## Urania
Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
Beranda jurnal: http://jurnal.batan.go.id/index.php/urania/

## PENGARUH JENIS PREKURSOR DAN METODE PRENETRALISASI PADA MORFOLOGI PERMUKAAN KERNEL TERSINTER ZIRKONIA
Sarjono 1 , Gagad Rahmadi 1 , Etty Mutiara 1 , Mujinem 1 , Dedy Haryadi 1
1 Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gd. 65, Tangerang Selatan, Banten 15314 e-mail: tedsardjana@gmail.com
(Naskah diterima: 18 –03–2021, Naskah direvisi: 20–04–2021, Naskah disetujui: 28–06–2021)

## ABSTRAK
PENGARUH  JENIS  PREKURSOR  DAN  METODE  PRENETRALISASI  PADA  MORFOLOGI PERMUKAAN  KERNEL  TERSINTER  ZIRKONIA .  Telah  dilakukan  kegiatan  penelitian  tentang pengaruh  jenis  prekursor  dan  metode  prenetralisasi  pada  morfologi  permukaan  kernel  tersinter zirkonia. Morfologi permukaan dengan kekasaran minimum dikehendaki pada riset pengembangan sistim  pelapisan  TRISO.  Beberapa  batch  larutan broth dipreparasi  dengan  beberapa  rute menggunakan  jenis  prekursor  dan  metode  prenetralisasi  yang  berbeda.    Jenis  prekursor  yang digunakan adalah zirkonium oksinitrat dan zirkonium nitrat pentahidrat dan preparasi sol dilakukan secara  presipitasi-redispersi  dan  dekomposisi  urea.  Tahap-tahap  eksperimen  meliputi  preparasi sol,  preparasi broth ,  proses gel-casting ,  proses aging-washing-drying ,  proses de-watering , perlakuan  panas  kalsinasi  dan  sintering,  dan  pemeriksaan  visual  morfologi  permukaan. Pengukuran  sferisitas  dilakukan  pada  gel  sferis  kering  untuk  mempelajari  hubungan  level kejenuhan sol dan kemampuannya terkonversi secara seketika pada reaksinya dengan gas NH3 pada proses gel-casting .  Hasil  pengamatan  visual  SEM  dari  permukaan  kernel  zirkonia  tersinter menunjukkan  bahwa  kekasaran  permukaan  paling  minim  diberikan  oleh  kernel  dari  prekursor zirkonium nitrat pentahidrat dengan metode prenetralisasi dekomposisi urea dan permukaan paling kasar  diberikan  oleh  kernel  dari  prekursor  zirkonium  oksinitrat  dengan  prenetralisasi  secara presipitasi-redispersi.
Kata kunci : kernel, zirconia, prekursor, prenetralisasi, kekasaran permukaan.
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi
Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia
(Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)
ABSTRACT EFFECT  OF  PRECURSOR  TYPES  AND  PRENETRALIZATION  METHODS  ON  SURFACE MORPHOLOGY OF SINTERED ZIRCONIA KERNEL. Research activities have been carried out on  the  effect  of  precursor  types  and  preneutralization  methods  on  the  surface  morphology  of sintered  zirconia  kernels.  Surface  morphology  with  minimum  roughness  is  desired  in  the development of  TRISO coating system. Several batches of broth solution were prepared by several routes using different types of precursors and preneutralization methods. The types of precursors used were zirconium oxynitrate and zirconium nitrate pentahydrate and the preparation of sol was carried out by precipitation-redispersion and urea decomposition. The experimental stages included sol preparation, broth preparation, gel-casting process, aging-washing-drying process, de-watering process, heat treatment of calcination and sintering, and visual examination of surface morphology. Sphericity measurements were carried out on dry spherical gels to study the level of saturation of the sol and its ability to convert instantly upon reaction with NH3 gas in the gel-casting process. The results of SEM visual observations of the surface of the sintered zirconia kernel show that the lowest surface roughness was given by the kernel  from zirconium nitrate pentahydrate precursor with  urea  decomposition  pre-neutralization  method,  and  the  roughest  surface  was  given  by  the kernel  from  zirconium  oxynitrate  precursor  with  pre-neutralization  method  of  precipitation- redispersion.
Keywords: kernel, zirconia, precursor, preneutralization, surface roughness.
