D:\MASTER JUSAMI YANG SUDAH LEN - Batan

Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials ScienceVol. 9, No. 3, Juni 2008, hal : 240 - 244ISSN : 1411-1098Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007Tanggal 26 Juni 2007PENGARUH IRADIASI SINAR- PADA BAHAN KONDUKORIONIK PADAT (CuI) X(Na 3PO 4) 1-X(X = 0,1 DAN X = 0,3)ABSTRAKP. PurwantoPusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) - BATANKawasan Puspiptek, Serpong 15314, TangerangPENGARUH IRADIASI SINAR-γ PADA BAHAN KONDUKTOR IONIK PADAT(CuI) x(Na 3PO 4) 1-x(x = 0,1 dan x = 0,3). Pengaruh radiasi sinar-γ terhadap bahan konduktor ionik padat(CuI) x(Na 3PO 4) 1-xtelah dipelajari. Bahan konduktor ionik padat (CuI) x(a 3PO 4) 1-x(x = 0.1 dan x = 0.3) telahdapat dibuat dengan mencampurkan bahan CuI dan a 3PO 4dengan perbandingan fraksi berat tertentu, ditekanpada tekanan 48,26 10 6 N/m 2 menjadi pelet dengan diameter 1,5 10 -2 m. Bahan konduktor ionik padattersebut di radiasi sinar-γ dengan dosis 5 kGy hingga 30 kGy. Analisis puncak-puncak difraksi sinar-X padabahan konduktor ionik padat (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xmenunjukkan struktur CuI dan Na 3PO 4. Regangan kisi kristal(CuI) x(Na 3PO 4) 1-xstabil terhadap pengaruh dosis radiasi. Pengukuran konduktivitas konduktor padat(CuI) x(Na 3PO 4) 1-xdilakukan dengan alat LCR-meter pada kisaran frekuensi 0,1 Hz hingga 100 kHz.Konduktivitas konduktor ionik padat (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xsetelah radiasi sinar-γ pada dosis 5 kGy sampaidengan 30 kGy naik sebanding dengan dosis radiasi.Kata kunci : Konduktor ionik padat, Iradiasi gamma, Difraksi sinar-X, KonduktivitasABSTRACTEFFECT OF γ- RAY IRRADIATION ON THE SOLID IONIC CONDUCTOR OF(CuI) x(Na 3PO 4) 1-xMATERIAL (x = 0.1 and x = 0.3) . Study on the effect of γ-ray irradiation on solidstate conductor (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xhave been done. The solid ionic conductor of (CuI) x(Na 3PO 4) 1-x(x = 0.1 andx = 0.3) had been made by mixing CuI with Na 3PO 4by formula of (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xwhere x = 0.1 and x = 0.3then pressed with 48.2610 6 N/m 2 into pellet in diametre 1.510 -2 m. The solid ionic conductor was thenγ-ray irradiated with dose of 5 to 30 kGy. The result showed that the structure of (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xwas CuIand Na 3PO 4. Crystall lattice strain of (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xwere measured stable against the influence ofradiation. The conductivity measurement of (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xwas carried out by LCR at the frequence of0.1 Hz to 100 kHz. The results showed that the conductivities of (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xafter irradiation wereincreasing with radiation dose.Key words : Solid ionic conductor, γ-irradiation, X-ray diffraction, ConductivityPENDAHULUANKonduktor ionik padat berbasis gelas telahberkembang sangat cepat. Hal ini dikarenakan beberapasifat bahan gelas konduktor ionik yaitu memilikikonduktivitas yang tinggi pada suhu ruang [1].Salah satu kegunaan bahan konduktor ionik padatadalah baterai termal yang berfungsi sebagai penyimpansumber tenaga listrik. Salah satu bahan konduktorsuperionik adalah bahan konduktor ionik padat RbAgImemiliki keunggulan yang berfungsi sebagai bateraitermal yang memiliki stabilitas termal dengan rentangsuhu tinggi