PENGARUH SUHU TERHADAP KONDUKTIVITAS BAHAN
KOMPOSIT (Agl)o,3(p-Al203)o,7 DAN (AgI)o,s(P-AI203)o,5 P. Purwantodan Safei Purnama
Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir - BATAN e-mail :
[email protected]
ABSTRACT : The composite materials of (Agl)„rffi-AliOj),,? and (Agl)„5(p-Al20})ll5 have been made by solid state reaction mixing between Agl with /3-AI20j. The results show that the conductivity values
of (AgOoJp-AliOj),,- were 5.98xW5 to 9.47xIO'3 S/m, and the conductivity values of (Agl),l5(pAl?Os),)j were 0.33x/0'4 to 4.47x/0'3 S/m asfunction of temperature. The conductivity of materialscomposite decreased at transition temperature, but the conductivity ofAgl increased with temperature. The activation energy of (Agl)o.}(/3-A/20})„- and (Agl)„5(P-Al203),,5 relative stable with value of
activation energy between 0.74xl0'2" J to 2.80x10'2" J. The diffraction peaks of (Agl),, /fi-Al:Oj)„. -and (AgQojffi-dljOjJoj have thepeak ofAgl. Keywords: Materials ofcomposite, x-ray diffraction, conductivities, thermal, activation energy
Penelitian yang telah diteliti oleh E.
PENDAHULUAN
Cacat pada kristal akan menimbulkan suatu mobilisasi ion yaitu cacat Schottky dan Frenkel. Banyaknya cacat pada bahan
tergantung pada perlakuan panas yang diberikan pada bahan tersebut. Adanya getaran termal pada bahan menyebabkan ion memperoleh energi untuk melakukan perpindahan dari satu tempat ke tempat lain didalam suatu kristal sehingga terjadi kekosongan . Bahan konduktor ionik merupakan bahan elektrolit padat yang berkembang terus. Hal ini dengan ditunjukkan sifat bahan konduktor ionik yang memiliki konduktivitas
mencapai 10"2 S/m, sifat konduktivitas ini digunakan untuk aplikasi teknologi misalnya
baterai, fuel cell dan sensor2). Agl memiliki suhu transisi 147 °C dan terdiri dari tiga fasa yaitu fasa-y, P dan a. Pada suhu ruang Agl mempunyai dua fasa yaitu fasa-y berstruktur kubik dan fasa-p berstruktur hexagonal dan mempunyai konduktivitas
10° S/m. Sedangkan di atas suhu transisi, Agl mengalami transisi dari fasa-p ke fasa-a. Agl fasa-a mempunyai sifat superionik dengan
Kartini dkk'^, yaitu sintesis bahan elektrolit padat berbasis gelas komposit (AgI)o.7(NaP03)o,3 menunjukkan pola difraksinya merupakan presipitasi dari kristaVm Agl dan konduktivitasnya sekitar (0,69-3,31) xlO"3S/m. Sifat konduktivitas bahan Agl dan PAI2O3 sudah diketahui, selanjutnya akan dicoba untuk membuat suatu campuran dari kedua bahan tersebut yaitu (AgI)o.3(P-Al203)o.7 dan (AgI)n.5(P-Al203)o.5- Bahan Agl sebagai Penguat dan P-AI2O3 sebagai matriknya. Penelitian
ini
dilakukan
untuk
memperoleh bahan superionik baru dengan konduktivitas pada suhu ruang yang lebih baik. Pengamatan dilakukan untuk mengulangi sifat konduktivitas terhadap suhu pemanasan, struktur kristal serta energi aktivasi bahan tersebut.
untuk yang bahan untuk
Hasil yang diharapkan dari penelitian ini mendapatkan bahan elektrolit padat lebih baik sifat konduktivitasnya dari awal yang selanjutnya dapat digunakan baterai padat.
nilai konduktivitas 1 S/m ' .
22
MESIN, Vol. 9, No. 1, Januari 2007, 22 - 3 I
TINJAUAN PUSTAKA
pada
Pengukuran fasa atau struktur kristal suatu bahan dilakukan dengan
difraktometer
sinar-X.
