KAJIAN SIFAT DIELEKTRIK NANOPARTIKEL Mn0,5Zn0,5Fe2O4 YANG DIENKAPSULASI DENGAN POLYETHYLENE GLYCOL (PEG-4000)

LINDA ARMITASARI, Dr. Edi Suharyadi, M.Eng.

2017 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Sifat dielektrik telah dipelajari pada nanopartikel Mn0,5Zn0,5Fe2O4 yang dienkapsulasi dengan polyethylene glycol (PEG) pada rentang frekuensi 5 kHz hingga 120 kHz. Nanopartikel Mn0,5Zn0,5Fe2O4 yang dienkapsulasi PEG disentesis menggunakan metode kopresipitasi dengan variasi konsentrasi PEG. Hasil karakterisasi X-ray diffraction (XRD) mengkonfirmasikan bahwa Mn0,5Zn0,5Fe2O4 memiliki struktur kubik spinel. Ukuran kristalit dari sampel sebesar 12,5 nm dan menurun dengan peningkatan konsentrasi PEG. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi penurunan aglomerasi, setelah sampel dienkapsulasi dengan PEG. Besar konstanta dielektrik rill (epsilon aksen) adalah 320,2 dan menurun dengan peningkatan konsentrasi PEG, hal ini diekspetasikan karena penurunan ukuran kristalit. Besar konstanta dielektrik imajiner (epsilon double aksen) dan loss tangent berturut-turut adalah 360,2 dan 1,1 dan menurun dengan peningkatan konsentrasi PEG; menunjukkan mobilitas pembawa muatan menurun. Nilai impedansi (Z) dari sampel adalah 88,9 ohm dan meningkat dengan peningkatan konsentrasi PEG. Peningkatan impedansi disebabkan oleh ukuran kristal yang kecil. Konduktivitas (sigma) dari sampel adalah 1,1x10-4 1/ohm dan menurun dengan peningkatan konsentrasi PEG karena pengaruh kontribusi kation. Besar kapasitansi sampel adalah 4,5x10-11 Farad dan menurun dengan peningkatan konsentrasi PEG disebabkan penurunan ukuran kristalit. Konstanta dielektrik rill dan imajiner dari sampel sebesar 521,1 dan 393,8 dan menurun dengan peningkatan frekuensi; menunjukkan bahwa frekuensi loncatan elektron antara ion ferrous dan ferric tidak dapat mengikuti medan eksternal. Konduktivitas sebesar 2,1x10-4 1/ohm dan meningkat dengan peningkatan frekuensi, sedangkan nilai kapasitansi (C) sebesar 1,3x10-10 Farad dan menurun dengan peningkatan frekuensi karena pada frekuensi tinggi butir konduktif lebih aktif. Indeks bias (n) sampel sebesar 24,2 dan meningkat dengan peningkatan konstanta dielektrik. Energi gap nanopartikel Mn0,5Zn0,5Fe2O4 adalah 3,1 eV, sedangkan energi gap nanopartikel Mn0.5Zn0.5Fe2O4 yang dienkapsulasi 50% PEG adalah 3,8 eV.

Dielectric properties of Mn0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles (NPs) encapsulated by polyethylene glycol (PEG) have been studied in the range 5 kHz to 120 kHz. PEG-encapsulated Mn0.5Zn0.5Fe2O4 NPs were synthesized by co-precipitation method with PEG concentration. X-ray diffraction (XRD) pattern confirmed that Mn0.5Zn0.5Fe2O4 NPs have cubic spinel structure. The crystallite size of the sample was 12.5 nm and decreased with the increase of PEG concentration. It is due to the agglomeration reduced, after encapsulated by PEG. The real dielectric constant of the sample was 320.2 and decreased with the increase of PEG concentration, it is expected because decrease of crystallite size. The imaginary dielectric constant and loss tangent of the samples have 360.2 and 1.1 respectively and decreased with the increase of PEG concentration, it is due to the decrease in drift mobility of electric charge carries. Impedance (Z) was 88.9 ohm and increased with increase of PEG concentration, it is caused by the small crystallite size. The conductivity (sigma) of the sample was 1.1x10-41/ohm and decreased with the increase of PEG concentration, due to the change in cation distribution. Capacitance of the sample was 4.5x10-11 Farad and decreased with the increase of PEG concentration, it is caused by the decrease of crystallite size. The real dielectric constant and imaginary dielectric constant have a value 521.1 and 393.8 respectively and decreased with increasing applied frequency; it is due to the fact that above certain frequencies the electronic exchange between the ferrous and ferric does not follow the applied field. The conductivity was 2.1x10-4 1/ohm and increased with increasing applied frequency, contrary the capacitance (C) of the sample was 1.3x10-10 Farad and decreased with increasing applied frequency; the condutive grains become more active at higher frequency. The refractive index (n) of the sample was 24.2 and increases with increase of dielectric constant. The direct optical band gap of Mn0.5Zn0.5Fe2O4 was 3.1 eV, meanwhile the direct optical band gap of 50% PEG-encapsulated Mn0.5Zn0.5Fe2O4 was 3.8 eV.

Kata Kunci : Mn0.5Zn0.5Fe2O4, dielectric properties, PEG, magnetic nanoparticles