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia
(Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)

## PENDAHULUAN
Kernel  zirkonia  yang  digunakan  pada pengembangan  sistim  pelapisan  TRISO disyaratkan  memiliki  kebulatan  yang  sangat baik,  kekasaran  permukaan  minimal  yang dapat  dicapai,  dan  tidak  ada  cacat  retak  [1], sementara  itu  aglomerasi  pada  peristiwa pengendapan  dapat  menyebabkan  distribusi partikel yang tidak merata yang menyebabkan perubahan variabel seperti kekasaran permukaan  [2].   Level  kekasaran  permukaan minimal ditentukan dari pembandingan visual dari image SEM  dengan  pembesaran  yang sama  dari  kernel  yang  dipreparasi  dari  jenis prekursor  dan  metode  prenetralisasi  yang berbeda.  Kegiatan  ini  difokuskan  pada penelitian  untuk  mempelajari  pengaruh  jenis prekursor  dan  metode  prenetralisasi  pada morfologi permukaan kernel zirkonia tersinter. Jenis  prekursor  zirkonium  yang  tersedia  di pasaran adalah jenis zirkonium oksinitrat dan zirkonium  nitrat  pentahidrat,  dan  menurut literartur  metode  prenetralisasi  yang  dapat diterapkan pada penyiapan sol adalah metode presipitasi-redispersi  dan  metode  dekompo- sisi urea. Kombinasi parameter jenis
prekursor  and  metode  prenetralisasi  akan menghasilkan  gel  hidroksida  dengan  level aglomerasi tertentu dan selanjutnya mempengaruhi  struktur  morfologi  permukaan dari  produk  kernel  oksida  zirkonium  yang dihasilkan.
Untuk  memudahkan  proses  gelasi, larutan prekursor nitrat biasanya dibuat dalam kondisi  kekurangan  asam  atau acid  deficient dengan membatasi konsentrasi nitrat selama pelarutan  atau  disebut  juga  prenetralisasi dengan  penambahan  amonium  hidroksida (NH 4 OH). Proses prenetralisasi dimaksudkan untuk  pengerasan  permukaan  droplet  atau presolidifikasi  oleh  gas  amonia  sebelum reaksi  gelasi bagian lebih dalam dari droplet pada kolom amonium hidroksida. Mekanisme ini  merupakan  fitur  metode  gelasi  secara eksternal (Gambar 1). Presolidifikasi permukaan  ini  bertujuan  agar  tidak  terjadi deformasi  bentuk  karena  benturan  droplet dengan  permukaan  cairan  NH 4 OH  yang memiliki tegangan permukaan [3].
Secara umum, proses gelasi merupakan  proses  presipitasi.  Partikel  nano dari  presipitat  memiliki  kecenderungan  kuat untuk membentuk agregat dan aglomerat, dan aglomerat ini menyebabkan ketidak- homogenan  porositas  [4].  Diagram  skematis pembentukan  agregat  dan  aglomerat  pada proses  presipitasi  ditunjukkan  pada  Gambar 2.
Gambar 1. Mekanisme gelasi secara eksternal pada proses sol-gel.
Gambar 2. Diagram  skematis  pembentukan agregat  dan  aglomerat  pada proses presipitasi [5].
Mekanisme  pembentukan  nanopartikel dalam  proses  presipitasi  kimia  merupakan proses yang agak kompleks sampai akhirnya presipitat  secafa  fisik  berada  pada  bentuk aglomerat.  Jenis  prekursor  zirkonium  nitrat pentahidrat dan zirkonium oksinitrat dimungkinkan  memiliki  tahap  pembentukan aglomerat zirkonium hidroksida yang berbeda dan  menghasilkan  struktur  dengan  level amorfitas yang berbeda pula. Struktur oksida zirkonium  juga  dipengaruhi  oleh  struktur senyawa  amorf  antara.  Presipitasi  zirkonium hidroksida  selalu  disertai  dengan  koagulasi spontan  dari  partikel-partikel  presipitat  yang terdispersi  membentuk  fraktal  agregat  dan selanjutnya  agregat  membentuk  aglomerat [6].  Aglomerat biasanya dapat diklasifikasikan sebagai  aglomerat  'keras'  dan  'lunak', tergantung  pada  sifat  kimiawi  ikatan  antar partikel dan gaya antar partikel antara partikel dan  kelompok.  Aglomerat  keras  memiliki ikatan  yang  kuat  antar  partikel,  biasanya karena reaksi parsial antar partikel. Aglomerat lunak  disatukan  oleh  gaya  fisik  yang  lemah, seperti  gaya  van  der  Waals,  dan  dapat  lebih mudah dipecah [7]. Aglomerat akan mempertahankan  identitasnya  selama  dan setelah proses kalsinasi [8].
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi
Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia
(Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)

## METODOLOGI
a. Bahan dan alat
Bahan  dan  alat  yang  digunakan meliputi:
zirkonium
oksinitrat (ZrO(NO 3 ) 2 .6H 2 O), zirkonium
nitrat
pentahidrat  (Zr(NO 3 ) 4 .5H 2 O),  yttrium  nitrat Y(NO 3 ) 3 . 6 H 2 O,  urea, polyvinyl  alcohol (PVA), tetra hydrofurfryl alcohol (THFA), NH 4 OH, gas NH 3 ,  air  demineral, Isopropyl  alcohol (IPA), gelas beker, gelas ukur, pengaduk magnetik, pipet  plastik,  tungku  pemanas,  termometer, viskometer, sistim gelasi eksternal, peralatan aging-washing-drying ,  botol  wadah  kernel, oven Ultra  Clean ,  alat  sinter  mini,  mikroskop optik  portabel,  dan Scanning  Electron Microscope (SEM).
