Sintesis Zirkon dan Zirkonia dari Pasir Zirkon dan Analisis Pemanfaatannya dalam Piranti Berbasis Pemandu Gelombang Optik

Pratama, Detak Yan (2025) Sintesis Zirkon dan Zirkonia dari Pasir Zirkon dan Analisis Pemanfaatannya dalam Piranti Berbasis Pemandu Gelombang Optik. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5026211049-Dissertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Sintesis serbuk-serbuk nanopartikel zirkon (ZrSiO4) dan zirkonia (ZrO2) dari bahan alam menghadapi tantangan dalam memastikan kemurnian material sekaligus menggunakan proses yang ramah lingkungan. Zirkon dan zirkonia memiliki indeks bias yang tinggi, sehingga berpotensi diaplikasikan pada pemandu gelombang optik. Selain itu, sifat tahan panas yang dimiliki oleh kedua material ini juga memungkinkan penggunaannya untuk mengurangi efek cross sensitivity pada pemandu gelomang optik. Pada penelitian ini, dua jenis pasir zirkon asal Indonesia, yaitu pasir yang berasal dari lapak (pasir A) dari Kabupaten Katingan dan pasir yang telah melalui proses pabrikasi (pasir Q) dari Kabupaten Pulang Pisau, Kalimantan Tengah, telah selesai dilakukan. Kedua jenis pasir ini diolah menjadi serbuk melalui metode penggilingan dan kemudian disintesis menjadi zirkon melalui metode disolusi dan non-disolusi. Untuk sintesis zirkonia, digunakan metode fusi alkali dan ko-presipitasi menggunakan zirkon yang telah disintesis. Pengujian komposisi unsur kimia menggunakan X-Ray Fluorescence (XRF) dilakukan sebelum dan sesudah sintesis untuk mengetahui kandungan impuritas bahan. Pengujian X-Ray Diffraction (XRD) juga dilakukan untuk mengidentifikasi fasa dan struktur dari zirkon dan zirkonia yang dihasilkan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semua pasir A dan Q dapat membentuk zirkon murni, kecuali pasir A yang diproses tanpa disolusi. Sementara itu, zirkonia dari semua sampel pasir dapat terbentuk dalam fasa tetragonal murni setelah dikalsinasi pada temperatur 700°C dan 1000°C. Studi spektroskopi UV-Vis menunjukkan bahwa semua zirkon dan zirkonia menyerap pada panjang gelombang ultraviolet dengan celah pita untuk zirkon berkisar antara 3,76 – 3,95 eV dan untuk zirkonia antara 3,99-4,06 eV. Analisis fotoluminesensi (PL) juga mengungkapkan bahwa zirkon menunjukkan puncak emisi pada 350 nm dengan puncak kecil pada 333 nm dan 383-387 nm, sedangkan zirkonia memiliki puncak kecil pada daerah 332-335 nm dan 371-387 nm. Selanjutnya, dalam aplikasi praktis, zirkon digunakan sebagai pengisi dalam komposit dengan Polymethylmethacrylate (PMMA) sebagai matriks yang diaplikasikan pada selubung serat optik jenis plastik (POF) dan struktur singlemode-multimode-singlemode (SMS). Hasilnya menunjukkan bahwa pada kedua jenis serat optik tersebut, zirkon tidak hanya berperan sebagai penstabil panjang gelombang transmisi tetapi juga meningkatkan sensitivitas. Penambahan 1 wt% zirkon pada PMMA sebagai selubung serat optik SMS berhasil menahan pergeseran panjang gelombang puncak transmisi hingga 94%, sementara pada saat yang sama meningkatkan sensitivitas sebesar 18%.

=====================================================================================================================================

The synthesis of zircon (ZrSiO₄) and zirconia (ZrO₂) nanoparticles from natural sources presents challenges in ensuring material purity while maintaining an environmentally friendly process. Zircon and zirconia possess high refractive indices, making them suitable for applications in optical waveguides. Additionally, their heat-resistant properties allow them to reduce the effects of cross sensitivity in optical waveguides. In this study, two types of zircon sand from Indonesia, namely unprocessed sand (sand A) from Katingan Regency and factory-processed sand (sand Q) from Pulang Pisau Regency, Central Kalimantan, have been successfully synthesized. Both types of sand were milled into powder and subsequently synthesized into zircon using dissolution and non-dissolution methods. For the synthesis of zirconia, alkali fusion and co-precipitation methods were used, employing the previously synthesized zircon. Chemical composition testing using X-Ray Fluorescence (XRF) was conducted before and after synthesis to determine the impurity content of the materials. X-Ray Diffraction (XRD) testing was also performed to identify the phases and structures of the produced zircon and zirconia. The results indicated that all sand A and Q could form pure zircon, except for sand A processed without dissolution. Meanwhile, zirconia from all sand samples formed pure tetragonal phase after calcination at temperatures of 700°C and 1000°C. UV-Vis spectroscopy studies showed that all zircon and zirconia absorbed in the ultraviolet wavelength range, with zircon displaying band gaps ranging from 3.76 to 3.95 eV and zirconia from 3.99 to 4.06 eV. Photoluminescence (PL) analysis revealed emission peaks at 350 nm for zircon, flanked by smaller peaks at 333 nm and 383-387 nm, whereas zirconia showed smaller peaks in the regions of 332-335 nm and 371-387 nm. In practical applications, zircon is used as a filler in composites with Polymethylmethacrylate (PMMA) as the matrix, which is applied to the cladding of plastic optical fibers, singlemode-multimode-singlemode (SMS), and Polymer Optical Fiber (POF). The results demonstrated that in both types of optical fibers, zircon not only acted as a stabilizer of transmission wavelength but also enhanced sensitivity. The addition of 1 wt% zircon to the PMMA cladding of SMS optical fibers successfully restrained peak wavelength shifts by up to 94%, while simultaneously increasing sensitivity by 18%.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	zirkon, zirkonia, pasir zirkon, komposit PMMA/zirkon, piranti optik zircon, zirconia, zirkon sand, PMMA/zircon composites, optical device
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC173.4.C63 Composite materials Q Science > QC Physics > QC271 Temperature measurements Q Science > QC Physics > QC448 Fiber optics. Q Science > QC Physics > QC475 Photoluminescence Q Science > QC Physics > QC 611.97.T46 Temperature effects. Including transition temperature
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Detak Yan Pratama
Date Deposited:	02 Feb 2025 02:55
Last Modified:	02 Feb 2025 02:55
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/117477

Actions (login required)

View Item