PENENTUAN PANJANG GELOMBANG EMISI PADA NANOPARTIKEL CdS DAN ZnS BERDASARKAN VARIASI KONSENTRASI MERCAPTO ETHANOL Muhammad Salahuddin1, Suryajaya2, Edy Giri R. Putra3, Nurma Sari2
Abstrak:Pada penelitian ini larutan nanopartikel semikonduktor CdS dan ZnS disintesis melalui Aqueous Phase Synthesis dengan penambahan variasi Mercapto Ethanol untuk memodifikasi ukuran jari-jari nanopartikelnya. Larutan tersebut digunakan untuk membuat lapisan tipis nanopartikel CdS dan ZnS menggunakan teknik Electrostatics Self-Assembly.Larutan nanopartikel dan lapisan tipis nanopartikel CdS dan ZnS dikarakterisasi dengan UV-Vis Spektrometer untuk mengetahui terbentuknya nanopartikel serta terdepositnya nanopartikel pada substrat dan Luminesen Spektrometer untuk menentukan panjang gelombang emisinya.Spektrum UV-Vis dari sampel menunjukkan pergeseran biru sebagai indikator terbentuknya nanopartikel serta terdepositnya lapisan tipis pada substrat.Emisi cahaya untuk nanopartikel CdS dengan penambahan Mercapto ethanol berada pada panjang gelombang 445-453 nm sedangkan untuk nanopartikel ZnS, 309-371 nm dan 442-574 nm.Pada penelitian ini juga diketahui bahwa panjang gelombang emisi nanopartikel CdS dan ZnS cenderung bertambah besar dengan bertambah besarnya penambahan konsentrasi Mercapto ethanol.
Kata Kunci : CdS, ZnS, Mercapto Ethanol, Luminesen PENDAHULUAN Salah
bahan semikonduktor tersebut menarik
satu
perkembangan
perhatian
banyak
peneliti di seluruh
teknologi semikonduktor saat ini adalah
dunia, baik secara teori maupun secara
teknologi
eksperimen seperti pengukuran sifat
lapisan
tipis
(thin
film).
Misalnya pada piranti optoelektronik yang
dimanfaatkan
dalam
optis bahan semikonduktor.
bidang
Pengukuran
sifat
optis
komunikasi optik, pengukuran optik dan
merupakan hal yang sangat penting
sebagainya.Piranti
dalam penentuan pita celah energi
optoelektronik
biasanya terdiri atas sumber cahaya
(bandgap)
seperti Light Emiting Diode (LED) atau
semikonduktor.Salah satu sifat optis
Light
dari
Amplification
Emission
of
by
Stimulated
Radiation
material
semikonduktor
adalah
(LASER),
kemampuannya memancarkan cahaya
detektor dan sebagainya yang pada
saat mendapat energi dari luar.Pita
umumnya
energi
terbuat
semikonduktor
memiliki
bahan
yang
berhubungan
dengan
efek
pemancaran cahaya adalah pita valensi
optoelektronik. Studi mengenai aplikasi
dan pita konduksi.Jika elektron dari pita
1Mahasiswa
yang
dari
dan 2Staff Pengajar Program Studi Fisika FMIPA UNLAM
38
39Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No.1, Pebruari 2013 (38 – 45) valensi
mendapatkan
energi
maka
mendeteksi adanya luminesensi pada
elektron tersebut tereksitasi ke pita
lapisan
konduksi.Tempat ditinggalkan
oleh
tipis
kosong
yang
ditumbuhkan
elektron
tersebut
Electrostatics
CdS
dan
ZnS
dengan
yang
metode
Self-Assembly.
disebut lubang (hole).Elektron pada pita
Sedangkan Lisdawati (2009) dengan
konduksi tersebut dapat turun kembali
metode yang sama namun dengan
ke
variasi konsentrasi Mercapto Ethanol,
pita
valensi
mengisi
(rekombinasi) dengan
hole
memancarkan
menunjukkan
bahwa
jari-jari
cahaya bersesuaian dengan selisih
nanopartikel CdS dan ZnS cenderung
kedua pita energi tersebut (Young,
mengecil
1984). Jika proses eksitasi elektron
konsentrasi Mercapto Ethanol tersebut.
disebabkan
Mengecilnya
berenergi radiasi
oleh tinggi
berkas maka
cahaya
cahaya
pemancaran
disebut
emisi
fluorosensi. semikonduktor
nano-
struktur II-VI telah dan masih menjadi
mengecilnya
ukuran
nano-partikel
semikonduktor CdS dan ZnS tersebut akan memengaruhi sifat-sifat optisnya seperti
Material
dengan
serapan
pada
panjang
gelombang tertentu, celah energinya dan panjang gelombang emisinya.
subjek studi karena kestabilan kimianya pada
suhu
senyawa
ruangan
III-V
Semikonduktor Kadmium
(Suryajaya, jenis
(Cd)
merupakan
II-VI
dan
jenis
2011).