Dasar
teori
adalah
hukum Bragg1):
Bila disubtitusikan persamaan persamaan (4), didapat:
(1)
ke
Sin20 =(X2/4){(h2+k2)/a2 + l2/c2} 2/_2, = A {(hz+kz)/az + 17c'}
X = 2 dhki sin Ghki
(5)
(1)
a dan c adalah parameter kisi, dan A = (X /4) adalah konstanta.
dimana
panjang gelombang sinar-X
X
(Xcu= U5421 A) 0
dhki
sudut difraksi yang diasosiasikan tempat posisi puncak dengan bidang- bidang kisi (hkl) tertentu. jarak antar bidang yang
menggambarkan
sistem, ukuran
unit sel suatu kristal, dan indeks
Miller bidang tersebut.
Agl, menurut literatur6), memiliki sistem kristal kubik pada fasa-y dan fasa-a, sedangkan pada fasa-p mempunyai memiliki sistem kristal heksagonal. Bahan superionik yang akan dibahas ini terdiri dari campuran Agl dan keramik. Bahan keramik yang digunakan adalah AI2O3. Difraksi sinar-X menunjukkan bahwa pada campuran AglAI2O3 terdapat puncak-puncak difraksi yang merupakan hasil presipitat dari kristal Agl.
Dari persamaan (3) dan (5) dapat diperkirakan bila terjadi pergeseran puncak atau sudut 20 mengecil maka akan terjadi perubahan parameter kisi a dan c menjadi lebih besar dan sebaliknya. Konduktivitas listrik bahan superionik adalah kontribusi jumlah muatan ion pada bahan dan ditulis:
a = Z rit Zi (Xi
(6)
dimana n; adalah konsentrasi pembawa muatan dengan muatan Zi dan mobilitas pi. Bahan
superionik konduktor (SIC) konduktivitas elektron kecil sekali atau diabaikan sehingga disebut konduktivitas ionik yang ada. Konduktivitas ionik sebagai fungsi suhu dapat
didekati dengan model Arrhenius0 yaitu :
Persamaan untuk kristal kubik adalah :
a- —exp\
l/d2hk, = (h2 + k2 + l2)/a2
kT
(2)
•
I kT
atau
Bila disubtitusikan persamaan persamaan (2), didapat:
(1)
ke t
a= —^exp kT
(7)
kT
Sin26 =(X2/4a2)(h2+k2+l2) = A(h2+k2+l2)
(3)
dimana: a
:
(T0 : _ t\llA^ a adalah parameter kisi, dan A = (X /4a)
adalah konstanta.
konduktivitas
konstanta eksponensial
k
: konstanta Boltzman
T
:
Ea :
suhu (Kelvin) energi aktivasi
Persamaan untuk kristal heksagonal adalah Konduktivitas
l/d2hki = (h2 + k2)/a2 + l2/c2
Pengaruh suhu terhadap konduktivitas bahan
(4)
ionik
suatu
bahan
ditentukan oleh struktur kristalnya, misalnya bahan dengan konduktivitas tinggi mempunyai
(P. Purwanto dan S. Purnamd)
23
tipe struktur dengan tumpukan atom tidak padat, sehingga mempunyai jaringan untuk dilewati ion yang bergerak (ion sized passage ways). Jumlah lowongan atau celah yang dapat ditcmpati oleh ion sama atau lebih besar dibandingkan dengan jumlah ion yang bergerak atau bilangan okupansi . Konduktivitas didapat dari persamaan : (8)
J = ere
R = V/I = p L/A ( Q) atau
p = RA/L (Qm)
(10)
Sedangkan konduktans, G adalah sedangkan resistivitas, p adalah l/o, persamaan (10), dapat ditulis :
1/R.
ct= G(L/A)
maka
(11)
satuannya adalah Q_1m"' atau Siemen/m. menghubungkan antara kerapatan arus, J dan medan listrik, s. serta o~ adalah konduktivitas,
sebaliknya dari resistivitas p. Misalnya arus I pada sebuah sampel bahan ionik dengan
METODOLOGI
penampang tetap A (m2) dan panjang L(m)
Bahan
dan diberi tegangan V pada bahan yang diukur, ditunjukkan pada Gambar 1.