Secara  skematik  tahap-tahap  proses eksperimen disajikan pada Gambar 3. Proses preparasi kernel zirkonia diawali dari penyiapan  larutan  PVA,  penyiapan  larutan sol,  penyiapan  larutan broth ,  proses droplet casting , proses aging-washing-drying , kasinasi dan penyinteran. Beberapa karakterisasi dilakukan sesuai dengan parameter  yang  hendak  dipelajari  seperti pengukuran  sferisitas  gel  kering  untuk mempelajari  kompabilitas  sol  dengan  sistim gelasi  eksternal  dan  pemeriksaan  kernel tersinter  dengan  SEM  untuk  mempelajari morfologi permukaan kernel.
Gambar 3. Diagram skematik preparasi kernel zirkonia tersinter . b. Penyiapan larutan PVA PVA  merek  Aldrich Mowiol  56-98 sebanyak  12  g  dilarutkan  dalam  150  ml  air (sehingga diperoleh komposisi 8% berat PVA) pada  kisaran  temperatur  30  -  70  °C  sampai PVA larut dan bening mengental.

## c. Penyiapan larutan sol
Rute 1: Prekursor zirkonium oksinitrat  dengan  prenetralisasi  secara presipitasi-redispersi. Sejumlah  zirkonium oksinitrat (ZrO(NO 3 ) 2 .6H 2 O) dan yttrium nitrat (Y(NO 3 ) 3 .6H 2 O)  dengan  kandungan  yttrium nitrat  16%  mol  dilarutkan  dalam  200  ml  air demineral  sehingga  diperoleh  kandungan metal  1,8  mol/l  pada  temperatur  80  °C. Sejumlah NH 4 OH 28% diencerkan 4 kali dan dengan  menggunakan  pipet  plastik  3  ml ditambahkan  secara  penetesan.  Distribusi gumpalan  presipitasi  yang  terbentuk  diaduk sehingga  terdispersi  kembali.  Penambahan
NH 4 OH  melalui  penetesan  dan  redispersi diulang  sampai  larutan  zirkonium  nitrat memiliki  opasitas  sedemikian  rupa  sehingga penambahan  berikutnya  akan  memberikan larutan yang keruh. Kondisi ini merupakan titik jenuh  sol,  dan  penambahan  NH 4 OH  melalui penetesan berikutnya menghasilkan gumpalan presipitat yang tidak akan terdispersi lagi melalui pengadukan. Pada titik jenuh  ini  jumlah  NH 4 OH  yang  dibutuhkan dicatat
dan dihitung prosentasi
stokiometrinya.
Rute  2:  Prekursor  zirkonium  nitrat heksahidrat  dengan  prenetralisasi  secara presipitasi-redispersi. Proses  renetralisasi dengan  bahan  zirkonium  nitrat  heksahidrat secara  presipitasi-redispersi  sama  dengan proses  pada  Rute  1,  hanya  saja  bahan prekursor  diganti  dengan  zirkonium  nitrat heksahidrat (Zr(NO 3 ) 4 .5H 2 O).
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia
(Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)
Rute 3: Prekursor zirkonium oksinitrat  dengan  prenetralisasi  secara dekomposisi urea. Sejumlah  zirkonium oksinitrat (ZrO(NO 3 ) 2 .6H 2 O) dan yttrium nitrat (Y(NO 3 ) 3 .6H 2 O)  dengan  kandungan  yttrium nitrat  16%  mol  dilarutkan  dalam  200  ml  air demineral  sehingga  diperoleh  kandungan metal  1,8  mol/l  pada  temperatur  80  °C. Selanjutnya  temperatur  dinaikkan  menjadi sekitar 85 °C dan ditambahkan urea sebanyak 1x  mol  metal.  Pelarutan  urea  bersifat eksotermis  dan  mengakibatkan  temperatur turun  menjadi  sekitar  80  °C.  Larutan  diaduk perlahan  untuk  meminimalisir  penguapan  air dan diamati perubahan opasitas dari waktu ke waktu  sampai  kondisi  opasitas  larutan mendekati keruh (titik jenuh sol), tetapi belum keruh,  dan  pengadukan  dihentikan  serta pemanas dimatikan. Larutan segera didinginkan dengan cara menempatkan gelas beker dalam genangan air untuk menurunkan temperatur  secara  cepat  karena  pada temperatur di atas 70 °C urea masih mampu terdekomposisi  dan  jika  masa  pendinginan cukup lama dapat menyebabkan sol menjadi keruh.
Rute  4:  Prekursor  zirkonium  nitrat heksahidrat  dengan  prenetralisasi  secara dekomposisi  urea. Proses  prenetralisasi dengan  bahan  zirkonium  nitrat  heksahidrat secara  dekomposisi  urea  sama  dengan proses  pada  Rute  3,  hanya  saja  bahan prekursor  diganti  dengan  zirkonium  nitrat heksahidrat (Zr(NO 3 ) 4 .5H 2 O).

