Menjelajahi Performa Unggul Film Tipis Nanostruktur Oksida Seng (ZnO) Berorientasi (002) dalam Meningkatkan Gas NO: Sebuah Kajian Jurnal IEEE Access

Tinjauan umum tentang oksida seng (ZnO) dan aplikasinya

    Oksida seng (ZnO) adalah material semikonduktor yang memiliki kestabilan kimia dan termal yang baik, serta mudah disintesis dengan berbagai metode. Material ini memiliki bandgap langsung yang lebar, energi ikatan eksiton yang tinggi, dan mobilitas elektron yang baik. Sifat-sifat tersebut menjadikan oksida seng sebagai material potensial untuk aplikasi sebagai sensor gas, termasuk sebagai sensor gas nitric oxide (NO) dan jenis sensor lainnya seperti transistor efek lapangan, SAW, fotokatalisis, fotovoltaik, dan perangkat piezoelektrik. Selain itu, oksida seng juga memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai bahan untuk aplikasi lingkungan dan energi.

Metode

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode dua tahap, yaitu melalui proses penaburan melalui metode penyelimutan (dip-coating) dan proses pertumbuhan melalui deposisi bath kimia (CBD). Selain itu, dalam pembuatan film ZnO dilakukan penambahan diethanolamine (DEA) pada tahap penaburan untuk mempengaruhi orientasi kristal film yang dihasilkan.

Deskripsi tentang nanostruktur film tipis oksida seng (ZnO)

    Dalam sebuah studi yang dilakukan oleh Advanced Functional Materials Research Group di Institut Teknologi Bandung, Indonesia, terungkap bahwa film tipis oksida seng (ZnO) yang memiliki orientasi khusus yaitu (002) dapat memiliki kinerja yang lebih baik sebagai sensor gas nitrat oksida (NO). Film tipis ZnO tersebut disintesis dengan menggunakan metode dua langkah yaitu melalui proses seeding dengan metode dip-coating dan proses pertumbuhan dengan metode chemical bath deposition (CBD). Mereka membandingkan dua sampel film ZnO, yaitu sampel A yang tidak menggunakan diethanolamine (DEA) dalam proses seeding dan sampel B yang menggunakan DEA. Hasil pengamatan X-ray diffraction (XRD) menunjukkan bahwa sampel B memiliki pola difraksi struktur kristalin heksagonal yang terorientasi pada arah normal permukaan substrat, menunjukkan bahwa film ZnO tumbuh sepanjang orientasi (002) pada sampel B. 

    Sampel B memiliki respons yang lebih tinggi terhadap gas NO dan respons gas dinamis yang lebih tinggi dan sensitivitas yang tinggi. Oleh karena itu, film tipis ZnO yang terorientasi pada (002) memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan film tipis ZnO yang terorientasi secara acak sebagai sensor gas NO. Metode yang digunakan untuk menghasilkan film tipis ZnO yang terorientasi pada (002) adalah CBD yang merupakan metode sederhana, murah, mudah dan menghasilkan area deposit yang luas. DEA yang merupakan agen katalis chelating yang umumnya digunakan dalam metode sol-gel untuk mempersiapkan ZnO, juga digunakan dalam metode CBD dalam studi ini untuk memastikan orientasi khusus pada film tipis ZnO. Karakteristik struktural film tipis ZnO tersebut dapat diamati dengan menggunakan berbagai metode seperti XRD, SEM, HRTEM, dan SAED.

Performa peningkatan gas NO

    Dalam penelitian yang dilakukan oleh Advanced Functional Materials Research Group di Institut Teknologi Bandung, disebutkan bahwa kinerja film tipis nanostruktur oksida seng (ZnO) dapat meningkatkan sensitivitas terhadap gas nitric oxide (NO). Film tersebut disintesis dengan menggunakan proses dua langkah yang meliputi proses pelapisan dengan metode dip-coating dan proses pertumbuhan dengan deposisi kimiawi. Terdapat dua sampel film ZnO yang dibuat, yaitu sampel A dan B. Sampel B mengandung diethanolamine (DEA) dalam proses pelapisan dan memiliki kristal yang terorientasi pada muka substansi pada arah normal, sementara sampel A memiliki orientasi kristal yang acak. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa sampel B memiliki respons dan sensitivitas yang lebih tinggi terhadap gas NO daripada sampel A. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa film tipis ZnO yang terorientasi pada muka substansi (002) memiliki kinerja yang lebih baik dalam mendeteksi gas nitric oxide.

Potensi aplikasi dalam bidang lingkungan dan industry

    Sumber bacaan membahas peningkatan performa senyawa NO gas yang digunakan sebagai sensor gas dengan menggunakan film tipis oksida seng (ZnO) yang berorientasi (002). Film tipis ini dapat memiliki potensi aplikasi dalam teknologi pengendalian polusi, seperti dalam sistem pemurnian udara atau dalam pengurangan emisi kendaraan bermotor. Hasil penelitian menunjukkan bahwa film ZnO berorientasi (002) memiliki kinerja yang lebih baik daripada film ZnO yang berorientasi acak dalam mendeteksi gas NO. Film ZnO berorientasi (002) menunjukkan respons gas yang lebih tinggi dan sensitivitas yang lebih tinggi terhadap gas NO. Studi ini dilakukan oleh Kelompok Riset Materi Fungsional Lanjutan di Institut Teknologi Bandung dan didanai secara parsial oleh berbagai organisasi.

Kesimpulan

    Studi ini menunjukkan bahwa film tipis oksida seng (ZnO) yang memiliki orientasi khusus yaitu (002) memiliki kinerja yang lebih baik dalam mendeteksi gas nitrat oksida (NO). Penggunaan metode dua langkah, yaitu dip-coating dan chemical bath deposition (CBD), serta penambahan diethanolamine (DEA) dalam proses pelapisan film ZnO, dapat menghasilkan film berorientasi (002) dengan respons gas yang lebih tinggi dan sensitivitas yang lebih tinggi terhadap gas NO. Temuan ini memiliki potensi aplikasi yang luas dalam pengendalian polusi dan pengurangan emisi kendaraan bermotor, serta dapat menjadi dasar untuk pengembangan sensor gas yang lebih efisien dan andal.

Harap diperhatikan bahwa rincian spesifik yang disajikan dalam sumber ini akan bervariasi dan memerlukan akses langsung ke sumber tersebut untuk memperoleh informasi lebih lanjut tentang konten yang dijelaskan.

Sumber :

Septiani, N. L. W., Adhika, D. R., Saputro, A. G., & Yuliarto, B. (2019). Enhanced NO gas performance of (002)-oriented zinc oxide nanostructure thin films. IEEE Access, 7, 155446-155454.