Bahan Agl dan a-Al203 produksi Alfa Aesar dengan kemurnian masing-masing 99,9% dan 99,99%.
Alat
Peralatan yang digunakan meliputi : timbangan analitik, mortal agateta\a\ press, furnace, x-ray clifractometer (XRD). alau ukur kondukivitas (LCR-meter), simultaneus thermal analysis TGA-DTA. A Pelaksanaan Percobaan
Pada percobaan ini dibagi dalam lima kegiatan yaitu : a. Pembuatan (P-AI2O3) yaitu dengan pemansan serbuk (C1-AI2O3) didalam
I_.
< L>
furnace pada suhu 1200 °C selama 2 jam. V Gambar 1. Pengukuran konduktivitas ionik.
Kerapatan arus J adalah I/A (Ampere/m ), dan medan listrik 8 adalah V/L (V/m) persamaan (8), direduksi menjadi : I/A = 1/p.V/L
(9)
b. Pembuatan bahan elektrolit padat (AgI)x(P-Al203)i-x harga x = 0,3 dan 0,5 melalui proses pencampuran Agl dan PAI2O3 dengan perbandingan berat tertentu. Komposisi berat yang dibutuhkan kedua bahan tersebut sebagai berikut : X
Agl (gr)
P-AI2O3 (gr)
0,3
0,8059
1,1941
0,5
1,1312
0,8688
Tahanan R dari bahan diberikan sebagai R=
Campuran tersebut dibuat pelet dengan
V/I maka :
gaya
24
tekan
48,26x106
N/m2
dan
MESIN, Vol. 9, No. 1,Januari 2007, 22 - 3 I
dilanjutkan pemanasan pada suhu 300 °C selama 5 jam.
c. Pengujian struktur kristal dan penentuan regangan dilakukan dengan menggunakan difraksi sinar-X.
d. Pengukuran konduktivitas bahan komposit dengan LCR meter pada frekuensi 0,1 Hz sampai 100 kHz dengan beda tegangan (v) = 1 volt, 2 volt dan 3 volt.
e. Pengukuran sifat termal bahan komposit dengan simultaneous thermal analysisi TGA-DTA (Thermogravimetry Analysis and Differential Thermal Analysis).
Pada Gambar 3b, pola difraksi terjadi perubahan intensitas pada puncak bidang 110 terjadi kenaikan intensitas. Pada Gambar 3c, pada bidang 112 tidak terjadi perubahan intensitas dan pada Gambar 3d tidak dapat dianalisis karena intensitasnya terlalu kecil. Pola difaraksi sinar-X, untuk bahan
(AgI)0,3(b-A12O3)0,7 dan (Agl)0,5(bAl2O3)0,5 relatif sama dengan pola bahan Cul, hasil analisa menunjukan bahwa bahan campuran tersebut mempunyai struktur kristal sama dengan bahan Agl struktur kristal
heksagonal. Data literatur1,6* menunjukkan bahwa Agl dengan fasa-p mempunyai struktur kristal heksagonal, dan parameter kisi a =
4,592 A dan c = 7,510 A. Pada Gambar 2.
HASIL DAN PEMBAHASAN
menunjukkan pola difraksi sinar-X bahan
Difraksi sinar-x
Agl, P-AI2O3, komposit (Agl)ol3(p-Al203)o,7 dan (Agl)o,5(p-Al203)o,5 ditunjukkan pada Gambar 2. Selanjutnya Gambar 2 dibagi dalam empat subinterval sudut 20 yang ditunjukkan pada Gambar Pola difraksi
3a-3d.
(Agl)o.5(p-Al203)o.5., .(AgI)o,3(P-AI203)o,7. P-Agl , dan P-AI2O3. Tampak pada gambar 2 bahwa puncak difraksi untuk bahan (Agl)0,s(p-Al203)o,5. (Gambar 2a) dan (AgI)0,3(p-AI2C>3)o,7 (Gambar 2b) tidak terjadi pergeseran posisi sudut 20 bila dibandingkan puncak difraksi bahan P-Agl (Gambar 2c). Tabel 1 adalah data posisi puncak difraksi dari literatur dibandingkan pengukuran dengan difraktometer sinar-X.
