Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials Science

Edisi Khusus Oktober 2006, hal : 188 - 191ISSN : 1411-1098

188

EFEK IRADIASI TERHADAP BAHANKONDUKTOR PADAT (CuI)0,5( -Al2O3)0,5

P. Purwanto, Safei Purnama, E. Sukirman danWisnuAriAdiPusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) - BATAN

Kawasan Puspiptek Serpong 15314, Tangerang

ABSTRAKEFEK IRADIASI TERHADAP BAHAN KONDUKTOR (CuI)0,5( -Al2O3)0,5. Bahan konduktor

(CuI)0,5( -Al2O3)0,5 dapat dibuat dengan reaksi padatan yaitu pencampuran antara CuI dengan -Al2O3. Bahankonduktor di pelet dengan tekanan 8,43 107 N/m2 dengan diameter 1,5 cm. Kemudian bahan konduktor padat

alat LCR meter pada frekuensi 0,1 Hz-1000 Hz. Nilai konduktivitas konduktor padat (CuI)0,5( -Al2O3)0,510-4 S/cm sampai 4,88 10-3 10-4 S/cm

sampai 15,82 10-3 S/cm. Penentuan struktur kristal dilakukan dengan teknik difraksi sinar-x. Pola difraksisinar-x pada bahan konduktor padat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 menunjukkan bahwa strukturnya adalah CuI.

Kata kunci : Bahan konduktor padat, iradiasi, konduktivitas, difraksi sinar-x

ABSTRACT

0.5( -Al2O3 )0.5.The conductor material of (CuI)0.5( -Al2O3)0.5 has been prepared by solid state reaction, by mixing of CuIwith -Al2O3 powders. The mixture was compacted with diametre 1.5 cm and at the pressure 8.43 10

7 N/m2.

The conductivity measurement of (CuI)0.5( -Al2O3)0.5 was carried out by LCR at the frequence of 0.1 Hz to1000 Hz. The result show that the conductivities value of (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 before irradiated are5.36 10-4 S/cm to 4.88 10-3 S/cm, and after irradiated are 5.77 10-4 S/cm to 15.82 10-3 S/cm. Determination ofcrystall structure was done by x-ray diffraction. The result from x-ray diffraction show that the structure of(CuI)0.5(Al2O3)0.5 was structure of CuI..

Key words : Solid state conductor, irradiation, conductivity, x-ray diffraction

PENDAHULUANKonduksi ion didalam suatu bahan padat terjadi

karena adanya ketidakteraturan pada bahan tersebut.Adanya getaran termal pada bahan menyebabkan ionmemperoleh energi untuk melakukan perpindahan darisatu tempat ke tempat lain di dalam suatu kristal sehinggaterjadi kekosongan. Cacat pada kristal akan menimbulkansuatu mobilisasi ion misalnya cacat Schottky danFrenkel. Banyaknya cacat pada bahan ini tergantungpada perlakuan panas yang diberikan pada bahantersebut [1].

Konduktivitas listrik yang tinggi pada elektrolitpadat disebabkan oleh adanya transport ion dalam bahanyang mekanismenya bukan pertukaran langsungkation anion yang membutuhkan energi yang sangatbesar, melainkan melalui kecacatan dalam kristal danketidakaturan pada struktur kristal. Pada konduktorsuperionik, yang berperan terhadap transport ion adalahcacat titik Schottky dan Frenkel. Cacat Schottky terjadijika ion bergerak dengan melompat ke dalam posisiyang kosong, melalui kisi dan membawa arus,

sedangkan cacat Frenkel terjadi dimana ion bergerakpada posisi antar interstisi. Hal ini membuat bahanmempunyai sifat konduktivitas tinggi dan energiaktivasinya rendah [1,2].

Bahan superionik padat adalah bahan ionikdengan konduktivitas listrik tinggi dibandingkan denganelektrolit cair. Bahan ini dinamakan juga elektrolitpadat atau konduktor ion cepat. Bahan superionikmemiliki ikatan ionik dan konduktivitas listrik

-4 S/cm [2].Bahan -Al2O3 adalah bahan yang mempunyai

kerapatan yang amat penting, karena perubahan kerapatandapat menyebabkan terjadinya mobilisasi ion. Kemudianadanya kation logam pada bidang konduktivitas dapat pulamenyebabkan -Al2O3 mempunyai konduktivitas ionikyang tinggi. [1-3].

Diketahui bahan CuI mempunyai beberapa fasao oC.

-7

adalah 6 x10-2 S/cm[3].