Preparasi Larutan dan Lapisan Tipis CdS 184 mg CdCl2direaksikan
seperti
dengan 326 mg
dibandingkan
Seng
material
Mercapto Ethane
(Zn)
Sulfanote dengan konsentrasi masing
yang
0,04 M. Hasil reaksi direaksikan lagi
memiliki cakupan aplikasi penggunaan
dengan
yang cukup luas, baik dalam bidang
konsentrasi 0,04 M dan akan dihasilkan
optoelektronika,
sampel larutan CdS tanpa Mercapto
energi.
industri,
Beberapa
dilakukan
dalam
semikonduktor
maupun
penelitian
telah
pengembangan
tersebut.
Ethanol.
78
mg
Larutan
Na2S
CdS
dengan
tersebut
ditambahkan Mercapto Ethanol dengan
Suryajaya
variasi konsentrasi 0,1 mM; 0,3 mM; 0,5
(2008) menggunakan metode aqueos
mM; 0,7 mM; 0,9 mM; 1,1 mM; 1.3 mM
phase synthesis untuk menghasilkan
sehingga didapat sampel larutan CdS
Kadmium Sulfida (CdS) dan Seng
dengan
Sulfida
(ZnS)
nanopertikel
dan
variasi
Mercapto
ethanol.
dalam
ukuran
Prosedur ini diadaptasi dari penelitian
telah
berhasil
Lisdawati (2009). Sampel lapisan tipis
Salahuddin, M., dkk.,Penentuan panjang gelombang emisi.............40
didapatkan
dengan
mencelupkan
lapisan
tipis
ZnS.
Prosedur
ini
substrat kaca pada larutan PAH selama
diadaptasi dari penelitian Suryajaya
30 menit kemudian dilanjutkan pada
(2008).
larutan CdS selama 15 menit sehingga
digunakan adalah lapisan tipis dengan
didapatkan 1 set lapisan tipis CdS.
2 set lapisan. Pada penelitian ini
Prosedur ini diadaptasi dari penelitian
lapisan tipis nanopartikel ZnS dibuat,
Suryajaya (2008). Sampel lapisan tipis
meng-gunakan
yang
ZnS
digunakan adalah lapisan tipis
dengan 2 set lapisan. Pada penelitian
Sampel
untuk
lapisan
larutan
tiap
tipis
yang
nanopartikel
variasi
Mercapto
Ethanol.
ini lapisan tipis nanopartikel CdS dibuat menggunakan larutan nanopartikel CdS
Pengukuran Serapan
Panjang
Gelombang
untuk tiap variasi Mercapto Ethanol. Pengukuran Preparasi Larutan dan Lapisan Tipis ZnS Direaksikan dengan
326
136
mg
mg
ZnCl2
Mercapto
ethane
dilakukan
meng-
gunakan spektrometer UV-Vis terhadap sampel
larutan
dan
lapisan
tipis
nanopartikel CdS dan ZnS yang telah disintesis
dengan
Mercapto
rentang
panjang
sulfanote dengan konsentrasi masing-
Ethanol
masing 0,04 M. Hasil reaksi direaksikan
gelombang yaitu 350-450 nm untuk
lagi dengan 78 mg Na2S 0,04 M dan
CdS dan 260-360 nm untuk ZnS.
akan dihasilkan sampel larutan ZnS
Pemilihan rentang panjang gelombang
tanpa Mercapto Ethanol. Larutan ZnS
tersebut karena telah mewakili untuk
tersebut ditambahkan Mercapto Ethanol
daerah
dengan variasi konsentrasi 0,1 mM; 0,3
(pada daerah tampak) dan nanopartikel
mM; 0,5 mM; 0,7 mM; 0,9 mM; 1,1 mM;
ZnS (pada daerah sinar ultraviolet).