## d. Penyiapan larutan broth (umpan)
Larutan broth atau  umpan  merupakan larutan  sol  yang  diatur  kekentalannya menggunakan larutan PVA dan ditambahkan bahan  aditif  THFA.  Urea  ditambahkan sebagai  bahan  penyedia  porositas  untuk menghindari  cacat  retak  selama  proses perlakuan  panas  berikutnya  dengan  jumlah tertentu  sehingga  kandungan  urea  dalam broth kurang lebih 2,5x mol kandungan metal. Pencampuran larutan sol, larutan PVA, THFA dan urea dilakukan pada temperatur di bawah 45  °C  dan  diaduk  minimal  6  jam  untuk homogenitas.  Kekentalan  atau  viskositas broth yang  dikehendaki  adalah  pada  kisaran 45  -  60  cP.  Jika  sudah  diperoleh  nilai viskositas broth pada kisaran yang dikehendaki, selanjutnya volume broth diukur untuk  menghitung  konsentrasi  metal  dalam broth dan  berikutnya  larutan  umpan  ini ditransfer  ke  bejana  umpan  pada  peralatan sistim gelasi eksternal dan dibiarkan semalam
untuk menghilangkan gelembung mikro yang timbul pada saat transfer ke bejana.

## e. Proses gel-casting
Proses gel-casting atau  pembentukan droplet  merupakan  proses  konversi  dari  sol menjadi gel dengan bahan pereaksi gas NH 3 untuk  pengerasan  permukaan  dan  NH 4 OH untuk keberlanjutan proses konversi. Larutan broth diumpankan  dari  bejana  atau  tangki umpan ke vibrating nozzle dengan menggunakan  udara  tekan.  Aliran  laminar yang  dihasilkan  dari vibrating  nozzle akan menghasilkan  droplet  yang  seragam  melalui pengaturan frekuensi getaran, amplitudo, laju alir umpan dan laju alir gas NH 3 . Permukaan droplet akan mengeras setelah melewati gas amonia (NH 3 ) untuk selanjutnya tertampung di dalam  kolom  NH 4 OH.  Hasil  droplet  gel  yang berada di kolom amonium hidroksida (NH4OH) dibiarkan selama 15 menit sebelum dipindahkan  untuk  proses  berikutnya  yaitu aging-washing-drying .
f. Proses aging-washing-drying
Proses aging ditujukan untuk penyempurnaan  reaksi  konversi  sol  menjadi gel  di  keseluruhan  bagian  droplet.  Proses aging menggunakan bejana berputar menggunakan larutan amonia 28% selama 3 jam.  Dalam  proses  ini,  reaksi  gelasi  terus berlanjut  sampai  bagian  dalam  droplet. Proses  berikutnya  adalah  pencucian  dengan larutan amonia encer 0,3M untuk menghilangkan  garam  (amonium  nitrat)  dan pada  saat  yang  sama  untuk  menghindari repeptisasi gel. Proses
pencucian menggunakan larutan amonia encer dilakukan  2  kali  masing-masing  selama  15 menit.  Larutan  amonia  dan  produk  samping amonium nitrat yang tertinggal di permukaan gel selanjutnya dihilangkan dengan pencucian menggunakan air demineral sebanyak delapan  kali  atau  lebih  pencucian  sampai efluen  pencucian  memiliki  nilai  konduktivitas listrik di bawah 20 μS/cm. Air yang tertinggal di  permukaan  gel  kemudian  dihilangkan dengan  pencucian  menggunakan  isopropil alkohol (IPA) sebanyak 4 kali 30 menit. Proses pencucian ini melalui 2 tahap dengan recycled IPA (komposisi air 80 – 150 g/l) dan 2 tahap pencucian dengan IPA murni (komposisi air ≤ 1  g/  l).  Isopropil  alkohol  yang  tertinggal  di permukan  selanjutnya  dihilangkan  dengan pengeringan  melalui  penguapan  perlahan pada temperatur 80 °C selama 4 jam.
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia (Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)

## g. Pengukuran sferisitas
Pengukuran  sferisitas  dimaksudkan untuk mempelajari apakah kualitas larutan sol mampu mengalami proses pengerasan permukaan  yang  seketika  pada  kolom  NH 3 yang  berjarak  hanya  5  cm.  Diameter  kernel diukur  pada  posisi  4  lintang image hasil pembesaran  oleh  mikroskop  optik  portabel yang memiliki fitur pengukuran diameter. Nilai sferisitas adalah nilai diameter tertinggi dibagi dengan nilai diameter terendah pada 4 lintang pengukuran tersebut.

## h. Proses de-watering
Proses de - watering adalah  perlakuan panas  untuk  menghilangkan  kandungan  air dalam  gel  kering.  Perlakuan  panas de- watering dilakukan  dengan  profil  seperti ditunjukkan  pada  Gambar  4,  yaitu  pada temperatur  90  dan  120  °C  selama  masing- masing 4  jam  pada  laju  kenaikan  temperatur 0,5 °C/menit.
Gambar 4. Profil  temperatur  pada  proses de- watering .