Efek Iradiasi terhadap Bahan Konduktor Padat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 (P. Purwanto)

189

Dari penelitian sebelumnya, pembuatan bahankomposit yang mempunyai konduktivitas yang baik telahdilakukan dengan cara perlakuan panas dengan cara disinter pada suhu 100 oC, 200 oC dan 300 oC, hasil yangdiperoleh belum mencapai optimum. Atas dasarperlakuan panas ini, selanjutnya dikembangkan dengan

bahan setelah di iradiasi. Dalam penelitian ini, dosis

50 kGy untuk mendapatkan dosis yang optimum supayadidapatkan nilai konduktivitas yang baik.

METODE PERCOBAANPercobaan ini dilakukan tiga jenis kegiatan,

sebagai berikut : pembuatan bahan konduktor padat untuk2 gram per pelet bahan (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 yaitu denganproses pencampuran antara serbuk CuI dan -Al2O3dengan berat masing-masing yaitu CuI = 1,3026 g dan

-Al2O3 = 0,6974 g. Kemudian campuran bahan tersebutdibuat pelet dengan tekanan 8,43107 N/m2 dengan ukurandiameter 1,5 cm, selanjutnya padatan (CuI)0,5( -Al2O3)0,5di iradiasi- dengan dosis yaitu 10 kGy, 30 kGy dan50 kGy. Penentuan struktur kristal dilakukandengan menggunakan difraksi sinar x. Pengukurankonduktivitas listrik dengan LCRmeter pada frekuensiantara 0,1 Hz sampai dengan 1000 Hz pada potensialv = 1 volt, v = 1,5 volt dan v = 2 volt

HASIL DAN PEMBAHASAN

Difraksi Sinar-xGambar 1 adalah pola difraksi dari bahan

(a). (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 dosis radiasi 50 kGy (b). (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 dosis radiasi 30 kGy (c). (CuI)0,5( -Al2O3)0,5dosis radiasi 10 kGy (d).CuI (e). -Al2O3.

Dari Gambar 1, menunjukkan bahwapuncak-puncak yang nampak adalah puncak-puncakdifraksi CuI, sedangkan puncak-puncak difraksi -Al2O3tidak nampak, ini kemungkinan akibat faktor hamburanatom-atom pada CuI lebih besar dari faktor hamburanatom-atom pada -Al2O3.

Hasil analisis dengan program igor menujukkanbahwa tidak ada perubahan intensitas dan posisi sudutdifraksi pada bahan konduktor padat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5,ini berarti tidak ada kerusakan pada kristal. Misalnyapada bidang hkl = (111), (220) dan (331). Tampak padagambar bahwa baik posisi sudut puncak maupunintensitas tidak berubah setelah iradiasi.

Tampak pada Gambar 1, puncak -Al2O3 tidaknampak setelah iradiasi, tetapi puncak-puncak CuInampak. Hal ini berarti terjadi suatu difusi atom CuIkepermukaan bahan konduktor padat, sehinggayang nampak pada pola difraksi pada bahan konduktorpadat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 hanya CuI. Penelitian padabahan yang sama juga telah dilakukan terhadappengaruh suhu [4]

Konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5Telah dilakukan pengukuran konduktivitas bahan

konduktor padat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5dengan dosis iradiasi 10 kGy, 30 kGy dan 50 kGy. Padapengukuran konduktivitas dengan variasi frekuensi dari0,1 Hz sampai 1000 Hz dan variasi potensial 1volt,1,5 volt dan 2 volt.

Kebergantungan konduktivitas terhadapfrekuensi yang dikenal dengan Universal frequencyresponse dapat dijelaskan dengan model persamaankoduktivitas sebagai berikut :

sf0 ............................................

dimana := konduktivitas (Hz)

o = konduktivitas pada frekuensi (= 1 Hz)S = faktor eksponen (0< s

Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials Science

Edisi Khusus Oktober 2006, hal : 188 - 191ISSN : 1411-1098

190

Dari Tabel 1, Tabel 2 dan Tabel 3 nilai faktoreksponen power (s) berkisar 0,00 sampai 0,01 padategangan 1 volt, 1,5 volt dan 2 volt pada kisaranfrekuensi rendah 0,1Hz sampai 100Hz, hal itumenunjukkan kurva konduktivitasnya datar yang berartikonduktivitas pada bahan konduktor padat tersebuttidak bergantung pada frekuensi, sedangkan padakisaran frekuensi 200 Hz sampai 1000 Hz nilai faktoreksponen berkisar antara 0,29 sampai -0,57. Pada daerahfrekuensi 200 Hz sampai 1000 Hz, kurvakonduktivitasnya turun terhadap frekuensi. Pada daerahfrekuensi sekitar 200 Hz bahan CuI mengalami suatutransisi fasa. Menurut acuan [3], bahwa CuI mempunyai

oC dan nilai konduktivitasnya-7 oC

10-2 S/cm. Energi fonon yangdihasilkan dari vibrasi konduktor padat tersebut dapatdi setarakan dengan energi thermal pada saat bahantersebut mengalami perlakuan panas. Begitu juga biladipanaskan sampai suhu tertentu akan mengalami suatuvibrasi thermal, sehingga mengalami suatu transisi fasapada bahan konduktor tertentu.