1.3
Pada
mM
sehingga
didapat
sampel
dengan
variasi
serapan
nanopartikel
pengukuran
digunakan
Ethanol. Prosedur ini diadaptasi dari
larutan
penelitian Lisdawati (2009). Sampel
kuarsa.Alat ini menghasilkan besarnya
lapisan
serapan untuk masing-masing sampel
didapatkan
dengan
ZnS
kaca
CdS
larutan CdS dengan variasi Mercapto
tipis
kuvet
larutan
CdS
sedangkan
digunakan
kuvet
pada
yang diukur berupa tampilan grafik
larutan PAH selama 30 menit kemudian
(data) hubungan panjang gelombang
dilanjutkan pada larutan ZnS selama 15
dengan
menit
dilakukan fitting terhadap grafik tersebut
mencelupkan
substrat
sehingga
quartz
didapatkan
1
set
serapan
sampel.Selanjutnya
41Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No.1, Pebruari 2013 (38 – 45) menggunakan
analisis
Gaussian
sampel yang didapatkan berdasarkan
puncak)
hasil pengukuran UV-Vis. Kemudian
untuk
dilakukan scanning dengan rentang
mengetahui panjang gelombang untuk
panjang gelombang 350-600 nm untuk
puncak serapan sampel.Grafik data
sampel CdS dan 250-500 nm untuk
tersebut
informasi
sampel ZnS. Rentang yang lebih lebar
mengenai panjang gelombang optimal
daripada pada pengujian UV-Vis karena
yang diserap oleh sampel. Grafik data
panjang gelombang emisi selalu lebih
pengukuran dengan Spektrometer UV-
panjang
Vis berguna untuk melihat pergeseran
serapannya. Alat ini menghasilkan data
panjang gelombang larutan CdS atau
hubungan panjang gelombang dengan
ZnS yang disintesis terhadap panjang
intensitas emisi dari tiap sampel.
Fittingmultipeaks
(beberapa
pada
Origin
software
6.0
memberikan
dari
panjang
gelombang
gelombang senyawa CdS atau ZnS pada ukuran bulk (blueshift), sehingga
HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1 menunjukkan puncak
dapat diketahui apakah sintesis yang dilakukan telah terbentuk nanopartikel
serapan
CdS atau ZnS.
penambahan Mercapto Ethanol dan larutan
Penentuan Emisi
Panjang
CdS
Mercapto
CdS
dengan
Ethanol
tanpa
penambahan
berada
antara
panjang gelombang 400 nm dan 420
Pengukuran gunakan
Gelombang
larutan
meng-
nm sedangkan pada larutan ZnS tanpa
Spektrometer
penambahan Mercapto Ethanol dan
dilakukan
Luminesen
Perkin Elmer LS 5B terhadap sampel
larutan
CdS dan ZnS yang terdiri dari larutan
Mercapto
CdS
variasi
panjang gelombang 280 nm dan 300
konsentrasi Mercapto Ethanol serta
nm. Panjang gelombang sebagai bulk
lapisan tipis CdS dan ZnS yang telah
material untuk CdS adalah 512 nm dan
dibuat dari larutan tersebut. Sampel
ZnS
ditempatkan
pengukuran
dan
ditembakkan untuk
ZnS
pada
dengan
kuvet
cahaya
kemudian
monokromatis
mengeksitasinya.
Panjang
ZnS
biru
diperkirakan
diketahui
panjang
gelombang maksimum yang diserap
335
penambahan
berada
antara
nm.Berdasarkan
UV-Vis
spektrometer
pergeseran
panjang
gelombang ke arah panjang gelombang
gelombang untuk mengeksitasi sampel adalah
Ethanol
adalah
didapati
dengan
(blueshift).Dari bahwa
hal sintesis
tersebut yang
Salahuddin, M., dkk.,Penentuan panjang gelombang emisi.............42
dilakukan telah berhasil membuat CdS dan ZnS dalam ukuran nanopartikel.