## i. Kalsinasi-Sintering
Perlakuan  panas  kalsinasi  dan  sintering berjalan pada temperatur 200, 400 and 600 °C dengan  laju  pemanasan  0,5  °C/menit  dan waktu  tahan  4  jam  di  masing-masing temperatur  dan  selanjutnya  proses  sinter pada  temperatur  1350  °C  dengan  kenaikan temperatur  dari  temperatur  kalsinasi  1 °C/menit  dengan  waktu  tahan  4  jam. Perlakuan panas dengan kenaikan temperatur  secara  bertahap  dimaksudkan
agar  gas  hasil  dekomposisi  bahan  aditif  dan gas  yang  dihasilkan  dari  reaksi  kalsinasi meninggalkan  kernel  tanpa  menimbulkan keretakan  karena  tekanan  internal  berlebih. Profil  temperatur  kalsinasi-sintering  disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Profil temperatur kalsinasi- sintering.
Penetapan  profil  temperatur  kalsinasi  dan sintering mengacu pada studi yang dilakukan oleh  G.  Wang  et  al.  [9]  berdasarkan  analisis kurva  TG –DTA.  Berdasarkan  eksperimen kalsinasi yttria-stabilized zirconia pada
temperatur 400, 500, dan 700 °C, literatur [10] melaporkan bahwa kalsinasi pada temperatur 400 °C menghasilkan struktur amorf dan fasa kubik  mulai  diperoleh  pada  temperatur kalsinasi  500  °C.  Aglomerat  yang  terbentuk saat terjadinya reaksi konversi zirkonium nitrat menjadi  zirkonium  hidroksida  akan  tetap mempertahankan  bentuk  setelah  terjadi reaksi  kalsinasi  dari  hidroksida  menjadi oksida.    Literatur  [11]  menyatakan  bahwa aglomerat  yang  mengandung  struktur  ikatan "jembatan oksigen" Zr-O-Zr cenderung memiliki aglomerat yang bersifat keras. Ikatan jembatan  oksigen  ini  dimiliki  oleh  aglomerat hidroksida dari prekursor zirkonium oksinitrat. Sementara  itu,  N.  Amat  et  al.  [12]  telah melakukan studi tentang pengaruh temperatur sinter  (rentang  temperatur  1100  -  1500  °C) pada  densitas  relatif yttria-stabilized  zirconia dan  menunjukkan  bahwa  pada  temperatur 1300  °C  kurva  densitas  mulai  terlihat melandai.
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia
(Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)
j.  Pengamatan morfologi permukaan dengan  Scanning  Electron  Microscope (SEM)
Pemeriksaan  visual  menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM)
dilakukan pada kernel tersinter untuk mempelajari morfologi permukaan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
a.  Kontrol  dalam  proses  prenetralisasi pada penyiapan larutan sol
Proses prenetralisasi merupakan proses  kunci  keberhasilan  dalam  fabrikasi kernel  yang  sferis.  Permukaan  droplet  harus dikeraskan agar tidak terjadi deformasi bentuk saat  droplet  berbenturan  dengan  permukaan cairan  NH 4 OH  pada  kolom  sol-gel.  Secara ideal,  sol  dalam  umpan  harus  dalam  kondisi jenuh  sehingga  permukaan  droplet  mampu seketika  terkonversi  menjadi  gel  pada reaksinya  dengan  gas  NH 3 yang  hanya memiliki  lebar  ketinggian  5  cm.  Namun demikian,  sol  yang  melampaui  jenuh  harus dihindari karena sol yang demikian itu sudah mengandung aglomerat presipitat yang berukuran  mikro  yang  dapat  tertahan  oleh saringan mikro pada saluran pipa umpan dan mengakibatkan penyumbatan.
Oleh karena itu, kemudahan pengontrolan pembentukan larutan koloid sol merupakan parameter yang diutamakan pada metode prenetralisasi. Pada metode prenetralisasi  secara  presipitasi-redispersi, seperti  pada  proses  prenetralisasi  pada fabrikasi  kernel  UO 2 ,  larutan  sol  terbentuk melalui pemecahan kumpulan aglomerat dari presipitat  yang  terbentuk  karena  reaksi tetesan  NH 4 OH  dengan  larutan  zirkonium nitrat,  dan reaksi  ini  mudah  dikontrol dengan penghentian  penambahan  tetesan  NH 4 OH jika secara visual larutan sudah memiliki sifat sol.  Namun  demikian,  proses  pemecahan aglomerat,  atau  disebut  juga  peptisasi, menghasilkan  besar  partikel  dispersi  yang tidak  homogen  karena  sumber  dispersi merupanan  berbagai  gumpalan  presipitat yang  besarnya  tidak  sama.  Besar  gumpalan presipitat yang bervariasi ini dikarenakan oleh proses penambahan NH 4 OH dilakukan secara manual  menggunakan  pipet  3  ml,  di  mana cara  ini  memiliki  potensi  ketidakseragaman jumlah  NH 4 OH  yang  diperlukan  dari  satu batch ke batch lainnya. Ketidakseragaman ini terjadi  karena  selama  penambahan  NH 4 OH ada  sebagian  gas  NH 3 yang  menguap  dan jumlahnya mungkin tidak sama dari satu batch ke batch lainnya. Di samping itu, ketidakseragaman jumlah dan bentuk tetesan
pada  metode  ini  dapat  saja  mempengaruhi distribusi dan besaran aglomerat gel hidroksida zirkonium yang terbentuk.
