,97 2,51 1,71 0,97
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
A2. Tegangan dan daya NG ZnO doping Co
Pengukuran
Unjuk Kerja
Hambatan
(MΩ)
Doping (%)
4 6 8 9 10 11 12 14
Tegangan
(mV)
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,001 1,59 2,46 4,59 5,57 6,15 6,20 1,07 0,48
0,005 5,80 7,26 12,41 13,43 14,85 14,74 7,09 5,89
0,01 14,07 17,22 19,89 20,96 21,48 21,63 13,04 11,87
0,05 34,89 45,72 56,87 60,15 64,41 62,96 52,20 49,37
0,1 90,35 107,26 113,35 117,59 118,78 122,04 97,04 81,02
0,5 129,17 146,04 149,30 152,78 152,41 154,61 148,39 149,04
1 157,61 167,70 170,35 171,30 172,61 173,09 165,85 157,39
2 186,72 191,26 191,98 179,54 185,35 193,17 167,61 164,87
3 183,83 193,52 201,48 207,48 217,13 212,20 183,80 175,61
4 186,11 195,07 198,91 201,91 205,96 211,91 182,28 171,39
5 181,30 194,98 198,28 200,33 199,93 210,54 180,98 172,93
6 182,46 195,48 187,74 191,72 191,70 208,00 181,78 177,02
7 178,20 194,07 199,11 204,11 207,09 205,07 187,09 186,78
8 178,57 192,72 202,37 205,24 214,37 221,57 195,91 190,09
9 174,54 192,28 199,39 204,39 206,91 212,91 199,76 193,09
10 189,93 205,30 214,11 218,91 220,57 213,39 201,91 198,09
Daya (nW)
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,001 2,77 7,11 21,02 30,52 40,77 37,59 1,17 0,46
0,005 7,33 10,85 30,14 35,96 43,95 42,98 9,81 6,95
0,01 20,51 29,95 39,69 43,17 46,24 46,08 16,91 13,88
0,05 24,58 41,45 63,26 70,91 83,17 77,68 53,35 48,09
0,1 83,82 113,36 127,36 137,01 143,44 145,63 92,09 64,37
0,5 33,04 42,01 43,56 45,69 46,27 46,89 43,03 43,45
1 24,28 27,51 28,46 28,79 29,22 29,39 26,92 24,20
2 17,05 17,92 18,03 16,12 16,82 18,20 13,74 13,30
3 11,03 12,23 13,30 14,10 15,40 14,86 11,01 10,05
4 8,49 9,31 9,68 9,97 10,47 11,18 8,12 7,18
5 6,46 7,45 7,70 7,86 8,04 8,67 6,41 5,85
6 5,41 6,23 5,76 6,01 6,09 7,07 5,39 5,11
7 4,43 5,25 5,55 5,83 6,13 5,89 4,89 4,88
8 3,91 4,54 4,99 5,14 5,67 6,01 4,70 4,41
9 3,36 4,06 4,34 4,56 4,74 5,00 4,35 4,05
10 3,58 4,16 4,51 4,75 4,88 4,47 4,07 3,84
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
A3. Tegangan dan daya NG ZnO doping Al dan Co
Pengukuran
Unjuk Kerja
Hambatan
(MΩ)
Co-doping (%)
Al 100:Co 0 Al 75:Co 25 Al 50:Co 50 Al 25:Co 75 Al 0:Co 100
Tegangan
(mV)
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,001 4,35 6,41 6,65 7,02 6,20
0,005 10,33 16,46 18,20 19,52 14,74
0,01 32,26 23,33 25,65 27,20 21,63
0,05 74,83 63,37 66,17 64,28 62,96
0,1 113,33 123,96 125,91 131,46 122,04
0,5 125,61 156,43 159,89 179,02 154,61
1 151,11 186,85 206,54 224,93 173,09
2 157,37 207,37 218,83 235,15 193,17
3 159,67 216,41 232,52 238,09 212,20
4 160,02 220,11 235,11 239,98 211,91
5 164,76 222,11 234,85 241,02 210,54
6 166,09 227,85 235,96 236,46 208,00
7 166,28 228,98 235,63 240,65 205,07
8 167,15 230,11 233,74 242,57 221,57
9 168,41 235,72 234,46 241,17 212,91
10 169,80 229,54 237,24 249,33 213,39
Daya (nW)
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,001 19,31 40,26 45,29 49,62 37,59
0,005 20,94 53,15 64,40 75,26 42,98
0,01 104,25 53,19 64,13 74,00 46,08
0,05 109,98 79,65 85,87 80,57 77,68
0,1 125,96 150,47 154,97 169,66 145,63
0,5 30,85 48,17 50,03 63,75 46,89
1 22,37 34,23 41,56 49,52 29,39
2 12,16 20,98 23,40 27,06 18,20
3 8,26 15,25 17,64 18,53 14,86
4 6,52 11,84 13,51 14,11 11,18
5 5,32 9,64 10,78 11,39 8,67
6 4,55 8,45 9,08 9,10 7,07
7 3,85 7,32 7,77 8,08 5,89
8 3,41 6,48 6,68 7,20 6,01
9 3,16 6,04 5,99 6,42 5,00
10 2,97 5,15 5,50 6,10 4,47
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
Lampiran B. Foto SEM material ZnO dengan pembesaran 50.000 X
B1. Foto SEM (a) ZnO doping 4% Al dan (b) ZnO doping 6% Al
Al 4% Al 6%
Ø 47 nm
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
B2. Foto SEM (a) ZnO doping 8% Al dan (b) ZnO doping 9% Al
Ø 129 nm
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
B3. Foto SEM (a) ZnO doping 10% Al dan (b) ZnO doping 11% Al
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
B4. Foto SEM (a) ZnO doping 12% Al dan (b) ZnO doping 14% Al
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
B5. Foto SEM (a) ZnO doping 4% Co dan (b) ZnO doping 6% Co
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
B6. Foto SEM (a) ZnO doping 8% Co dan (b) ZnO doping 9% Co
Ø 47 nm
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
B7. Foto SEM (a) ZnO doping 10% Co dan (b) ZnO doping 11% Co
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
B8. Foto SEM (a) ZnO doping 12% Co dan (b) ZnO doping 14% Co
Ø 101 nm
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
46
B9. Foto SEM (a) ZnO Co-doping Al 75%:Co 25%, dan (b) ZnO Co-doping Al 25%:Co 75%
Ø 47 nm
Ø 81 nm
a b
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
B10. Foto SEM ZnO Co-doping Al 50%:Co 50%,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user