3750
3000 ~*mf^
Tabel 1. Posisi puncak (20) atau hkl literatur dan hasil pengukuran.
.-/oIL
Literatur1' (A 2250
(0 .*£ (A C
1500
750
M
20
»>
JiUAjIUJV^^ 30
40
50
Gambar 2. Pola difraksi sinar-X
Hasil Pengukuran (20)
hkl
a =4,592 A c = 7,510A
110
22,32
22,23
22,23
22,28
002
23,71
23,61
23,59
23,63
101
25,35
25,25
25,21
25,26
102
32,76
32,68
32,68
32,72
110
39,20
39,13
39,13
39,17
103
42,63
42,61
42,56
42,63
112
46,31
46,30
46,27
46,29
60
29
(a).(AgI)o.5(P-Al203)o,5. (c).p-Agl (d). p-Al203
hasil
Agl
Agl03
Agios
(b).(AgI)o,3(P-AI20-,)0,7.
Dari hasil pola difraksi pada Gambar 3a, terlihat puncak difraksi pada bidang 100 terjadi kenaikan intensitas, pada bidang 002 intensitasnya tetap, pada puncak bidang 101 intensitasnya menurun.
Pengaruhsuhu terhadap konduktivitas bahan
Dari pola difraksi kedua bahan komposit tersebut merupakan puncak-puncak Agl, sedangkan p-AhC^idak menunjukkan adanya puncak pola difraksi. Hal ini menunjukkan bahwa pada proses perlakuan panas pada Agl menutupi permukaan bagian luar.
(P. Purwanto dan S. Purnama)
25
(Agl)x(p-AI203)i-x
(Agl)x(p-Al203)i-
4000
4000
(0
CO ±t
d)
20
22
24
26
28
31
33
35
2 theta
a. Perubahan intensitas pada puncak hkl =100, 002 dan 101
39
41
43
2 theta
b. Perubahan intensitas pada puncak hkl =110 (Agl^p-A^Og),.
(Agl)x(p-Al203)1. 3300
37
3000
50
55
60
65
70
75
80
2 theta
c. Perubahan intensitas pada
puncak hkl = 112.
d. Perubahan intensitas pada puncak tidak ada.
Gambar 3. Perubahan orientasi pola difraksi. Puncak-puncak P-AI2O3 tidak tampak melainkan puncak-puncak Agl, hal ini dimungkinkan dari berat atom Ag dan I lebih besar dibandingkan dengan Al. Kemungkinan kedua
26
fraksi mol Agl lebih besar dibandingkan P-AUO3 sehingga puncak yang nampak hanya puncakpuncak Agl fasa-p.
MESIN, Vol. 9, No. 1, Januari 2007, 22 - 31
Konduktivitas
Pengukuran konduktivitas
bahan Agl,
P-AI2O3, komposit (AgI)o.3(P-Al203)o.7 dan (Agl)o,5(p-Al203)o.5 terhadap fungsi suhu
pemanasan dari 25 °C sampai 300 °C dan juga dilakukan dengan variasi tegangan (v) = 1 volt, 2 volt dan 3 volt ditunjukkan pada Gambar 4a,
-2.5
3.5
E co
15
CO
5.5
o
4b dan 4c.
Pada Gambar 4a-4c, konduktivitas Agl
-6.5
mulai naik pada suhu 150 °C - 250 °C, dan pada suhu di atas 250 adalah stabil.
-7.5
Konduktivitas Agl naik pada selang suhu
25
150- 250 °C, karena pada suhu selang tersebut Agl mengalami transisi fasa dari p ke a. Selanjutnya untuk menganalisis konduktivitas Agl, komposit (AgI)0,3(P-Al203)o.7 dan (AgI)o,5(p-Al2C>3)o,5 dengan menerapkan model
75
125
175
225
275
Suhu (oC)
a. Pada v = 1 volt.
a = cj0f yang dilakukan oleh W. K. Lee dkk7). Persamaan yang digunakan untuk menghitung konduktivitas yaitu: (12)
a= CJQf
dimana G
konduktivitas (S/m)
s
konduktivitas pada saat f = 0 Hz. faktor eksponen ( 0<s
f
frekuensi (Hz)
25
75
125
175
225
275
225
275
Suhu(oC)
b. Pada v = 2 volt.