Pada Kurva Konduktivitas pada Gambar 2,Gambar 3 dan Gambar 4 dihitung nilai konduktivitasdalam dua daerah frekuensi, yaitu daerah frekuensirendah 0,1 Hz sampai 200 Hz dan daerah frekuensi tinggi200 Hz sampai 1000 Hz. Nilai konduktivitas konduktorpadat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 pada tegangan v = 1 volt,v = 1,5 volt dan v = 2 volt berturut-turut adalah(5,39-7,08) 10-4 S/cm, (5,37-6,48) 10-4 S/cm dan

(5,36-6,30) 10-4 S/cm pada kisaran frekuensi 0,1Hz hingga100Hz , sedangkan pada frekuensi 200 Hz sampai dengan1000 Hz nilai konduktivitas berturut-turut adalah(4,87-15,82) 10-3 S/cm, (2,39-4,99) 10-3 S/cm dan(4,88-11,56) 10-3 S/cm.

Konduktivitas bahan (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 padaTabel 1, Tabel 2 dan Tabel 3, menunjukkan bahwakonduktor tersebut stabil pada kisaran frekuensi0,1 Hz sampai dengan 100 Hz, sedangkan pada kisaranfrekuensi 200 Hz sampai dengan 1000 Hz konduktivitasturun. Dari ketiga tabel tersebut terlihat juga bahwakonduktivitas bahan konduktor (CuI)0,5( -Al2O3)0,5mempunyai nilai stabil terhadap pertambahan dosis

(CuI)0,5( -Al2O3)0,5 yang ditunjukkan pada Tabel 4,Tabel 5 dan Tabel 6 menunjukkan nilai stabilwalaupun dilakukan variasi potensial yaitu v = 1,5voltdan v = 2 volt.

Dosis(kGy)

So1 So2 o1(S/cm)

o2

(S/cm)0 0,00 -0,40 5,39 10-4 4,87 10-3

10 0,00 -0,57 7,08 10-4 15,8 10-3

30 0,00 -0,48 6,15 10-4 8,08 10-3

50 0,00 -0,46 6,01 10-4 7,28 10-3

Tabel 1. Konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 pada v = 1 volt.

Tabel 2. Konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 pada v = 1,5 volt.

Dosis(kGy)

So1 So2 o1(S/cm)

o2

(S/cm)0 0,00 -0,29 5,37 10-4 2,39 10-3

10 0,01 -0,39 6,48 10-4 4,99 10-3

30 0,00 -0,34 5,93 10-4 3,33 10-3

50 0,00 -0,33 5,82 10-4 3,10 10-3

Tabel 3. Konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 pada v = 2 volt.

Dosis(kGy)

So1 So2 o1(S/cm)

o2

(S/cm)0 0,00 -0,40 5,36 10-4 4,88 10-3

10 0,01 -0,53 6,30 10-4 11,6 10-3

30 0,00 -0,46 5,84 10-4 7,30 10-3

50 0,00 -0,45 5,77 10-4 6,83 10-3

S01, S02 = Kemiringan kurva pada daerah frekuensi rendah dan tinggi.

01, 02 = Konduktivitas pada daerah frekuensi rendah dan tinggi.

Gambar 2. Kurva konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5,tegangan v = 1 volt.

(CuI)0,5( -Al2O3)0,5.. (V=2 volt)

-3.7

-3.5

-3.3

-3.1

-2 -1 0 1 2 3 4

log f (Hz)

R= 0 kGR= 10 kGR=30 kGR=50 kG

Gambar 4. Kurva konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5, padategangan v = 2 volt.

(CuI)0,5( -Al2O3)0,5. (V=1,5 volt)

-3.7

-3.5

-3.3

-3.1

-2 -1 0 1 2 3 4

Log f (Hz)

R= 0 kGR= 10 kGR=30 kGR=50 kG

Gambar 3. Kurva konduktivitas (CuI)0,5(b-Al2O3)0,5,tegangan v = 1,5 volt.

