STUDI PENGARUH UKURAN BUTIR PARTIKEL DAN STRUKTUR KRISTAL TERHADAP SIFAT DIELEKTRIK NANOPARTIKEL MANGANESE FERRITE (MnFe2O4)

KURNIA, Dr. Edi Suharyadi, M.Eng

2016 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Telah dilakukan sintesis nanopartikel Manganese Ferrite (MnFe2O4) menggunakan metode kopresipitasi dengan ukuran partikel 13.1 0.01 nm, 13.8 0.03 nm, 16.2 0.03 nm, 18.1 0.03 nm, dan 18.4 0.03 nm. Analisis struktur kristal menggunakan XRD (X-Ray Diffractometer) dan kelima sampel memiliki struktur spinel kubik. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan sitem spektroskopi impedansi terkomputerisasi pada rentang frekuensi 10 hingga 120 kHz. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa konstanta dielektrik riil, imajiner dan impedansi (Z) mengalami penurunan hingga frekuensi 70 kHz dan terlihat konstan pada frekuensi frekuensi di atas 70 kHz. Peninjauan juga dilakukan pada ketergantungan sifat dielektrik terhadap struktur kristal yang meliputi derajat kristalinitas, parameter kisi, microstrain, X-Ray Density, dan ketidak murnian sampel. Secara keseluruhan, pada rentang ukuran butir 13.1-18.4 nm nilai konstanta dielektrik riil , imajiner dan loss tangent mengalami kenaikan dengan meningkatnya ukuran butir sedangkan impedansi (Z) mengalami penurunan dengan meningkatnya ukuran butir. Hal tersebut terjadi karena nilai microstrain yang rendah yaitu 0,028 dan nilai X-Ray Density yang tinggi yaitu 5,11. Sampel yang memiliki sifat dielektrik yang paling tinggi adalah sampel yang memiliki ukuran butir partikel 18.1 nm dengan nilai konstanta dielektrik riil sebesar 311; imajiner 118; loss tangent 0,38; dan impedansi 328 kOhm pada frekuensi 10 kHz . Konstanta dielektrik (riil dan imajiner) sebagai fungsi frekuenssi dapat dijelaskan menggunakan pemodelan teori Koop dan loncatan elektron antara ion Fe2+ dan Fe3+ pada site tetrahedral.

Manganese ferrite (MnFe2O4) has been successfully synthesized by co-precipitation methods with various particles size of 13.1 0.01 nm, 13.8 0.03 nm, 16.2 0.03 nm, 18.1 0.03 nm, and 18.4 0.03 nm. Analysis of structural properties has been carried out by using XRD (X-Ray Diffractometer) and reveals that all samples have cubic spinel structure. The measurement uses computerized impedance spectroscopy system in the range of frequency 10-120 kHz. The real dielectric constant , imaginary dielectric constant , and impedance (Z) were determined at room temperature as a function of frequency. The dielectric constant (real and imaginer) and impedance decrease with frequency up to 70 kHz and then constant at frequency more then 70 kHz. The dielectric properties dependence on the crystal structure is also investigated, it is consist of degree of crystallinity, lattice parameter, microstrain, X-ray density and the impurities of the sampel. In the range of grain size of 13.1-18.4 nm, the real dielectric constant, imaginary dielectric constant , and loss tangent increases with increasing grain size. And impedance (Z) decreases with increasing grain size. The dielectric constant is found to be the highest for MnFe2O4 with particle size 18.1 nm because low microstrain value of 0.028 and high X-ray density value of 5.11. Therefore, sample with the highest dielectric properties is sample with grain size of 18.1 nm with real dielectric constant 311; imaginary 118; and impedance 328 kOhm on frequency 10 kHz. The frequency variation of manganese ferrite is explained by koop phenomenological theory and hopping of electrons between Fe2+ and Fe3+ on octahedral sites.

Kata Kunci : Nanopartikel MnFe2O4, konstanta dielektrik, ukuran butir, dan struktur kristal./MnFe2O4 nanoparticles, dielectric constant, grain size, and crystal structure.