-2.5
Persamaan
(12)
logaritma yaitu Dalam
diubah
menjadi
bentuk
log c = log a0 + s log f.
menganalisis
konduktivitas
Agl,
komposit (AgI)0,3(P-Al203)o,7 dan (AgI)0,5(PAl203)o.5 dibagi dalam dua subinterval suhu,
yaitu pertama suhu 25-125 °C dan kedua pada suhu 125-225 °C.
-3.5
E CO
-4.5
-5.5
-6.5
Hasil perhitungan nilai konduktivitas Agl, komposit (AgI)0.3(P-Al203)o.7 dan (Agl)o.5(p-Al203)o.5 ditunjukkan pada Tabel 2,
-7.5 25
75
125 c.u..
3 dan 4.
Dari Gambar 4a, 4b dan 4c, terlihat Agl menunjukkan konduktivitasnya naik pada suhu
pemanasan antara 145-150 °C. Untuk lebih jelas mengenai suhu transisi dari Agl, (AgI)o,5(P-Al203)o.5 ditunjukkan pada Gambar
175 t~r*\
c. Pada v = 3 volt.
Gambar 4. Konduktivitas Agl, P-AI2O3, komposit (AgI)o.3(P-Al203)o.7 dan (AgI)o.s(PAbOsXs. Pada berbagai tegangan.
4a dan 4b.
Pengaruh suhu terhadap konduktivitas bahan
(P. Purwanto dan S. Purnama)
27
Apabila dibandingkan penelitian yang
Tabel 2. Konduktivitas Agl, komposit
(AgI)o,3(P-Al203)o.7 dan (AgI)o.5(P-Al203)o.5
telah dilakukan oleh M.F. Collins et al ',
pada v = 1 volt.
menunjukkan bahwa bahan superionik garam perak pada suhu ambient dengan konduktivitas 8,0 S/m. Dan menurut Saito T et al , proses pemanasan terjadi lompatan kenaikan konduktivitas listrik, sebaliknya pada proses pendinginan terjadi lompatan penurunan konduktivitas listrik hal ini sebagai efek dari perubahan fasa-p menjadi fasa-a. Dari data eksperimen dan literatur terdapat nilai konduktivitas berbeda dengan kondisi suhu yang berbeda. Perbedaan nilai konduktivitas ini belum dapat dijelaskan secara lebih rinci. Kurva kunduktivitas pada Gambar 4a, 4b, dan 4c terlihat linier pada kisaran suhu
Sampel
a„i(S/m)
ao2(S/m)
pAI203
2.09x10'5
2,12xl0"5
Agl
5,99x10"5
7,73xl0"5
(AgI)o.3(P-AI203)o.7
9.47x10'3
2,29x10"5
(AgI)o5(p-AI20?)ns
2.25x10*3
0,29x10'3
Tabel. 3. Konduktivitas Agl, komposit (Agl)o.3(p-Al203)o.7 dan (AgI)o,5(P-Al203)o.5 pada v = 2 volt. Sampel
CT0i(S/m)
oo2(S/m)
P-AI2O3
0,85x10"5
0,92x10"5
Agl
4,60x10"5
4,77x10"5
(AgI)o3(p-Al2O.Oo,7
8,20x10°
5,98x10"5
(AgI)0.5(P-Al2O3)6.5
3,51xl0'3
3,33x10*3
Tabel.4. Konduktivitas Agl, komposit
(Agl)o,3(p-Al203)o.7 dan (Agl)o,5(p-Al203)o,5 pada v = 3 volt.