dan tahan terhadap perubahan suhu.Bahan konduktor ionik padat RbAgI telah digunakansebagai bahan elektrolit padat untuk pembuatan selbaterai sekunder [2-4]Telah dilakukan penelitian tentang gelas kompositsuperionik (AgI) 0,7(NaPO 3) 0,3yang telah dibuat denganmetode pelelehan dengan dopant AgI untuk menaikkankonduktivitas gelas NaPO 3[5,7]. Peneliti lain juga telahmelakukan peningkatan konduktivitas ionik yangberbasis gelas [8-12]. Telah dilakukan juga penelitiantentang dinamika dan transport ionik pada konduktorsuperionik [13,14]Penelitian tentang bahan konduktor ionik padat,baik sebagai bahan untuk elektroda maupun bahanelektrolit padat akan dikembangkan dengan memakaibahan gelas Na 3PO 4.12H 2O dan CuI dengan perumusan(CuI) x(Na 3PO 4) 1-x, dengan x = 0,1 dan x = 0,3. Dipilihfraksi berat x = 0,1 dan x = 0,3 dengan alasan, bila lebih240

Pengaruh Iradiasi Sinar pada Bahan Konduktor Ionik Padat (CuI) x(Na 3PO 4) 1-x(x=0,1 dan x=0,3) (P. Purwanto)dari 0,5 maka sifat konduktivitas lebih dominan CuIdibandingkan Na 3PO 4, dan diutamakan ion-ion yangbergerak adalah Na + .Telah dilakukan penelitian tentang pengaruhiradiasi-γ pada bahan komposit (KI) x(-Al 2O 3) 1-x,diperoleh bahwa iradiasi-γ pada dosis tertentudapat meningkatkan atau menurunkan konduktivitasbahan [15]. Iradiasi-γ dapat menimbulkan suatu cacatSchotky dan Frenkel, dimana cacat Schotky dapatmeningkatkan konduktivitas bahan.Pada penelitian ini bahan elektrolit padat(CuI) x(Na 3PO 4) 1-xdiberi perlakuan radiasi sinar-γ dengandosis mulai 5 kGy sampai dengan 30 kGy. Dengan teknikperlakuan radiasi sinar-γ diharapkan dapat ditingkatkankonduktivitas pada konduktor ionik padat(CuI) x(Na 3PO 4) 1-x.METODE PERCOBAANPembuatan Gelas Na 3PO 4Pembuatan gelas Na 3PO 4diperlukan bahansebagai berikut : NaNO 3dan NH 4H 2PO 4denganperbandingan fraksi berat tertentu. Keduabahan dicampurkan dan diaduk sampai merata laludipanaskan.Pengukuran KonduktivitasPengukuran konduktivitas listrik dilakukandengan menggunakan LCR-meter HITESTER 3522-5HIOKI. Dengan mengukur tahanan listrik sampel yangditunjukkan Gambar 1, maka dapat dihitung besarnyakonduktivitas listrik elektrolit padat (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xdengan memakai Persamaan (2) dan Persamaan (3)sebagai berikut :R = L/A …………….......................... (2) = 1/ ...…......................................... (3)Persamaan 2 dan Persamaan 3 digabungkan makadidapatkan Persamaan (4) :R = L/(A.) atau = L/(A.R) = G(L/A) ……………........................ (4)dimana :R = Tahanan listrik bahanL = Panjang atau tebal bahan = ResistivitasA = Luas permukaan dan = KonduktivitasG =1/R adalah konduktansiPembuatan (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xKonduktor ionik padat atau komposit(CuI) x(Na 3PO 4) 1-xdibuat dengan mencampurkanbahan CuI dan Na 3PO 4dengan perbandinganfraksi berat tertentu. Kemudian campuran tersebutdigerus sampai halus, ditekan 48,2610 6 N/m 2menjadi pelet dengan diameter 1,510 -2 m dilanjutkandengan iradiasi sinar-γ dengan laju dosis 5 kGyhingga 30 kGy.Pengukuran Struktur KristalPengamatan struktur kristal dilakukan denganmenggunakan difraksi sinar-x. Perubahan struktur padabahan konduktor ionik dapat diamati dari puncak difraksiyang menunjukkan kristal atau amorf. Dari data puncakdifraksi ini dapat dihitung regangan kisi kristal(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7denganmempergunakan Persamaan (1) [16]:(cos / = 0,9/D + 2sin / ............... (1)dimana = Lebar setengah puncak difraksi (FWHM) = Sudut Bragg = Panjang gelombang sinar-xD = Ukuran butir = ReganganDengan dibuat kurva antara cos/terhadap sin/dapat dihitung regangan kisi kristal.Dalam percobaan yang terukur dengan alat LCR-meteradalah besaran G.Konduktivitas dapat dihitung denganmempergunakan persamaan = of s diubah menjadibentuk logaritma yaitu : log = log o+ s log f.Dengan membuat kurva antara log terhadap log f,didapat nilai konduktivitas o. Dimana oadalahkonduktivitas yang tidak tergantung padafrekuensi dan adalah konduktivitas hasilperhitungan yang tergantung frekuensi. s adalah faktoreksponen (0< s

Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials Science242Intensitas3500300025002000150010005000 kGy5 kGy10 kGy20 kGy30 kGyVol. 9, No. 3, Juni 2008, hal : 240 - 244ISSN : 1411-1098terlihat bahwa sampai dosis iradiasi 30 kGystruktur kristal merupakan CuI dan Na 3PO 4dan fasacenderung masih stabil sebagai fasa campuran antarafasa CuI dan Na 3PO 4.0.000(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7 (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9sebelum perlakuan iradiasi-γ,20 30 40 50 600.10 0.15 0.20 0.25 0.302 thetaGambar 2. Puncak difraksi komposit (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9Sin /Gambar 4. Kurva (cos /) terhadap sin(/) untukmenentukan regangan kisi kristal.50000 kGyUntuk menghitung regangan kisi, dibuat kurva4000antara cos / terhadap (sin / seperti yang5 kGy ditunjukkan pada Gambar 4Hasil perhitungan untuk3000seluruh cuplikan ditunjukkan pada Tabel 3.10 kGy2000Tabel 3. Hasil perhitungan regangan kisi (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan(CuI)20 kGy0,3(Na 3PO 4) 0,71000Bahan Dosis(kGy) 30 kGy(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9 5 0,0247010 0,025120 30 40 50 602 theta20 0,0376Gambar 3. Puncak difraksi komposit(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,730 0,0344(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7 5 0,0243Analisis pada pola difraksi sinar-X daribahan-bahan diatas menunjukkan bahwa puncak yangmuncul adalah puncak-puncak CuI dan Na 3PO 4sepertiyang ditunjukkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.1020300,05460,07200,0643Dari tabel terlihat bahwa regangan kisiTabel 1. Analisis puncak-puncak difraksi komposit(CuI) cenderung meningkat sampai dosis radiasi 20 kGy dan0,1(Na 3PO 4) 0,9selanjutnya menurun.2θPuncak23,67 Na 3PO 425,45 CuIKonduktivitas30,91 Na 3PO 4Pengukuran konduktivitas konduktor ionik33,51 CuI(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7pada42,31 CuIfrekuensi antara 0,1 Hz hingga 100 kHz ditunjukkan49,93 CuIpada Gambar 5 dan Gambar 6. Pada Gambar 5,Tabel 2. Analisis puncak-puncak difraksi komposit ditunjukkan konduktivitas konduktor ionik2θPuncakdan sesudah iradiasi dengan dosis radiasi-γ 5 kGy,10 kGy, 20 kGy dan 30 kGy. Begitu juga pengukuran25,45 CuIkonduktivitas konduktor ionik padat (CuI) 0,3(Na 3PO 4)29.51 Na 3PO 40,730,91 Na 3PO 4ditunjukkan pada Gambar 6.33,51 CuIAnalisis konduktivitas konduktor ionik42,31 CuIpadat (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,749,93 CuIdipergunakan model = of s yang telah dilakukan57,61 Na 3PO 4oleh peneliti sebelumnya [17,18]. Hasil perhitungannilai konduktivitas konduktor ionik padatDari keseluruhan analisis puncak-puncak difraksisinar-X pada (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7,(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7pada Tabel 4 dan Tabel 5.ditunjukkanIntensitasb(cos q/l)0.020.01