Morfologi  aglomerat  pada  fase  hidroksida  ini akan  tetap  bertahan  pada  proses  perlakuan panas kalsinasi [8] dan menentukan kekhasan morfologi  hasil  sinternya  [13].  Morfologi aglomerat  ini,  yang  khas  untuk  kernel  yang dipreparasi  menggunakan  kombinasi  jenis prekursor dan metode prenetralisasi tertentu, akan menghasilkan sifat morfologis permukaan  kernel  tersinter  yang  khas  pula. Menurut  literatur  [1]  dan  [14]  kernel  tersinter zirconia  yang  memiliki  morfologi  permukaan yang  halus  lebih  dikehendaki  jika  kernel tersebut  akan  digunakan  untuk  eksperimen pengembangan  sistim  proses  pelapisan TRISO.
Pada proses prenetralisasi
menggunakan  metode  dekomposisi  urea, pembentukan presipitat lebih bersifat homogen  di  keseluruhan  volume  karena proses  dekomposisi  berlangsung  lamban. Namun  demikian,  pada  kegiatan  eksperimen di  laboratorium  dekomposisi  urea  kurang mudah  dikontrol,  di  mana  pada  beberapa sampel  terjadi  keadaan  sol  lewat  jenuh bahkan  sampai  terjadi  pengenapan  atau sedimentasi.  Gambar  6  menunjukkan  visual sol  hasil  prenetralisasi  dengan  cara  a) presipitasi-redispersi  dan  b)  dekomposisi urea,  sedangkan  Gambar  6  c)  menunjukkan visual sol yang terlewat jenuh.
Gambar 6. a)  visual  sol  hasil  prenetralisasi secara presipitasi-redispersi,
b)  visual  sol  hasil  prenetralisasi secara  dekomposisi  urea,  dan c) vis sol yang terlewat jenuh.
a. Pengaruh jenis prekursor pada sferisitas
Sol yang memiliki level kejenuhan baik akan  seketika  terkonversi  menjadi  gel  pada reaksinya dengan gas NH 3 dan mengeraskan permukaan  droplet  yang  berdampak  pada keutuhan  bentuk  meski  mengalami  benturan dengan  permukaan  cairan  NH 4 OH  pada kolom  konversi.  Gambar  7,  Gambar  8, Gambar 9 dan Gambar 10 merupakan visual
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia (Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)
gel  kering  dari  masing-masing  kombinasi parameter prekursor zirkonium nitrat pentahidrat  dengan  metode  prenetralisasi presipitasi-redispersi,  kombinasi  prekursor zirkonium  nitrat  pentahidrat  dengan  metode prenetralisasi  dekomposisi  urea,  kombinasi prekursor zirkonium oksinitrat dengan metode prenetralisasi presipitasi-redispersi, dan kombinasi  prekursor  zirkonium  oksinitrat dengan  metode  prenetralisasi  dekomposisi urea.
Gambar 7. Visual  gel  kering  dari  prekursor
zirkonium nitrat pentahidrat dengan metode prenetralisasi presipitasi-redispersi. Gambar 8. Visual  gel  kering  dari  prekursor zirkonium nitrat pentahidrat dengan metode prenetralisasi dekomposisi urea.
Gambar 9. Visual  gel  kering  dari  prekursor zirkonium oksinitrat dengan metode  prenetralisasi  presipitasi- redispersi.
Gambar 10.  Visual  gel  kering  dari  prekursor zirkonium oksinitrat dengan metode  prenetralisasi  dekompo- sisi urea.
Secara visual baik prekursor zirkonium oksinitrat maupun zirkonium nitrat pentahidrat dapat  dipreparasi  menjadi  sol  pada  fabrikasi kernel zirconia dan metode prenetralisasi baik secara presipitasi-redispersi maupun dekomposisi  urea  dapat  diterapkan  pada kedua  prekursor  tersebut.  Data  pengukuran rerata  sferisitas  untuk  Gambar  7,  Gambar  8, Gambar  9,  dan  Gambar  10  adalah  berturut- turut  1,050;  1,075;  1,039;  dan  1,042 sedangkan  keberterimaan  nilai  sferisitas produk  kernel  adalah  lebih  kecil  atau  sama dengan 1,1, di mana kernel yang sepenuhnya sferis memiliki nilai sferisitas 1,0.
b. Pengaruh  metode  prenetralisasi  dan jenis prekursor pada morfologi mikrostruktur permukaan Kernel  zirkonia  yang  ideal  digunakan untuk riset eksperimen pengembangan sistim pelapisan TRISO adalah kernel yang memenuhi  spesifikasi  sferisitas  lebih  kecil atau  sama  dengan  1,1  dengan  kekasaran permukaan yang minimal.