25 °C - 200 °C pada bahan p-Al203. sedangkan (Agl)o.3(p-Al203)o.7 dan (Agl)o.5(p-Al203),,5 mengalami penurunan konduktivitas pada suhu transisi. Nilai konduktivitas (AgI)o.3(PAl203)o.7 dan (Agl)o.5(p-Al203)o,5 pada suhu transisi mengalami penurunan dan di atas suhu transisi nilai konduktivitasnya relatif stabil dan tidak berrgantung suhu. Hal ini menunjukkan suatu "DC" konduktivitas yang
berarti konduktivitas komposit tersebut tidak tergantung pada suhu.
Sampel
CT0i(S/m)
ao2(S/m)
P-A1203
l,00xl0'5
l,01xl0"5
Sifat Termal
Agl
3,74x10"5
3,86x10"5
(Agl)o3(p-Al203)o.7
6,15xl0'3
0,79x10"5
(AgI)o.5(P-Al203)o.s
4,47x10'3
2,99x10-3
Sifat termal dari Agl dan komposit (AgI)o.5(P-Al203)o.5 ditunjukkan pada Gambar 5. Termogram dari ketiga bahan tersebut untuk menunjukkan apakah suhu transisi mengalami pergeseran atau tidak. Dari termogram DTA
Tabel 2, 3, dan 4, nilai konduktivitas Agl
adalah 3,74x10"5 S/m sampai 5,99x10"5 S/m. Nilai konduktivitas (AgI)o.3(P-Al203)o,7 adalah
5,98x10"5 S/m sampai 9,47x10° S/m, dan konduktivitas
(Agl)o.5(p-Al203)o.>
adalah
0.33x10"4 S/m sampai 4,47x10° S/m. Bila
Agl, menunjukkan suhu transisi 148,63 °C, sedangkan pada komposit (AgI)o.5(P-Al203)o.> adalah 149,70 °C.
Proses transisi fasa pada Agl ditunjukkan pada termogram DTA pada Gambar 5a. Dari termogram DTA Agl, terlihat bahwa transisi mulai terjadi pada
dibandingkan dengan konduktivitas bahan Agl tanpa perlakuan panas mempunyai nilai konduktivitas 1 S/m, tetapi dengan perlakuan
suhu
panas pada suhu 300 °C. nilai konduktivitas
Agl pada suhu dibawah 148 °C berfasa-P dan
Agl menurun hal ini disebabkan pada saat perlakuan panas terbentuk suatu senyawa oksida dari Agl sehingga menurunkan
menurut Purnama, S10), bahan superionik Agl
148°C-180°C.
Begitu
juga
untuk
komposit (Agl)o.5(p-Al203)o.5 ditunjukkan pada Gambar 5c. Menurut Chandra, S , bahan
mempunyai fasa transisi dari fasa-p ke fasa-a
pada suhu sekitar 150 °C.
konduktivitas bahan tersebut.
28
MESIN, Vol. 9, No. I, Januari 2007, 22 - 31
Energi Aktivasi
Energi Aktivasi (Ea) komposit (AgI)o.3(P-Al203)o.7 dan (Agl)o.5(p-Al203)o.5 dihitung dengan mempergunakan persamaan Arrheniusn:
o X
LU
>
a = a0.exp(-Ea/k.T)
(13)
o
dimana
(0
75
100
125
150 175 200
225 250
Temperature (°C) a. Agl
a
konduktivitas (S/m)
Ea
konduktivitas pada saat f = 0 Hz. energi aktivasi (eV) atau J
k
konstanta boltzman (l,38xl0"23 J/°K)
T
suhu (°K)
Kurva Arrhenius ditunjukkan pada Gambar 6a, 6b, 6c dan 6d. Perhitungan energi aktivasi dibagi dalam dua kisaran suhu yaitu
pertama 25-150 °C dan kedua 175 - 300 °C.
