Pembuatan Keramik Film Tebal Fe 2 O 3 -NiO dengan Utilisasi Fe 2 O 3 Lokal Untuk Sensor Gas Aseton (Lilik Hasanah)

## PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari manusia memerlukan berbagai kebutuhan. Salah satu yang diperlukan manusia adalah lingkungan yang nyaman. Polusi dapat mengganggu manusia di antaranya jika ada gas seperti aseton di lingkungan. Untuk menjaga lingkungan agar tetap nyaman dan tidak terganggu oleh gas pencemar, maka diperlukan pengontrolan lingkungan
dengan menggunakan sensor gas. Jika gas aseton yang akan dikontrol, maka diperlukan sensor gas aseton. Kemampuan dalam pengontrolan gas aseton secara teliti dapat dimanfaatkan untuk mendeteksi kadar gula penderita diabetes karena seorang penderita diabetes cenderung menghasilkan gas aseton dari nafasnya [1]. Umumnya sensor gas masih harus diimpor. Oleh karena
Akreditasi LIPI Nomor : 452/D/2010 Tanggal 6 Mei 2010

## PEMBUATAN KERAMIK FILM TEBAL Fe
2 O 3 -NiO

## DENGAN PEMANFAATAN Fe
2 O 3 LOKAL UNTUK SENSOR GAS ASETON
Lilik Hasanah 1 , Endi Suhendi 1 dan Dani Gustaman Syarif 2
Jurusan Pendidikan Fisika, UPI, Jl. Setiabudi, Bandung Pusat Teknologi Nuklir dan Radiometri (PTNBR)-BATAN Jl. Tamansari No. 71, Bandung 40132 e-mail: lilik_hasanah@yahoo.com

## ABSTRAK
PEMBUATAN KERAMIK FILM TEBAL Fe 2 O 3 -NiO DENGAN PEMANFAATAN Fe 2 O 3 LOKAL UNTUK SENSOR GAS ASETON . Dalam rangka swasembada sensor gas khususnya gas aseton dengan pemanfaatan bahan lokal, telah dilakukan pembuatan keramik film tebal Fe 2 O 3 -NiO dengan memakai Fe 2 O 3 lokal sebagai bahan dasar. Serbuk Fe 2 O 3 diolah dari mineral dengan pelarutan dan pengendapan. Serbuk yang diperoleh dicampur dengan serbuk NiO dengan komposisi 50 %mol Fe 2 O 3 dan 50 % mol NiO secara homogen. Serbuk campuran kemudian dicampur dengan Organic Vehicle ( OV ) terbuat dari campuran terpineol dan etil selulose dengan komposisi 75 % berat serbuk campuran dan 25 %berat OV dan diaduk membentuk pasta. Pasta dilapiskan di atas substrat alumina dengan metode screen printing lalu dibakar pada suhu 1000 o C selama 90 menit hingga membentuk keramik film tebal. Film tebal dianalisis dengan X-Ray Diffraction ( XRD ). Film tebal juga dianalisis dengan Scanning Electron Microscope ( SEM ). Resistansi listrik keramik film tebal diukur pada berbagai suhu di udara dan di dalam gas aseton. Analisis XRD memperlihatkan bahwa keramik yang dibuat memiliki fasa NiFe 2 O 4 . Data SEM memperlihatkan bahwa keramik ini memiliki ukuran butir yang kecil dan porositas yang tinggi. Data listrik memperlihatkan bahwa keramik ini sensitif terhadap gas aseton.
Kata kunci : Film tebal, Sensor gas, Aseton, Fe 2 O 3 , NiO, NiFe 2 O 4