(CuI)0,5( -Al2O3)0,5 . (v=1 volt)

-3.7

-3.5

-3.3

-3.1

-2 -1 0 1 2 3 4Log f (Hz)

R= 0 kGR= 10 kGR=30 kGR=50 kG

Efek Iradiasi terhadap Bahan Konduktor Padat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 (P. Purwanto)

191

Dari Gambar 5 dan Gambar 6, menunjukkan bahwa

dosis ditingkatkan. Hal ini dapat juga dilihat pada poladifraksi bahan (CuI)0,5( -Al2O3)0,5nampak pola difraksinya tidak nampak jelas perubahanpada sudut 2 theta dan intensitasnya. Bila dibandingkannilai konduktivitas yang telah dilakukan sebelumnya[6], menunjukkan nilai konduktivitas (CuI)0,25( -Al2O3)0,75mempunyai nilai (4,213-5,122) 10-5 S/cm. Penelitiansebelumnya telah dilakukan [4] bahan konduktor padat(CuI)0,5( -Al2O3)0,5 terhadap fungsi suhu dengan nilaikonduktivitas 8,33 10-4 S/cm dan pola difraksinya yangnampak hanya puncak CuI. Apabila dibandingkan

ditunjukkan bahwa nilai konduktivitaslebih baik setelahdi iradiasi .

Pada Gambar 2, Gambar 3 dan Gambar 4ditunjukkan konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 memilikipola hampir sama terhadap variasi frekuensi dantegangan yaitu menunjukkan datar pada daerahlog f (-1) sampai log f(2), kemudian konduktivitasmencapai daerah turun pada log f(2) sampai log f(3).

Kurva konduktivitas bahan (CuI)0,5( -Al2O3)0,5setelah iradiasi ditunjukkan pada Gambar 2, Gambar 3dan Gambar 4, bahwa pengaruh iradiasi dengan dosisberbeda tidak nampak perbedaan yang jelas. Begitu jugapada pengaruh iradiasi terhadap regangan pada bahantersebut tidak menunjukkan adanya perubahankonduktivitas.

Hubungan Konduktivitas terhadap

Hubungan antara konduktivitas konduktor padat(CuI)0,5( -Al2O3)0,5 ditunjukkanpada Gambar 5 dan Gambar 6. Dari keduagambar tersebut konduktivitas (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 adalah

Konduktivitas bahan konduktor padat tersebut jugastabil walaupun dilakukan variasi tegangan sebesar1 volt, 1,5 volt dan 2 volt.

KESIMPULAN1. Dari hasil pengukuran konduktivitas dengan

menggunakan LCRmeter pada suhu ruang, terhadap

bahan meningkat.2. Nilai konduktivitas bahan (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 setelah

volt adalah 5,36 10-4 S/cm sampai 15,85 10-3 S/cm.3. Pada selang frekuensi 0,1 Hz sampai 100 Hz dan

dosis iradiasi dari 0 kGy sampai dengan 50 kGy, kurvakonduktivitas bahan konduktor padat(CuI)0,5( -Al2O3)0,5 datar. Begitu juga pada tegangan1,5 volt dan 2 volt. Sedangkan pada daerah frekuensi200 Hz sampai 1000 Hz dan dosis iradiasi 0 kGy hingga50 kGy, kurva konduktivitasnya turun.

4. Pola difraksi dari (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 yang nampakadalah puncak-puncak CuI, sedangkan puncak

-Al2O3 tidak nampak. Hal ini terjadi difusiatom-atom CuI kepermukaan setelah iradiasi.

padat (CuI)0,5( -Al2O3)0,5 dapat meningkatkan bahanpada konduktivitasnya.

DAFTARACUAN[1]. S. CHANDRA, Superionic Solid Principle and

Applications, North Holland Publish Co,Amsterdam, (1981) 17-28

[2]. R. WEST ANTHONY, Solid State Chemestry andIts Application, John Wiley & Son, Singapura, (1989)

[3]. G. URRTAVIZCAYA, MANUEL J, Mat.Res.Bull, 27(1991)375-385

[4]. P. PURWANTO, E. KARTINI dan S. PURNAMA,Jurnal Sains Materi Indonesia, 6 (1) (2004) 40-44

[5]. A. K. JONSCHER, Nature,261(1977) 673-676[6]. P. PURWANTO, S. PURNAMA dan E.KARTINI,

Jurnal Sains Materi Indonesia, 5 (2) (2004)14-18

(CuI)0,5( -Al2O3)0,5-Irradiasi

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-5 5 15 25 35 45 55

Dosis (kGy)

v=1voltv=1,5 voltv= 2 volt

Gambar 6 . Hubungan konduktivitas bahan(CuI)0,5 ( -Al2O3)0,5 terhadap dosis iradiasi pada frekuensi200 Hz sampai dengan 1000 Hz.

(CuI)0,5( -Al2O3)0,5-Irradiasi

-3.4

-3.3

-3.2

-3.1

-5 5 15 25 35 45 55Dosis (kGy)

v=1voltv=1,5 voltv=2 volt

Gambar 5. Hubungan konduktivitas bahan (CuI) 0,5( -Al2O3)0,5 terhadap dosis iradiasi padafrekuensi 0,1Hz-100 Hz.