Pengaruh Parameter Sintesis dalam Metode Ablasi Laser Femtodetik Ti-Sapphire Terhadap Sifat Optik Graphene Quantum Dots

FIQHRI HEDA MURDAKA, Dr. Iman Santoso, M.Sc.; Dr. Isnaeni, M.Sc.

2018 | Skripsi | S1 FISIKA

Graphene Quantum Dots (GQDs) telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode ablasi laser dari material awal berupa larutan Graphene Oksida tereduksi (GOt). Larutan GOt tersebut diablasi menggunakan laser femtodetik Ti-Sapphire dengan panjang gelombang 800 nm dengan memvariasikan parameter sintesis seperti konsentrasi larutan GOt, daya laser dan selang waktu ablasi yang digunakan. Data spektroskopi Uv-Vis pada variasi parameter konsentrasi larutan GOt sebagai material ablasi menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi yang digunakan maka semakin akan muncul puncak sekunder karakteristik ikatan n-pi* yang semakin besar intensitasnya. Fakta tersebut menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi larutan GOt sebagai material awal maka akan semakin besar konsentrasi defek Oksigen yang ada pada GQDs yang dihasilkan. Jika dibandingkan dengan data spektroskopi Uv-Vis GQDs milik Choudhary (2015), maka konsentrasi GOt paling optimal adalah 2 mg/ml. Citra TEM untuk sampel GQDs hasil ablasi dari GOt dengan konsentrasi 2 mg/ml dapat menunjukkan adanya kluster-kluster GQDs yang terbentuk dengan diameter rerata 3,2±0,9 nm. Konsentrasi 2 mg/ml ini kemudian dipakai sebagai variabel kontrol pada eksperimen variasi selang waktu ablasi dan daya laser yang digunakan. Jenis celah energi GQDs belum diketahui, sehingga metode untuk mengolah data absorbansi Uv-Vis menjadi informasi celah energi digunakan dua tipe Tauc plot yaitu untuk jenis celah energi direct dan indirect. Pada eksperimen variasi selang waktu ablasi, penambahan waktu dari 20 menit menjadi 60 menit membuat nilai celah energi baik direct ataupun indirect juga bertambah. Sebaliknya, pada variasi daya ablasi laser penambahan daya dari 1 Watt menjadi 1,7 Watt menghasilkan nilai celah energi direct dan indirect yang semakin kecil. Sampel variasi selang waktu ablasi dan daya ablasi laser kemudian dieksitasikan menggunakan laser dengan panjang gelombang 280 dan 290 nm untuk dilihat spektrum fotoluminesennya. Data fotoluminesen menunjukkan puncak spektrum fotoluminesen yang relatif tidak berubah oleh variasi selang waktu ablasi 20 menit dan 60 menit serta variasi daya laser 1 watt dan 1,7 watt. Merujuk dari hasil celah energi yang diperoleh, ketidak bergantungan spektrum fotoluminesen oleh variasi parameter sintesis selang waktu ablasi dan daya ablasi laser dikarenakan aras-aras tenaga yang terlibat untuk fenomena fotoluminesen dengan eksitasi laser 280 dan 290 nm adalah aras-aras tenaga sumbangan defek Oksigen, bukan intrinsik dari GQDs.

Graphene Quantum Dots (GQDs) has been successfully synthesized using ablation method with Reduced Graphene Oxide solution as starting material. We ablated the rGO solution using 800 nm wavelength from Ti-Sapphire femtosecond laser. This experiment contain three variation of synthesis parameter: rGO concentration as ablated material, duration time of ablation, and laser power for ablation. Uv-Vis spectrometer's data for variation of rGO concentration as ablation material suggest that the more concentration ablated, the more secondary absorption peak's intensity at 255,1 nm appear. This secondary absorption spectrum's peak is a characteristic of n-pi* bonding. In order of that, we could take conclution that the population of Oxigen defect on GQDs is increasing, following the increase of rGO concentration as ablated material. Several attemps has been conducted in case of laser ablation method to breakdown Graphene into GQDs. After compared with GQDs Uv-Vis absorbance's data from Choudhary (2015), we report that the optimum rGO concentration for ablation material is 2 mg/ml. TEM's data shows that GQDs cluster could be observed with 3,2±0,9 nm as the average diameter. Then we chose 2 mg/ml as the control variable for experiment with duration time of ablation and laser power variation. Energy vs Momentum curve for GQDs is not yet known, for that matter we chose two type of Tauc plot analysis for direct and indirect band gap energy. Tauc plot analysis is a method to know the energy gap's sample material from Uv-Vis absorbance's data. Using Tauc plot, in time interval ablation experiment, addition of time from 20 minutes to become 60 minutes suggest that the direct and indirect band gap is increasing. Otherwise, in laser power variation experiment, addition of power from 1 watt to become 1,7 watt decrease the ammount of direct and indirect band gap. Furthermore, to know the photoluminescence's properties, we excited samples using laser. In this regard, we have varied duration time of ablation and laser power variation experiments using 280 and 290 nm laser wavelength. Photoluminescence's data shows that the spectrum peak is relatively not depend on variation of the duration time of ablation and the laser power. Reffering from band gap that we obtained from Tauc's model, we could say that this behavior is due to the fact that the energy state involved in photoluminescence is occuring from oxigen defetc, instead of GQDs.

Kata Kunci : Graphene, Quantum Dots, Ablasi laser, Laser femtodetik Ti-Sapphire, Sifat optik.