## ABSTRACT
SYNTHESIS OF THICK FILM Fe 2 O 3 -NiO CERAMICS USING LOCAL Fe 2 O 3 FOR ACETONE GAS SENSOR . In order to get self capability in gas sensor especially acetone gas sensor by utilization of local material, thick film Fe 2 O 3 -NiO ceramics have been fabricated using local Fe 2 O 3 as raw material. Powder of Fe 2 O 3 has been processed from mineral by dissolution and precipitation. The derived powder was mixed with NiO powder homogeneously with composition of 50-50 in mole %. The mixed powder was then mixed with Organic Vehicle (OV) made of alpha terpineol and ethyl cellulose with composition of 75 weight % mixed powder and 25 weight % OV forming a paste. The paste was coated on alumina substrates by screen printing method, then fired at 1000 o C for 90 minutes to get thick film ceramics. The thick film was analyzed using X-Ray Diffraction (XRD). The film was subjected to Scanning Electron Microscope (SEM) analyses. Resistance of the thick films was masured at different temperatures in air and acetone gas atmosphere. Analyses of XRD showed that the produced ceramic has phase of NiFe 2 O 4, . Data of SEM showed that the ceramic has small grain and high porosity. Electrical data showed that the ceramic was sensitive to acetone gas.
Key words : Thick film, Gas sensor, Acetone, Fe 2 O 3 , NiO, NiFe 2 O 4
itu untuk swasembada sensor gas aseton diperlukan usaha pembuatan sensor gas aseton secara mandiri dari bahan lokal.
Sensor gas dapat dibuat dari berbagai bahan dan di antaranya dapat dibuat dari keramik khususnya keramik dalam bentuk film tebal. Berbagai keramik seperti SnO 2 [2] TiO 2 [3], Ferrit [4,5] dan Fe 2 O 3 [6,7] menurut literatur dapat dibuat menjadi sensor gas. Khusus pada penelitian ini yang menjadi fokus perhatian adalah keramik kombinasi Fe 2 O 3 dan NiO yang dapat diperoleh dari mineral yang melimpah di Indonesia.
Keramik kombinasi Fe 2 O 3 dan NiO akan memiliki fasa yang jenisnya tergantung pada suhu pembuatan. Tiga fasa berbeda dapat terjadi selama pembuatan yaitu, pertama, Fe 2 O 3 sebagai matriks dan NiFe 2 O 4 sebagai fasa kedua, kedua, NiO sebagai matriks dan NiFe 2 O 4 sebagai fasa kedua dan ketiga, NiFe 2 O 4 sebagai matriks utama tanpa fasa kedua atau dengan sedikit fasa kedua Fe 2 O 3 atau NiO.
Pada penelitian ini 50% mol Fe 2 O 3 dan 50 % mol NiO dicampur dengan Organic Vehicle ( OV ) untuk membentuk pasta, kemudian pasta dilapiskan pada substrat alumina dan dibakar pada suhu 1000 o C. Fasa yang terbentuk di dalam keramik film tebal dan respon keramik tersebut terhadap gas aseton menjadi pokok bahasan makalah ini.

## METODE PERCOBAAN
Serbuk Fe 2 O 3 diolah dari mineral dengan pelarutan dan pengendapan. Serbuk yang diperoleh dicampur dengan serbuk NiO dengan komposisi 50 %mol Fe 2 O 3 dan 50 % mol NiO secara homogen. Serbuk campuran kemudian dicampur dengan Organic Vehicle ( OV ) berupa campuran terpineol dan etil selulose dengan komposisi 75 %berat serbuk campuran dan 25 %berat OV dan diaduk membentuk pasta. Pasta dilapiskan di atas substrat alumina dengan metode screen printing lalu dibakar pada suhu 1000 o C selama 90 menit hingga membentuk keramik film tebal. Analisis difraksi sinar-X ( XRD ) terhadap film tebal kemudian dilakukan untuk melihat struktur kristal dan fasa-fasa yang terjadi. Tahanan listrik dari film tebal diukur pada berbagai suhu di udara dan di dalam atmosfer gas aseton.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Penampilan Visual dan Analisis X-Ray Diffactometer
Contoh film tebal diperlihatkan pada Gambar 1. Setelah diberi elektroda perak keramik film tebal membentuk sensor seperti terlihat pada Gambar 2.
Data XRD dari film tebal yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3. Dari data pola difraksi
diketahui bahwa struktur kristl keramik film tebl adalah kubik dan senyawa keramik yang terbentuk adalah NiFe 2 O 4 . Seperti terlihat pada Gambar 3, terdapat sebuah puncak tambahan di 2  sebesar 33 o . Puncak ini berasal dari Fe 2 O 3 yang tidak membentuk NiFe 2 O 4 . Ini memperlihatkan bahwa suhu 1000 o C cukup untuk membentuk keramik NiFe 2 O 4 meskipun sebagian kecil Fe 2 O 3 tidak bereaksi. Reaksi pembentukan keramik NiFe 2 O 4 mengikuti reaksi Persamaan (1).
Fe 2 O 3 + NiO  NiFe 2 O 4 ……….......… (1)

