SIFAT FOTOLUMINESENSI KACA DAN KARAKTERISASINYA

Kaca merupakan material keramik modern yang memiliki aplikasi yang luas di berbagai bidang. Aplikasi material kaca tidak terlepas dari pengetahuan dasar tentang sifat fisis material ini, seperti sifat optik, sifat mekanik, maupun sifat kelistrikannya. Salah satu tinjauan yang menarik untuk diketahui adalah sifat optik kaca.

Pengetahuan sifat optika kaca membawa perkembangan aplikasi kaca pada penggunaan praktis seperti saklar optik, wave guide, teknologi laser maupun optical amplifier [1]. Sifat optik kaca diantaranya adalah fotoluminesensi, absorbansi, indeks bias, dispersi optik, dan lain-lain. Sifat fotoluminesensi kaca menjadi topik yang menarik untuk dikaji pada di era modern ini. Amjad, dkk (2012) mempelajari sifat luminesensi dari kaca Magnesium-Tellurite yang berpotensi sebagai laser dengan band-gap energi yang lebar[2]. Adapun Ren, dkk (2014) mempelajari sifat luminesensi kaca Ce/Tb/Eu Cco yang didoping calcium borosilikat pada penambahan Eu₂O₃ yang berpotensi untuk aplikasi LED berwarna putih [3]. Sifat fotoluminesensi kaca tersebut dapat dikarakterisasi menggunakan alat spektroskopi luminesensi.

A. Fotoluminesensi

Fenomena yang melibatkan penyerapan energi dan emisi cahaya secara umum disebut dengan lumenesensi [4]. Fotoluminesensi merupakan emisi cahaya secara spontan dari sebuah material yang mengalami eksitasi optik. Saat energi cahaya dari luar diberikan pada material cukup besar, maka foton akan terserap dan electron mengalami eksitasi. Seringkali, eksitasi tersebut tidaklah stabil sehingga electron kembali pada keadaan dasarnya. Saat electron kembali pada keadaan dasar inilah cahaya dipancarkan [5]. Salah satu fenomena fotoluminesensi pada material kaca tampak telah dilaporkan oleh Lee, dkk (2013) pada gambar 1

Spectrum PL beragam bergantung pada jenis materialnya sehingga melalui karakterisasi sifat ini sifat khas dari material dapat dipelajari. Sifat khas dari material melalui karakterisasi PL dapat diketahui melalui spectrum fotoluminesensinya. Setiap bahan fotoluminesensi memiliki karakterisasi kahs Contoh spektrum fotoluminesensi dapat ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Fotoluminesensi pada kaca dari Sekam Padi

Gambar 2 menunjukkan spectrum fotoluminesensi kaca PL dari sekam padi yang diperoleh Lee, dkk pada tahun 2013. Garis berwarna hitam menunjukkan spektrum fotoluminesensi pada kaca PL dari sekam padi yang telah dipapari sinar menit selama 2 menit, sedangkan garis berwarna hijau setelah 5 menit. Emisi cahaya yang dimiliki kaca PL dari sekam padi berada pada daerah 500 nm menunjukkan kaca dari jenis ini memancarkan cahaya pada daerah spectrum hijau.

Efek Fotoluminesensi pada kaca biasanya digunakan pada konteks devais semikonduktor berbasis opto-elektronik seperti semikonduktor laser atau amplifier.

B. Spektroskopi Fotoluminesensi

Spektroskopi fotoluminesensi merupakan sebuah metode non-kontak dan non destruktif untuk mengetahui struktur eletronik dari suatu material. Adapun desain alatnya dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Desain Alat Spektroskopi PL

Prinsip dasar alat ini adalah cahaya dari laser dipaparkan secara langsung pada sampel. Sampel tersebut akan menyerap cahaya tersebut dan menyebabkan foto-eksitasi (eksitasi foton). Foto-eksitasi tersebut kemudian menyebabkan material melompat pada keadaan elektronik yang lebih tinggi dan kembali pada keadaan dasar dengan memancarkan foton. Pancaran foton tersebut kemudian difokuskan pada lensa yang kemudian akan diurai pada spectrometer dan dialanisis oleh detector yang dapat diilustrasikan melaui gambar 3.

Beberapa sifat material yang dapat dikarakterisasi mengguanakan spectroskopi PL adalah :

a. Energi Band-gap

b. Level impuritas dan deteksi cacat Kristal

c. Kualitas material

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sulhadi, Structural and Optical Properties of Erbium Doped Tellurite Glasses, Thesis, UTM (2007), pp.

[2] Amjad, R.J., M.R. Sahar, Samavati S. K. Ghoshal, R. Arifin, , M. R. Dousti, S. Naseem, S. Riaz, Annealing Time Dependent Up-conversion Luminescence Enhancement in Magnesium-Tellurite Glass, Journal of Luminescence (2012), pp.

[3] Ren, L., Xiaoqing Du, Xiaohua, L., Lei Jin, Wein Chen, Effect of sintering temperature on the luminescent properties of Eu Cco-doped high silica glass, Journal of Non-Crystalline Solids 366 (2013), pp. 30–34

[4] Ren, L., Xiaohua Lei, Xiaoqing Du, Lei Jin, Weimin Chen, Yong’an Feng, Effect of Eu2O3concentration on luminescent properties of Ce/Tb/Eu Cco-doped calcium borosilicate glass for white LED, Journal of Luminescence 142 (2013), pp. 150–154

[5] Shinde, Kartik N.; Dhoble, S.J.; Swart, H.C.; Park, Kyeongsoon, “Basic Mechanisms of Photoluminescence” in Phosphate Phosphors for Solid-State Lighting vol 174, Berlin Heidelberg : Springer-Verlag (2013), pp. 49-59

[6] Lee, T., Radzali Othman, Fei-Yee Yeoh, Development of photoluminescent glass derived from rice husk, biomass and bioenergy 59 (2013), pp. 380-392

[7] http://www.horiba.com/scientific/products/photoluminescence/