KAJIAN SIFAT DIELEKTRIK DAN ENERGI GAP PADA NANOPARTIKEL MAGNETIK Mn1-xNixFe2O4

ZULKARNAIN, 1. Dr. Eng. Edi Suharyadi, M.Eng., 2. Dr. Chotimah, M.Si.

2020 | Tesis | MAGISTER FISIKA

Nanopartikel magnetik Mn1-xNixFe2O4 telah disintesis menggunakan metode kimia kopresipitasi (x=0,3-0,8). Hasil analisis XRD menunjukkan terbentuknya struktur kubik spinel ferit dengan berbagai ukuran partikel yaitu 3,6; 5,8; 7,2; 13,4; 18,7; dan 19,7 nm. Ukuran kristalit nanopartikel menurun seiring meningkatnya konsentrasi Ni2+ karena radius ionik nikel lebih kecil dari pada ion mangan. Parameter kisi memiliki rentang nilai dari 8,48 Å hingga 8,57 Å. Sifat dielektrik semua sampel diukur menggunakan spektroskopi impedansi terkomputerisasi dengan generator frekuensi sinus penghasil frekuensi modulasi pada rentang 10 kHz – 1 MHz. Permitivitas dielektrik (riil dan imajiner), impedansi, dan loss tangent ditentukan sebagai fungsi frekuensi pada suhu ruang. Permitivitas dielektrik (riil dan imajiner) menurun sangat cepat hingga frekuensi 200 kHz kemudian mulai konstan pada frekuensi diatas 200 kHz. Nilai permitivitas dielektrik riil, dielektrik imajiner dan loss tangent tertinggi berturut-turut adalah 343,3; 440,5; dan 1,28 untuk konsentrasi nikel 0,5 pada frekuensi 10 kHz. Nilai impedansi tertinggi yaitu 211,0 kOhm untuk x = 0,3. Permitivitas dielektrik (riil dan imajiner) cenderung meningkat dengan menurunnya ukuran partikel karena luas permukaannya yang besar. Permitivitas dielektrik nanopartikel Mn1-xNixFe2O4 bergantung pada frekuensi. Hal ini dapat dijelaskan sesuai polarisasi interfasial berdasarkan model Maxwell-Wagner. Peningkatan konsentrasi nikel menyebabkan meningkatnya energi gap dari 2,6 eV hingga 4,6 eV karena radiu ion Mn2+ lebih besar dari pada Ni2+.

Mn1-xNixFe2O4 nanoparticles were synthesized using co-precipitation method with various x = 0,3-0,8. XRD analysis of samples show the ferrite cubic spinel structure with a various particles size 3,6; 5,8; 7,2; 13,4; 18,7; dan 19,7 nm. The crystalline size of the samples was found to decrease with the increase of Ni2+ ions because of ion radius Ni2+ smaller than ion radius Mn2+. The lattice parameter ranges from 8,48 Å to 8,57 Å. The dielectric properties of samples were measured using computerized impedance spectroscopy system with the frequency generator sinusoidal in range of 10 kHz – 1 MHz. The dielectric permittivity (real and imaginary), impedance, and loss tangent were determined as a frequency function at room temperature. The dielectric permittivity (real and imaginary) decrease with frequency up to 200 kHz, and then it was constant at a frequency more than 200 kHz. The highest real permittivity was 343,3; the imaginary dielectric permittivity was 440,5 and loss tangent was 1,28 for nickel x = 0,5 at frequency 10 kHz. The maximum impedance (Z) was 211,0 kΩ for x = 0,3. The dielectric permittivity (real and imaginary) tends to increase with the decrease in particles size as large surface area. The dielectric permittivity of the Mn1-xNixFe2O4 nanoparticles were dependent on the frequency. This type of behaviour can be explained by the Maxwell-Wagner model. The gap energy increases with increasing Ni concentration from 2,6 eV to 4,6 eV effect of Mn2+ radius bigger than radius of ions Ni2+.

Kata Kunci : struktur kristal, nanopartikel magnetik, permitivitas dielektrik, Mn-NiFe2O4 ferit, energi gap.