Tanpa ME +ME 0.1 mM +ME 0.3 mM +ME 0.5 mM +ME 0.7 mM +ME 0.9 mM +ME 1.1 mM +ME 1.3 mM
1.8 1.6 1.4
1.0
1.0
0.8
Absorbansi
Absorbansi
1.2
0.8 0.6
Tanpa ME +ME 0.1 mM +ME 0.3 mM +ME 0.5 mM +ME 0.7 mM +ME 0.9 mM +ME 1.1 mM +ME 1.3 mM
0.6
0.4
0.4
0.2 0.2 0.0
0.0 340
360
380
400
420
440
460
Panjang Gelombang (nm)
260
280
300
320
340
360
Panjang Gelombang (nm)
(a)
(b)
Gambar 1. Hubungan Absorbansi Sampel Larutan (a) CdS dan (b) ZnS terhadap Panjang Gelombang Tabel 1. Panjang gelombang serapan untuk tiap-tiap sampel Panjang Gelombang Serapan Nama Sampel (nm) CdS Tanpa ME 405.63 ± 1,102 CdS+ ME 0.1 mM 401.83 ± 1,616 CdS+ ME 0.3 mM 401.14 ± 1,160 CdS+ ME 0.5 mM 402.20 ± 1,709 CdS+ ME 0.7 mM 401.54 ± 1,851 CdS+ ME 0.9 mM 403.17 ± 1,893 CdS+ ME 1.1 mM 403.33 ± 1,896 CdS+ ME 1.3 mM 405.19 ± 1,941 ZnS Tanpa ME ZnS+ ME 0.1 mM ZnS+ ME 0.3 mM ZnS+ ME 0.5 mM ZnS+ ME 0.7 mM ZnS+ ME 0.9 mM ZnS+ ME 1.1 mM ZnS+ ME 1.3 mM Tabel 1 menunjukkan pengaruh penambahan Ethanol
konsentrasi
pada
sampel
Mercapto larutan
nanopartikel CdS dimana cenderung
286.65 ± 1,526 283.86 ± 1,174 284.98 ±1,654 287.27 ± 1,953 288.99 ± 2,082 291.05 ± 1,703 288.95 ± 1,449 288.82 ± 1,971 diikuti oleh makin membesarnya nilai panjang gelombang serapannya.Namun tidak
semua
sampel
kecenderungan
tersebut,
mengikuti Selain
itu
43Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No.1, Pebruari 2013 (38 – 45) kenaikan panjang gelombangnya juga
tanpa penambahan Mercapto Ethanol
tidak signifikan. Demikian pula yang
masing-masing adalah 435 nm dan 450
terjadi pada sampel larutan nanopartikel
nm. Panjang gelombang eksitasi dan
ZnS. Hal tersebut dapat dikarenakan
emisi dengan
kurang
untuk larutan ZnS tanpa penambahan
teliti
dan
akurat
dalam
intensitas maksimum
pengenceran Mercapto Ethanol. Namun
Mercapto
secara umum penambahan konsentrasi
adalah 312 nm dan 318 nm untuk emisi
Mercapto Ethanol dari 0,1 mM hingga
pertama,
1,3 mM pada kedua jenis sampel CdS
kedua.Berdasarkan
dan ZnS membuat panjang gelombang
terlihat
serapan sampel cenderung semakin
emisi
besar. Bergesernya panjang gelombang
dengan
serapan juga berarti berubahnya energi
mengeksitasinya.
celah dan ukuran jari-jari nanopartikel
dikarenakan elektron yang tereksitasi
sampel.
tidak langsung turun ke ground state
Gambar 2 menunjukkan panjang
Ethanol
446
energi
untuk data
panjang
emisi tersebut
panjang
panjang
melainkan
gelombang eksitasi dan emisi dengan
nm
bahwa lebih
masing-masing
gelombang dibandingkan
gelombang Hal
bervibrasi berubah
yang
tersebut
dan
sebagian
menjadi
kalor.