75
DO
125
150
175
200
225
Dengan mempergunakan persamaan (13) dibuat grafik antara log a terhadap 1000/T dapat dihitung energi aktivasi bahan (Agl)o.3(p-Al203)o.7 dan (Agl)o,5(p-Al203)o.5. Nilai energi aktivasi komposit (AgI)o,3(pAl203)o.7 dan (AgI)o,5(P-Al203)o.5 ditunjukkan pada Tabel 5 sampai 8 menunjukkan energi aktivasi (AgI)0,3(P-Al203)o.7 berkisar l,66x
10-20 J - 2,80x10-20 J dan (Agl)o,5(p-Al203 )o,s
Temperature (°C)
20 berkisar 0,74x10'2U J - l,86xl0'zu J. Energi aktivasi kedua bahan komposit tersebut relatif stabil dengan nilai energi aktivasi berkisar -20 ^20 0,74xlO'"uJ-2,80xlO'/uJ.
b. P-AI2O3
Tabel 5. Energi aktivasi (AgI)o.3(p-Al2C>3)o.7 dan (Agl)o.5(p-Al203)o,5 pada v = 1 volt.
UJ
%
Sampel
El (J)
E2 (J)
.0
(Agl)o.3(p-Al203)0.7
2,00x10-20
l,66xl020
(AgI)o.5(P-Al203)0.5
0,94x1020
0,74xI0-20
Li ra a)
x
Keterangan : 75
100 125 150
175 200 225 250
El = energi aktivasi pada suhu 25-175 °C E2 = energi aktivasi pada suhu 175 - 300 °C
Temperature (°C)
c. (Agl)o,5(p-Al203)0>5. Gambar 5. Termogram DTA.
Pengaruh suhu terhadap konduktivitas bahan
(P. Purwanto dan S. Purnama)
29
(Agl)o.5(b-Al203)o.s
(Agl)0.3(p-AI203)o.7 -4.8
-5.0
OV=1volt
OV=1volt E
£
DV=2volt
^^^
-5.5
CO
-4.9
AV=3volt
E
.o
DV=2volt
•^^
-5.0
AV=3volt
CO.
b CO
2^
b
-6.0
-5.1
CO
o
-5.2 -6.5
2.3
2.5
2.8
3.0
3.3
-53
3.5
2.3
2.4
iooon*(°K-1)
2.7
cl. (AgI)o.5(P-Al203)o.5selang suhu 25-100 °C. (Agi)0.5(p-Ai2o;3/0,5
(Agl)o.3(p-AI203)o.7 -5.0
-5.0
OV=1volt
A^
E -5.3
A^Aj j^^^
CO, CO
2.6
1000/T (°K-1)
a. (AgI)o,3(P-Al203 )oj selang suhu 25-170 °C
t>
2.5
-5.1
DV=2volt E
-5.2
AV=3volt
CO
-5.6
E^^O*
O
-5.3
0
CD
o V=1volt
-5.9
O
-5.4
a V=2 volt AV=3volt
-5.5
-6.2 16
1.8
2.0
2.8
2.2
2.9
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
1000/T (°K-1)
t)00/T(°K-1)
b. Agl)o,3(p-Al203 )o,7 selang suhu 175-300 °C.
c2. (Agl)o.5(p-Al203 )0,5 selang suhu 100170°C.
(Agl)o.5(p-AI203)o,5
(Agl)o.s(P-Al203)o,5 -45 F
oV=1volt
6
-5.0
o V=2 volt
b
5.0
A V=3 volt
CO,
^6
-5.2
CO o _J
ft
E
.O
5.5
b
-5.4
CO
o
6.0
oV=1volt
_i
-Kfi
o V=2 volt
6.5 2.2
2.5
2.8
3.1
3.4
1000/T (°K-1>
c. (AgI)0,5(P-Al2O3 )o.5 selang suhu 25-170 °C.
AV=3volt
-70
18
19
2.0
2.1
2.2
2.3
1000/T (°K-1)
d. (Agl)o.5(p-Al203 )o,s selang suhu 175-300 °C. Gambar 6. Kurva Arrhenius bahan komposit.