## Analisis Scanning Electron Microscope
Morfologi permukaan keramik film tebal yang dipotret dengan SEM diperlihatkan pada Gambar 4. Ukuran butir keramik film tebal tampak bervariasi tetapi secara keseluruhan relatif berukuran kecil sekitar 100 nm hingga 1000 nm. Porositas keramik juga relatif banyak. Ukuran butir yang kecil dan porositas yang banyak adalah paduan karakteristik yang diperlukan oleh sebuah sensor gas.
Gambar 1 . Keramik film tebal Fe 2 O 3 -NiO.
Gambar 2 . Keramik film tebal Fe 2 O 3 -NiO yang telah diberi electrode perak.
Gambar 3 . Pola XRD keramik film tebal Fe 2 O 3 -NiO, membentuk fasa NiFe 2 O 4 .
Pembuatan Keramik Film Tebal Fe 2 O 3 -NiO dengan Utilisasi Fe 2 O 3 Lokal Untuk Sensor Gas Aseton (Lilik Hasanah)

## Karakteristik Listrik
Harga tahanan listrik keramik NiFe 2 O 4 sebagai fungsi suhu untuk dua atmosfir yang berbeda yaitu udara dan gas aseton diperlihatkan pada Gambar 5. Konsentrasi aseton terdiri atas dua harga. Seperti terlihat pada Gambar 5, harga tahanan listrik menurun dengan meningkatnya suhu sampel secara eksponensial. Ini merupakan ciri dari semikonduktor. Dari sini diketahui bahwa keramik yang dibuat memiliki sifat semikonduktor.
Harga tahanan listrik juga dipengaruhi oleh konsentrasi aseton. Semakin besar konsentrasi aseton, semakin kecil harga tahanan listrik keramik. Turunnya resistansi listrik keramik melalui mekanisme berikut. Pada tahap awal permukaan keramik mengadsorbsi oksigen
dan memberikan elektron yang berada di pita konduksi kepada oksigen tersebut, menyebabkan kenaikan potensial penghalang. Pada saat gas aseton teradsobsi di permukaan keramik, oksigen yang teradsobsi bereaksi dengan gas aseton dan memberikan elektronnya ke pita konduksi. Potensial penghalah turun. Pada saat ini konduktansi naik atau resistansi turun. Data ini mengindikasikan bahwa keramik yang dibuat sensitif terhadap gas aseton dan berpotensi untuk diaplikasikan sebagai sensor gas aseton.

## KESIMPULAN
Keramik film tebal NiFe 2 O 4 berstruktur kubik telah dapat dibuat dari Fe 2 O 3 yang diolah dari mineral dan NiO pada suhu 1000 o C dengan sedikit menyisakan Fe 2 O 3 yang tidak bereaksi. Keramik film tebal yang dibuat sensitif terhadap gas aseton sehingga berpotensi sebagai sensor gas aseton.

## DAFTAR ACUAN
[1]. M. RIGHETTONI, A. TRICOLI, S.E. PRATSINIS, Analitical Chemistry , 82 (2010) 3581-3587
[2]. J. K. SRIVASTAVA, P. PANDEY, V. N. MISHRA, R. DWIVEDI, Journal of Natural Gas Chemistry , 20 (2011) 179-183
[3]. L.R. SKUBAL, N.K. MESHKOV, M.C. VOGT, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry , 148 (2002) 103-108
[4]. N. REZLESCU, E. REZLESCU, F. TUDORACHE, P. D. POPA, Romanian Reports in Physics , 61 (2) (2009) 223-234
[5]. P.P. HANKARE A , S.D. JADHAV A , U.B. SANKPAL A , R.P. PATIL, R. SASIKALA, I.S. MULLA C, Journal of Alloys and Compounds , 488 (2009) 270-272
[6]. N. IFTIMIE, E. REZLESCU, P. D. POPA, N. REZLESCU, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials , 8 (3) (2006) 1001-1003
[7]. S. WANG N, L. WANG, T.Y., X. LIU, J. ZHANG, B. ZHU, S. ZHANG, W. HUANG, S. WU, Journal of Solid State Chemistry , 183 (2010) 2869-2876
Gambar 4 . Morfologi film tebal NiFe 2 O 4 .
Gambar 5 . Karakteristik listrik keramik film tebal Fe 2 O 3 -NiO.