intensitas maksimum untuk larutan CdS
Emisi CdS Eksitasi CdS
80
Eksitasi ZnS Emisi ZnS
446 nm
312 nm 80
450 nm 70
435 nm
60
60
Intensitas
Intensity
50 40 30 20
40
318 nm
20
10
0
0 -10 250
300
350
400
450
500
550
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Panjang Gelombang (nm)
Panjang Gelombang
Gambar 2. Grafik hubungan antara panjang gelombang terhadap intensitas eksitasi dan emisi pada sampel larutan (a)CdS dan (b) ZnS Tabel 2 menunjukkan hubungan
yang diemisikan sampel.Pada sampel
antara konsentrasi Mercapto Ethanol
CdS,
yang ditambahkan pada larutan CdS
Mercapto
dan ZnS, terhadap panjang gelombang
kecenderungan membesarnya panjang
penambahan Ethanol
konsentrasi diikuti
dengan
Salahuddin, M., dkk.,Penentuan panjang gelombang emisi.............44
gelombang yang diemisikannya.Hal ini
dengan kecenderungan mengecilnya
bersesuaian
panjang
dengan
membesarnya
gelombang
yang
panjang gelombang serapan, yang juga
diemisikannya.Hal ini berbeda dengan
berarti
ukuran
kecenderungan bertambah besarnya
bertambahnya
panjang gelombang serapan larutan
konsentrasi Mercapto Ethanol yang
ZnS karena penambahan konsentrasi
diberikan.Sedangkan
Mercapto
membesarnya
nanopartikel,
karena
pada
sampel
Ethanol.Sedangkan
pada
nanopartikel ZnS terdapat dua buah
emisi yang kedua terjadi hal sebaliknya.
panjang
Emisi
Terjadinya
pada
kemungkinan
gelombang
pertama
emisi.
berada
dua
buah
emisi
karena
ini
ketidak-
panjanggelombang 307 nm sampai 371
homogenan ukuran nano-partikel ZnS.
nm sedangkan emisi kedua berkisar
Ukuran
antara 442 nm sampai 574 nm. Pada
akan menghasilkan panjang gelombang
emisi
emisi yang berbeda pula.
pertama
penambahan
nanopartikel
yang
berbeda
konsentrasi Mercapto Ethanol diikuti Tabel 2. Hasil Pengukuran Panjang Gelombang Eksitasi dan Emisi untuk Sampel CdS dan ZnS Panjang Gelombang Panjang Gelombang Nama Sampel Eksitasi (nm) Emisi (nm) CdS + ME 0.1 mM 413 443 CdS + ME 0.3 mM 413 445 CdS + ME 0.5 mM 423 449 CdS + ME 0.7 mM 424 450 CdS + ME 0.9 mM 424 451 CdS + ME 1.1 mM 424 452 CdS + ME 1.3 mM 424 452 ZnS + ME 0.1 mM ZnS + ME 0.3 mM ZnS + ME 0.5 mM ZnS + ME 0.7 mM ZnS + ME 0.9 mM ZnS + ME 1.1 mM ZnS + ME 1.3 mM
341 327 325 319 277 277 279
KESIMPULAN
1. Panjang
Berdasarkan data hasil penelitian serta
pembahasan
kesimpulan sebagai berikut :
371 dan 442 358 dan 443 358 dan 444 349 dan 447 307 dan 570 309 dan 442 309 dan 574
diperoleh
nanopartikel penambahan
gelombang
emisi
CdS
dengan
variasi
konsentrasi
Mercapto Ethanol 0,1 mM sampai
Lisdawati, A.N. 2009.Penggunaan Spektrometer UV-Vis untuk nm sampai 453 nm. Sedangkan Menentukan Jari-Jari Nanopartikel CdS dan ZnS panjang gelombang emisi Berdasarkan Variasi Mercapto nanopartikel ZnS dengan Ethanol.Skripsi. Universitas Lambung Mangkurat, penambahan variasi konsentrasi 45Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No.1, Pebruari 2013 (38 – 45) Banjarbaru. Mercapto Ethanol 0,1 mM sampai 1,3 mM yaitu berkisar antara 445
1,3 mM yaitu berkisar antara 309 nm sampai dengan 371 nm untuk emisi pertama, dan 442 nm sampai dengan 574 nm untuk emisi kedua. 2. Panjang nanopartikel
gelombang CdS
bertambah
besar
emisi
dan
ZnS dengan
bertambah besarnya penambahan konsentrasi Mercapto Ethanol.
DAFTAR PUSTAKA
Suryajaya. 2008. Optical Properties of Electrostatically Assembled Films of CdS and ZnS Colloid Nanoparticles.Jurnal Aplied Physics. 4891-4898. Suryajaya. 2011. Characterization of CdS and ZnS Nanoparticle Semiconductors: for Optoelectronics Application. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. 110107:1-8 Young , M.1984. Optics and Lasers. Berlin Heidelberg