Pengaruh Iradiasi Sinar pada Bahan Konduktor Ionik Padat (CuI) x(Na 3PO 4) 1-x(x=0,1 dan x=0,3) (P. Purwanto)Logs(S/cm)-6.2-6.6-7.0-7.40 kGy5 kGy10 kGy20 Kgy30 kGyGambar 7, adalah kurva hubungankonduktivitas konduktor ionik padat (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9terhadap dosis iradiasi-γ. Pada Gambar 7konduktivitas naik terhadap pengarauh iradiasi-γpada daerah frekuensi pertama (0,1 Hz sampai 100 Hz),sedangkan pada daerah frekuensi kedua(200 Hz sampai 100 kHz) konduktivitasnya tetap.-7.8-2 -1 0 1 2 3 4 5 6Log f (Hz)Gambar 5. Konduktivitas (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9Log (S/cm)-2.5-3.5-4.5-5.5-6.50 kGy5 kGy10 kGy20 Kgy30 kGy-7.5-2 -1 0 1 2 3 4 5 6Log f (Hz)Gambar 6. Konduktivitas (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7Pada Tabel 4 dan Tabel 5 ditunjukkankonduktivitas konduktor ionik padat (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7yang mempunyai nilaikonduktivitas naik terhadap laju dosis iradiasi-γ baikpada daerah frekuensi pertama maupun kedua.Tabel 4. Konduktivitas (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9Dosis (kGy) 01 (S/cm) 02 (S/cm)0 1,00810 -7 5,74310 -105 6,21410 -8 3,26110 -910 6,83110 -8 4,34910 -920 8,55810 -8 8,73410 -930 1,15310 -7 1,55910 -8Tabel 5. Konduktivitas (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7Dosis (kGy) 01 (S/cm) 02 (S/cm)0 1,00810 -7 1,37710 -85 1,04310 -6 9,47710 -710 1,03510 -5 7,70010 -620 2,37810 -5 1,88710 -530 5,62210 -5 6,29710 -5Keterangan : adalah konduktivitas pada daerah frekuensi pertama(0,1 Hz sampai 100 Hz) dan kedua (200 Hz samapi 100 kHz)Dosis Radiasi Terhadap KonduktivitasHubungan kurva antara laju dosis dankonduktivitas, ditunjukkan pada Gambar 7 danGambar 8. Pada Gambar 7, terlihat bahwa konduktivitasstabil pada dosis 0 kGy sampai dengan 30 kGy padadaerah frekuensi kedua, sedangkan pada dosis 0 kGyhingga 30 kGy konduktivitas naik pada daerahfrekuensi pertama.Konduktivitas (10 -8 S/cm)20151050f1f2-5-5 5 15 25 35Dosis ( kGy )Gambar 7. Hubungan antara dosis radiasiterhadap konduktivitas bahan konduktor padat(CuI)0,1(Na 3PO 4) 0,9Gambar 8, adalah hubungan kurvakonduktivitas konduktor ionik padat (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7terhadap dosis iradiasi-γ. Dari kurva tersebutterlihat konduktivitasnya naik terhadap lajudosis iradiasi sinar-γ baik pada daerah frekuensipertama maupun kedua. Dari kedua konduktorionik padat (CuI) x(Na 3PO 4) 1-xyang memilikikonduktivitas yang baik yaitu konduktor ionik padat(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7.Konduktivitas (10 -6 S/cm )9070503010f1f2-10-5 5 15 25 35Dosis ( kGy )Gambar 8. Hubungan antara dosis radiasiterhadap konduktivitas bahan konduktor padat(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7Regangan Kisi Terhadap KonduktivitasHubungan kurva antara regangan kisidan konduktivitas bahan konduktor ionik(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7, ditunjukkanpada Gambar 9 dan Gambar 10. Pada Gambar 9,terlihat bahwa regangan stabil terhadap pengaruhirradiasi yang diikuti kenaikkan konduktivitas padadaerah frekuensi pertama dan kedua. Sedangkan padaGambar 10, terlihat regangan kisi ada perubahan yangdiikuti kenaikan konduktivitas pada daerah frekunsipertama dan kedua.Gambar 9 dan Gambar 10 , adalah kurva hubunganregangan kisi terhadap konduktivitas konduktor ionikpadat (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7. Pada243

Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials ScienceGambar 9 dan Gambar 10 konduktivitas konduktor ionikpadat naik dengan naiknya regangan kisi.Konduktivitas(10 -8 S/cm)Konduktivitas (10 -5 S/cm)1412109753186-10.000 0.025 0.050 0.075 0.100ReganganGambar 10. Hubungan antara regangan kisiterhadap konduktivitas bahan konduktor padat(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7KESIMPULANCuI-0140.02 0.025 0.03 0.035 0.04CuI-03ReganganGambar 9. Hubungan antara regangan kisiterhadap konduktivitas bahan konduktor padat(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9Konduktor ionik padat (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7telah dapat dibuat. Puncak-puncakdifraksi sinar-x pada konduktor ionik padat adalah puncakCuI dan Na 3PO 4. Regangan kisi (CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan(CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7stabil terhadap laju dosis radiasisinar-γ. Konduktivitas konduktor ionik padat(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9tidak dipengaruhi frekuensi,sedangkan pada frekuensi diatas 200 Hzkonduktivitasnya naik. Sedangkan konduktivitaskonduktor ionik padat (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7datarterhadap frekuensi. Konduktivitas konduktor ionik padat(CuI) 0,1(Na 3PO 4) 0,9dan (CuI) 0,3(Na 3PO 4) 0,7setelah radiasisinar-γ pada dosis 5k Gy hingga 30 kGy naik terhadaplaju dosis radiasi.UCAPAN TERIMAKASIHPeneliti mengucapkan terimakasih kepadastaf PTBIN atas kerja sama dan selesainyapenelitian yang telah kami lakukan. Penelitimengucapkan terima kasih kepada Y. Sarwanto dan stafP3TIR yang telah membantu dalam pemakaian alatdifraksi sinar-X dan Penggunaan iradiasi-γ. SertaKepala BKAN Dr. S. Purwanto yang telah memberikansaran dan komentar.DAFTARACUANVol. 9, No. 3, Juni 2008, hal : 240 - 244ISSN : 1411-1098[1]. T. MINAMI, J. Non Cryst Solid, 95 & 96,(1987)107[2]. M.Z.A MUNSHI, Handbook of Solid StateBattries and Capacitor, Word Scientific,Singapura, (1995) 111-129[3]. S. CHANDRA , Superionic Solid Principle andApplication, North-Holland Publishing Co,Amsterdam, (1981) 17-28[4]. N. EFFENDI, A.K. JAHYA dan S. PURNAMA,Jurnal Sains Materi Indonesia, 1 (2000) 26-31[5]. E. KARTINI, S. YUSUF, T. PRIYANTO,N. INDYANINGSIH dan M.F. COLLINS, MajalahBATAN. XXXIV (2001) 1-14[6]. M.F. COLLINS and E. KARTINI, Solid State Ionics,1 (2003)157-174[7]. E. KARTINI and M.F. COLLINS, Physica-B, 213(2000)276-278[8]. T. SAITO, M. TATSUMISAGO , N. T. ORATA andT. MINAMI, Solid State Ionics, 79 (1995) 279-283.[9]. J. KAWAMURA, S. HIYAMA, Solid State Ionics,56 (1992) 1227-1231[10]. T. SAITO, M. TATSUMISAGO and T. MINAMI,Solid State Ionics, 61 (1993) 285-291[11]. K. WAKAMURA, J. KATOGI and H.TAKAHASHI, Physc B: Condensed Matter.263-264, (1999) 799-802[12]. A. THAZIM, Y. FUJISHIMA, M. ARAI and H.TAKAHASHI, Solid State Ionics, 175 (2004)675-677[13]. M. ANIYA and F. SHIMOJO, Solid State Ionics,176 (2005) 2481-2486[14]. M. ANIYA and K. WAKAMURA, Physc B:Condensed Matter. 219-220 (1996) 463-465[15]. P. PURWANTO dan SAFEI PURNAMA,J Metris, 7 (2006) 104-109[16]. H.P. KLUG and L.E. ALEXANDER, X-RayDiffraction Procedures, John Wiley, NewYork,(1954)755-786[17]. A.K. JONSCHER, Nature, 261 (1977) 673- 676[18]. W.K. LEE, J.F LIU and A.S. NOWICK, Physc RevLett., 67 (1991) 1559-1561244