30
MESIN, Vol. 9, No. I, Januari 2007, 22 - 31
Tabel 6. Energi aktivasi (AgI)o,3(p-Al2C>3)o,7 dan (Agl)o.5(p-Al203)o,5 pada v = 2 volt. El (J)
E2 (J)
(Agl)o.3(P-AI203)0.7
I,95xl0-20
2,80x10*20
(AgI)0.5(p-AI203)o.5
0,85x10'20
l,46x!0-20
Sampel
Tabel 7. Energi aktivasi (AgI)o,3(P-Al2C>3)o,7 dan (Agl)o,5(p-Al203)o,5 pada v = 3 volt. E1(J)
E2 (J)
(Agl)o.3(P-AI203)o.7
l,84xl020
2,74x10-20
(AgI)o,5(P-Al203)o.5
0,91x10-20
l,86xl0_2°
Sampel
Keterangan:
El = energi aktivasi pada suhu 25-175 °C E2 = energi aktivasi pada suhu 175 - 300°C Pada Gambar 6c dengan selang suhu
25 - 170 °C dibagi dalam dua subselang suhu yaitu pertama 25 - 100 °C, kedua pada suhu 100-170 °C. Dari Gambar 6c1 dan 6c2, dapat dihitung nilai energi aktivasi komposit (AgI)o,5(p-Al2C>3)o,5 ditunjukkan pada Tabel 8. Tabel 8.Energi aktivasi (Agl)o,5(p-Al203)o,5. Tegangan
Ei (J)
Ej (J)
1 volt
0,77x10"20
2 volt
0,90x10*20 -0,22x10'20
-l,06xl0-20
3 volt
0,34x10-20
l,06xl0-20
Keterangan:
Ei = Energi aktivasi pada suhu 25-100 °C. Ej = Energi aktivasi pada suhu 100 -175 °C.
nilai konduktivitas berkisar 0,33xlO"4 S/m
sampai 4,47x10"3 S/m. Di atas suhu transisi, konduktivitas kedua bahan komposit turun, dan stabil di atas suhu transisi, tetapi konduktivitas Agl naik terhadap suhu
pemanasan. Energi aktivasi (AgI)o,3(pAl203)o,7 dan (Agl)0,5(p-Al203)o.5 relatif stabil dengan nilai energi aktivasi berkisar 0,74xlO"20J 2,80xlO*20J.
DAFTAR PUSTAKA
1. Chandra, S., Superionic Solid, Principle and Applications, 1981, North Holland Publish, Co, Amsterdam, pp. 17-28. 2. Linden, D, Handbook of Battries, 1995, McGraw-Hill, Singapore, Chapter 15, pp. 1-27. 3. Munshi, M.Z.A, 1995, Handbook of Solid State Battries and Capacitor, Word Scientific, Singapore, pp.111-129. 4. Kawamura, J and Hiyama, S. 1992, Solid State Ionic, vol.56, p.1227-1231. 5. Kartini, E. dkk, Journal Sains Material Indonesia, 2003, Vol.4, No.3, him 19-25. 6. Purnama, S., Effendi, N dan Yahja, A. K.
1996, Pengaruh Struktur Kristal Terhadap Konduktivitas Ionik Pada Agl dan Cul, Oktober 1996, Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi, Serpong, him 449-456. 7. Lee, W.K., Liu, J.F. and Nowick, A.S., OWICK, Physics Review Letter, 1991, Vol 67.No.l2,pp.l559-1561. 8. Collins, M.F. and Kartini, E., Solid State Ionic. 2003, Vol 1, pp.157-174. 9. Saito, T., Tatsumisago, M. and Minami, T., Solid State Ionics. Vol 61, 1993, pp.285291.
10. Purnama, S., Effendi, N., dan Yahja, A.K., Journal Sains Material Indonesia, 1999, Vol.1, No. 1, Oktober, him 57-61.
KESIMPULAN
Komposit (AgI)o,3(P-Al2C>3)o,7 dan (Agl)o,5(p-Al203)o,5 telah dapat dibuat dengan reaksi padatan. Struktur yang terbentuk yaitu struktur Agl dan struktur P-AI2O3 tidak nampak. Nilai kondukltivitas komposit
(AgI)o,3 (P-Al203)o,7 berkisar 5,98x10'5S/m sampai 9,47x10'3 S/m, dan (AgI)0,5(P-Al203)o,5
Pengaruh suhu terhadap konduktivitas bahan
(P. Purwanto dan S. Purnama)
31
