Pengaruh Subtitusi Ca oleh Fe dan Cr dalam Sintesis Keramik Ca3Co4O9 dengan Metode Teknik Sol-Gel Terhadap Struktur Mikro, Konduktivitas Listrik, dan Konduktivitas Termal

Rahman, Imam Syafrudin and Dr.rer.nat. Rachmat Triandi Tjahjanto, S.Si., M.Si. and Dr.Eng. Masruroh, S.Si., M.Si. (2024) Pengaruh Subtitusi Ca oleh Fe dan Cr dalam Sintesis Keramik Ca3Co4O9 dengan Metode Teknik Sol-Gel Terhadap Struktur Mikro, Konduktivitas Listrik, dan Konduktivitas Termal. Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Material termoelektrik merupakan material yang dapat mengkonversi energi panas menjadi energi listrik secara timbal balik yang didasari oleh adanya Efek Seebeck. Material Ca3Co4O9 (CCO) merupakan salah satu jenis material termoelektrik tipep yang memiliki stabilitas yang tinggi, tidak mudah teroksidasi, dan memiliki sifat termoelektrik yang baik. Struktur CCO terdiri dari dua lapisan, yaitu lapisan Ca2CoO3 dan lapisan CoO2 yang bertumpuk sepanjang sumbu c. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh substitusi Fe dan Cr dalam sintesis material Ca3Co4O9 (CCO) menggunakan metode sol-gel terhadap struktur kristal, ukuran kristal, konduktivitas termal, dan konduktivitas listrik. CCO merupakan material termoelektrik dengan efisiensi yang relatif rendah. Untuk meningkatkan kinerjanya, dopan diperkenalkan guna menghasilkan material CCO dengan efisiensi lebih tinggi, daya tahan yang lebih baik, dan dampak lingkungan yang minimal. Sintesis CCO dilakukan menggunakan metode sol-gel dengan berbagai variasi konsentrasi dopan Fe dan Cr, yaitu masing-masing sebesar x=0,015; 0,030; 0,045; 0,060; dan 0,075. Karakterisasi CCO dilakukan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan metode Rietveld Refinement. Perhitungan ukuran kristal dan micro strain menggunakan analisis plot William-Hall (WH). Pengujian konduktivitas termal dan resistivitas listrik dilakukan menggunakan perangkat uji konduktivitas termal Cyeeyo Thermal Conductivity Tester, dan perangkat uji resistivitas listrik JG Four Probe Resistivity Tester. Hasil penelitian menunjukkan bahwa CCO berhasil disintesis menggunakan metode sol-gel dengan Fe dan Cr berhasil disubstitusi tanpa mempengaruhi struktur kristal secara signifikan. Fe dan Cr mempengaruhi struktur kristal CCO melalui perubahan parameter kisi, jarak antar bidang kristal, dan perpanjangan unit sel pada sumbu c. Fe dan Cr juga mempengaruhi struktur mikro CCO melalui perubahan ukuran kristal, micro strain, dan indeks kristanilitas. Fe dan Cr cenderung meningkatkan konduktivitas termal dan menurunkan konduktivitas listrik CCO dengan konduktivitas listrik optimum diperoleh oleh konsentrasi x=0,075 untuk Fe dan (x=0,030) untuk Cr.

English Abstract

Thermoelectric materials are materials capable of converting heat energy into electrical energy and vice versa, based on the Seebeck Effect. Ca3Co4O9 (CCO) is a type of p-type thermoelectric material with high stability, resistance to oxidation, and good thermoelectric properties. The structure of CCO consists of two layers, namely the Ca2CoO3 layer and the CoO2 layer, which stack along the c-axis. This research aims to study the influence of Fe and Cr substitution in the synthesis of Ca3Co4O9 (CCO) material using the sol-gel method on crystal structure, crystal size, thermal conductivity, and electrical conductivity. CCO is a thermoelectric material with relatively low efficiency. To enhance its performance, dopants are introduced to produce CCO materials with higher efficiency, better durability, and minimal environmental impact. The synthesis of CCO was carried out using the solgel method with various concentrations of Fe and Cr dopants at x=0.015, 0.030, 0.045, 0.060, and 0.075. Characterization of CCO was conducted using X-Ray Diffraction (XRD) and Rietveld Refinement methods. Crystal size and microstrain were calculated using the Williamson-Hall (WH) plot analysis. Thermal conductivity and electrical resistivity were tested using the Cyeeyo Thermal Conductivity Tester and JG Four Probe Resistivity Tester, respectively. The results showed that CCO was successfully synthesized using the sol-gel method, with Fe and Cr successfully substituted without significantly affecting the crystal structure. Fe and Cr influenced the crystal structure of CCO by altering lattice parameters, interplanar spacing, and unit cell elongation along the c-axis. Additionally, Fe and Cr affected the microstructure of CCO by changing crystal size, microstrain, and crystallinity index. Both dopants tended to increase the thermal conductivity and decrease the electrical conductivity of CCO, with the optimum electrical conductivity obtained at x=0.075 for Fe and x=0.030 for Cr.

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	0424090078
Uncontrolled Keywords:	Material Ca3Co4O9; dopan; struktur mikro; konduktivitas termal; konduktivitas list
Divisions:	S2/S3 > Magister Kimia, Fakultas MIPA
Depositing User:	Unnamed user with username nova
Date Deposited:	04 Feb 2025 04:51
Last Modified:	04 Feb 2025 04:51
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/235482

Text (DALAM MASA EMBARGO) Imam Syafrudin Rahman.pdf Restricted to Registered users only Download (4MB)

Actions (login required)

View Item