Morfologi  permukaan  kernel  zirkonia tersinter  dari  sol  yang  dipreparasi  dengan perbedaan metode prenetralisasi memberikan hasil  kernel  tersinter  dengan  morfologi permukaan  yang  berbeda,  demikian  pula untuk kernel dari jenis prekursor yang berbeda (Gambar  11,  Gambar  12,  Gambar  13  dan Gambar 14).
Gambar 11.  Morfologi permukaan kernel zirkonia  tersinter  dari  sol  yang dipreparasi  dengan  prenetrali- sasi secara presipitasi-redispersi menggunakan prekursor zirkonium nitrat pentahidrat.
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia
(Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)
Gambar 12.  Morfologi permukaan kernel zirkonia  tersinter  dari  sol  yang dipreparasi  dengan  prenetrali- sasi  secara  dekomposisi  urea menggunakan prekursor zirkonium nitrat pentahidrat. Gambar 13.  Morfologi permukaan kernel zirkonia  tersinter  dari  sol  yang dipreparasi  dengan  prenetrali- sasi secara presipitasi-redispersi menggunakan prekursor zirkonium oksinitrat.
Gambar 14.  Morfologi permukaan kernel zirkonia  tersinter  dari  sol  yang dipreparasi  dengan  prenetrali- sasi  secara  dekomposisi  urea menggunakan prekursor zirkonium oksinitrat. Proses prenetralisasi secara presipitasi-redispersi  cenderung  memberikan morfologi  permukaan  yang  lebih  kasar daripada  morfologi  permukaan  dari  kernel yang dipreparasi dari sol dengan prenetralisasi  secara  dekomposisi  urea.
Gumpalan presipitat pada metode presipitasi- redispersi  dimungkinkan  tidak  dapat  dipecah menjadi bagian sangat kecil oleh pengadukan, atau  jika  ingin  mendapatkan  sol  dengan aglomerat  yang  kecil mungkin membutuhkan waktu yang lama, dan ini menjadi tidak praktis karena proses preparasi umpan dibatasi oleh waktu  jam  kerja.    Sementara  itu,  morfologi permukaan  kernel  dari  preparasi  sol  secara dekomposisi urea cenderung memiliki permukaan yang lebih halus. Pada temperatur di  atas  75  °C  urea  dalam  air  terdekomposisi menghasilkan  ion  hidroksil  yang  selanjutnya bereaksi  dengan  ion  zirkonium  membentuk presipitat  zirkonium  hidroksida.  Presipitat terbentuk secara lamban mengikuti lambannya  laju  dekomposisi  urea.  Oleh karenanya,  aglomerat  yang  terbentuk  dari partikel  presipitat  cenderung  lebih  homogen, dan  hal  ini  yang  mendukung  hasil  morfologi permukaan yang lebih halus. Kecenderungan ini berlaku untuk prekursor zirkonium oksinitrat maupun zirkonium nitrat pentahidrat.
Jenis  prekursor  nitrat  yang  digunakan juga  menunjukkan  perbedaan  morfologi permukaan  baik  untuk  metode  prenetralisasi secara presipitasi-redispersi maupun dekomposisi  urea.  Prekursor  zirkonium  nitrat pentahidrat cenderung memberikan morfologi permukaan  yang  lebih  halus  dibanding  hasil dari  zirkonium  oksinitrat.  Hidrolisis  zirkonium oksinitrat  menghasilkan  ion  zirkonium  yang mengandung elemen "O", demikian pula pada produk  gel  hidroksidanya,  yaitu  ZrO(OH) 2 , sementara  itu  produk  gel  hidroksida  dari zirkonium  nitrat  pentahidrat  adalah  Zr(OH) 4 .
Senyawa  Zr(OH) 4 merupakan  bentuk  oksida zirkonium  terhidrasi  ZrO 2 .H 2 O  yang  sedikit banyak memiliki sifat kristalin yang cenderung membentuk agregat [15]  dibanding ZrO(OH) 2 amorf yang lebih mudah teraglomerasi.
Morfologi permukaan yang paling halus ditunjukkan oleh kernel zirkonia dari sol yang dipreparasi menggunakan prekursor
zirkonium nitratpentahidrat dan dengan metode  prenetralisasi  dekomposisi  urea (Gambar 12).

