STUDI PENGARUH KONSENTRASI Zn TERHADAP SIFAT DIELEKTRIK NANOPARTIKEL MAGNETIK ZnxNi1-xFe2O4

DWI INDAH RAHAYU, Dr. Edi Suharyadi, M.Eng

2018 | Tesis | MAGISTER FISIKA

Sifat dielektrik nanopartikel magnetik ZnxNi1-xFe2O4 dengan variasi konsentrasi Zn (x = 0,2 - 0,8) telah dikaji pada rentang frekuensi (5 - 120) kHz menggunakan spektroskopi impedansi. Pola difraksi sinar-X (XRD) mengkonfirmasi bahwa, nanopartikel memiliki struktur kubik spinel. Ukuran kristalit nanopartikel dengan x = 0,2 adalah sekitar 21,5 nm dan berkurang seiring dengan bertambahnya konsentrasi Zn. Parameter kisi nanopartikel dengan x = 0,2 adalah sekitar 8,6 angstrom dan bertambah seiring dengan bertambahnya konsentrasi Zn. Hal tersebut dikarenakan kation Ni2+ digantikan oleh kation Zn2+ yang berukuran lebih besar. Pada frekuensi 20 kHz, nilai konstanta dielektrik riil (epsilon'), konstanta dielektrik imajiner (epsilon'') dan rugi tangen (tan delta) dari nanopartikel dengan x = 0,4 berturut-turut adalah sebesar 35,7; 20,1 dan 0,57. Konstanta dielektrik riil-imajiner dan rugi tangen cenderung meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi Zn. Meningkatnya konsentrasi Zn berdampak pada ketersediaan ion Fe3+ dan Fe2+ dalam sub ruang oktahedral. Pada kajian ini, telah diteliti juga karakteristik dielektrik dan konduktivitas AC yang bergantung pada frekuensi. Konstanta dielektrik berkurang seiring dengan meningkatnya frekuensi. Nilai konstanta dielektrik tertinggi terdapat pada nanopartikel dengan x = 0,6 saat frekuensi 5 kHz. Sementara itu, nilai konduktivitas AC (sigma AC) tertinggi terdapat pada nanopartikel dengan x = 0,3 saat frekuensi 65 kHz, yaitu 1,7 x 10-4 S/cm. Karakteristik tersebut dapat dijelaskan menggunakan model Maxwell-Wagner. Bertambahnya konsentrasi Zn menyebabkan energi gap nanopartikel meningkat, yaitu pada rentang (4,0 - 4,6) eV. Hal ini disebabkan karena adanya pergeseran panjang gelombang ke arah yang lebih kecil dan juga berhubungan dengan ukuran kristal nanopartikel.

Dielectric properties of ZnxNi1-xFe2O4 magnetic nanoparticles with various Zn concentration (x = 0.2 - 0.8) have been investigated over a wide frequency range (5 - 120) kHz by spectroscopy impedance. The X-ray Diffraction (XRD) patterns confirmed that nanoparticles have spinel cubic structure. The crystallite size of the nanoparticles for x = 0.2 was about 21.5 nm and then decreases by increasing Zn concentration. The lattice parameter of the nanoparticles for x = 0.2 was 8.6 angstrom and then increases with the increase of Zn concentration. This is due to the replacement of smaller Ni2+ by larger Zn2+ cation. For nanoparticles with x = 0.4 at frequency 20 kHz, the real dielectric constant (epsilon') was 35.7, imaginary dielectric constant (epsilon'') was 20.1 and loss tangent (tan delta) was 0.57. Both of the dielectric constants and loss tangent increase with the increase of Zn concentration. The increase of Zn concentration would affect to availability of ferrite ions in the octahedral sites. This study also observed that the dielectric properties and AC conductivity were depend on frequency. The dielectric constants decrease with increasing frequency. The highest dielectric constants were x = 0.6 on frequency 5 kHz. Meanwhile, AC conductivity (sigma AC) maximum was 1.7 x 10-4 S/cm at 65 kHz observed for concentration x = 0.3. Those characteristics can be explained on the basis of Mawell-Wagner model. Increasing of Zn concentration give effect on band gap energy also increases from 4.0 eV to 4.6 eV. This is due to shifting of wavelength towards blue shift and relate to crystal size of nanoparticles.

Kata Kunci : nanopartikel magnetik, sifat dielektrik, konduktivitas AC, energi gap