Perpustakaan Digital ITB

Na2TiSiO5 (NTSO) merupakan material dengan sifat self-luminescence yang menjanjikan sebagai material alternatif pada komponen light emitting diode (LED) tanpa unsur logam tanah jarang. Namun, intensitas emisi yang rendah menghambat penerapannya pada lampu komersial. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh substitusi NTSO dengan ion Ca2+, khususnya terhadap struktur dan sifat luminesensinya. Sampel Na2(1-x)CaxTiSiO5 (x = 0,00; 0,01; 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,50; 1,00) disintesis dengan metode reaksi fasa padat. Karakterisasi struktur dilakukan dengan difraksi sinar-X dan neutron, serta analisis dengan metode refinement LeBail dan Rietveld. Sifat fotoluminesensi dipelajari dengan spektroskopi fotoluminesensi pada suhu ruang untuk mengamati perubahan intensitas emisi terhadap variasi jumlah ion Ca2+. Pola difraksi sinar-X dan neutron pada daerah 0,00 ? x ? 0,25 menunjukkan bahwa senyawa Na2(1-x)CaxTiSiO5 memiliki struktur kristal yang sama dengan NTSO, yaitu ortorombik dengan grup ruang Pmc21. Peningkatan jumlah ion Ca2+ lebih lanjut menyebabkan transformasi dari fasa NTSO dengan struktur ortorombik menuju fasa CaTiSiO5 yang memiliki struktur monoklinik. Difraktogram sinar-X pada daerah 0,05 ? x ? 0,25 menunjukkan adanya puncak baru pada 2? = ~33o, dengan intensitas yang meningkat seiring dengan peningkatan jumlah ion Ca2+. Terdapat tiga dugaan yang menyebabkan munculnya puncak baru tersebut, antara lain adanya fasa sekunder, reduksi simetri struktur NTSO, atau perpindahan ion O2- dalam Na2(1-x)CaxTiSiO5. Analisis refinement untuk puncak baru tersebut menyimpulkan bahwa keberadaan ion Ca2+ menyebabkan terbentuknya fasa CaTiO3 pada daerah 0,05 ? x ? 0,25, berdasarkan kecocokan terbaik antara pola difraksi eksperimen dan perhitungan. Penurunan parameter kisi struktur Na2(1-x)CaxTiSiO5 teramati ketika jumlah Ca2+ meningkat. Peningkatan jumlah ion Ca2+ juga menyebabkan distorsi unit TiO5 dan mengubah valensi Tim+ dari +3 ke +2 ketika 0,10 < x < 0,15. Eksitasi cahaya pada senyawa Na2(1-x)CaxTiSiO5 di energi 4,84 eV menghasilkan emisi cahaya biru dalam rentang 2,00-3,00 eV dan sinar UV dalam rentang 3,30-3,60 eV. Sifat emisi cahaya biru dipertahankan untuk sampel Na2(1-x)CaxTiSiO5 terlepas dari jumlah ion Ca2+, sedangkan emisi UV dari senyawa tersebut terpisah menjadi dua puncak ketika jumlah ion Ca2+ meningkat, dengan energi emisi pada 3,40 eV dan 3,48 eV. Intensitas emisi biru dan UV tertinggi tercapai dengan nilai x = 0,15 dan menurun ketika jumlah ion Ca2+ meningkat. Perhitungan spektrum serapan sinar-X dan struktur elektronik dari NTSO menunjukkan bahwa orbital 4p dan 3d dari ion Tim+ dalam dua lingkungan koordinasi yang berbeda memiliki peran penting dalam transisi elektronik senyawa tersebut. Selain itu, terdapat orbital 4p dan 3d dari ion Tim+ yang saling berimpit pada daerah energi 4,00-4,50 eV. Hal ini menyebabkan pembentukan orbital campuran 4p-3d dari ion Tim+. Eksitasi pada 4,84 eV bersesuaian dengan transisi transfer muatan O 2p-Ti 4p. Aturan seleksi untuk transisi elektronik seharusnya melarang transisi tersebut, karena ?l = 0. Namun, transisi transfer muatan tersebut dapat terdeteksi pada spektrum eksitasi karena pencampuran orbital 4p-3d dari ion Tim+. Emisi UV dengan energi 3,40 eV dan 3,48 eV diduga berasal dari relaksasi radiatif elektron dalam orbital Ti 3d dari unit TiO5 dan TiO6. Emisi biru dari Na2(1-x)CaxTiSiO5 diduga berasal dari transisi d-d berdasarkan analisis diagram Tanabe-Sugano. Variasi bilangan oksidasi Tim+ menyebabkan perbedaan jumlah elektron dalam orbital 3d yang dapat beremisi.