## SIMPULAN
Eksperimen laboratorium menunjukkan bahwa  jenis  prekursor  zirkonium  oksinitrat dan  zirkonium  nitrat  pentahidrat  dapat
Pengaruh Jenis Prekursor dan Metode Prenetralisasi Pada Morfologi Permukaan Kernel Tersinter Zirkonia (Sarjono, Gagad Rahmadi, Etty Mutiara, Mujinem, Dedy Haryadi)
dipreparasi  menjadi  larutan  sol  dengan  level kejenuhan  yang  memadai,  baik  dengan metode  prenetralisasi  presipitasi-redispersi maupun  metode  dekomposisi  urea  untuk fabrikasi  kernel  zirkonia  dengan  metode konversi gelasi eksternal. Ini ditunjukkan oleh hasil  gel  yang  sferis  (nilai  sferisitas  sama dengan  atau  lebih  kecil  dari  1,1).  Level kejenuhan  larutan  sol  dengan  metode prenetralisasi presipitasi-redispersi lebih mudah  dikontrol  namun  memiliki  distribusi partikel  aglomerat  yang  kurang  homogen sedangkan  level  kejenuhan  larutan  sol dengan  metode  dekomposisi  urea  kurang mudah dikontrol namun memberikan distribusi partikel aglomerat yang lebih homogen.   Hasil pengamatan  visual  SEM  dari  permukaan kernel  zirkonia  tersinter  menunjukkan  bahwa kekasaran permukaan paling minim diberikan oleh  kernel  dari  prekursor  zirkonium  nitrat pentahidrat  dengan  metode  prenetralisasi dekomposisi  urea  dan  permukaan  paling kasar  diberikan  oleh  kernel  dari  prekursor zirkonium  oksinitrat  dengan  prenetralisasi secara presipitasi-redispersi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Praditya  Vankabo,  Odi  Buana Hutapea,  dan  Hanif  Gufron  yang  telah membantu pelaksanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] J. L. Collins, “Production of depleted UO 2 kernels  for  the  advanced  gas-cooled reactor program for use in TRISO coating d evelopment,” United States, 2004.
[2]  S. W. Chong, C. W. Lai, J. C. Juan, and B.  F.  Leo,  “An  investigation  on  surface modified TiO2 incorporated with
graphene  oxide  for  dye-sensitized  solar cell,” Sol. Energy , vol. 191, pp. 663 –671, 2019,doi:https://doi.org/10.1016/j.solener .2019.08.065.
[3] E. Brandau, “Microspheres of UO 2 , ThO 2 and  PuO 2 for  the  high  temperature reactor,” 2002.
[4]  R.  M.  German, Sintering  theory  and practice . New York: Wiley, 1996.
[5] M.  Liu,  “Coating  technology  of  nuclear fuel  kernels:  A  multiscale  v iew,”  in
Modern Surface Engineering Treatments , pp. 159-184, 2013.
[6]  V.  K.  Ivanov,  G.  P.  Kopitsa,  S.  V Grigoriev,  O.  S.  Polezhaeva,  and  V.  M. Garamus,  “Investigation  of  the  evolution of the hydrated zirconia mesostructure at
different stages of heat treatment,” Phys. Solid State , vol. 52, no. 5, pp. 957 –963,
2010,doi:10.1134/S106378341005015X.
[7] F. F. Lange, “Sinterability of
agglomerated p owders,” MRS Proc. , vol.
24, p. 247, 1983, doi: 10.1557/PROC-24- 247.
[8] K. Haberko, “Characteristics and sintering  behaviour  of  zirconia  ultrafine powders,” Ceramurg.  Int. ,  vol.  5,  no.  4, pp. 148 –154, 1979.
[9]  G.  Wang et  al. , “A comparative study of small-size  ceria –zirconia  microspheres fabricated  by  external  and  internal gelation,” J.  Sol-Gel  Sci.  Technol. ,  vol. 78,  no.  3,  pp.  673 –681,  2016,  doi: https://doi.org/10.1007/s10971-016-981- 8.
[10]  T. L. Wen, V. Hebert, S. Vilminot, and J. C.  Bernier,  “Preparation  of  nanosized yttria-stabilized  zirconia  powders  and their characterization,” J. Mater. Sci. , vol. 26,  no.  14,  pp.  3787 –3791,  1991,  doi: 10.1007/BF01184972.
[11]  A. K.  Pandey  and  K.  Biswas,  “Effect  of agglomeration and calcination temperature on the mechanical
properties  of  yttria  stabilized  zirconia (YSZ),” Ceram. Int. , vol. 40, no. 9, Part A,
pp. 14111 –14117, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.0 5.144. [12]  N.  F.  Amat,  A.  Muchtar,  M.  J.  Ghazali, and N. Yahaya, “Suspension stability and sintering  influence  on  yttria-stabilized zirconia fabricated by colloidal
processing,” Ceram.  Int. ,  vol.  40,  no.  4, pp. 5413 –5419, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.1 0.123.
[13]  W. H. Rhodes , “Agglomerate and particle size  effects  on  sintering  yttria-stabilized z irconia,” J. Am. Ceram. Soc. , vol. 64, no.
1, pp. 19 –22, 1981, doi: doi:10.1111/j.1151-916.1981.tb09552.x.
[14] D. D. Sood, “The role sol-gel process for nuclear  fuels- an  overview,” J.  Sol-Gel Sci. Technol. , vol. 59, no. 3, pp. 404 –416, 2011, doi: 10.1007/s10971-010-2273-y.
[15]  P.  Albers,  M.  Maier,  M.  Reisinger,  B. Hannebauer, and R. Weinand, “Physical boundaries within aggregates – differences  between  amorphous,  para- crystalline,  and  crystalline  Structures,” Cryst. Res. Technol. , vol. 50, no. 11, pp. 846 –865, Nov. 2015, doi: https://doi.org/10.1002/crat.201500040.