Apa Itu Karakterisasi XRD?

01 Juni 2025

Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) atau Difraksi Sinar-X adalah sebuah teknik analisis material yang non-destruktif. Teknik ini sangat penting dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, terutama dalam ilmu material, kimia, fisika, dan geologi. 馃敩

Secara sederhana, XRD digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu material. Bayangkan setiap material padat tersusun atas atom-atom yang tertata dalam pola tertentu, seperti sidik jari yang unik. XRD mampu "membaca" pola sidik jari atomik ini.

Bagaimana Cara Kerja XRD?

Prinsip dasar XRD mengacu pada Hukum Bragg. Ketika seberkas sinar-X dengan panjang gelombang tertentu ditembakkan ke sebuah sampel material kristalin, sinar-X tersebut akan berinteraksi dengan susunan atom dalam kristal. Interaksi ini menyebabkan sinar-X terdifraksi atau terhambur ke berbagai arah. Namun, hanya pada sudut-sudut tertentu saja akan terjadi interferensi konstruktif, di mana gelombang-gelombang sinar-X yang terhambur saling menguatkan. Fenomena inilah yang dideteksi oleh instrumen XRD. Pola difraksi yang dihasilkan (disebut difraktogram) akan menunjukkan puncak-puncak intensitas pada nilai sudut (biasanya dilambangkan sebagai 2 atau 2-theta) tertentu. Posisi dan intensitas puncak-puncak ini khas untuk setiap material kristalin, mirip seperti sidik jari manusia.

Hukum Bragg dirumuskan sebagai:

n位=2dsin

Di mana:

  • n adalah bilangan bulat (orde difraksi)
  • adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan
  • d adalah jarak antar bidang atom dalam kristal (d-spacing)
  • adalah sudut datang sinar-X terhadap bidang kristal

Dengan mengetahui dan mengukur dari puncak-puncak difraksi, kita bisa menghitung nilai d, yang kemudian digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal material tersebut.

Oke, ini draf artikel untuk "Apa itu Karakterisasi XRD":

Apa Itu Karakterisasi XRD?

Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) atau Difraksi Sinar-X adalah sebuah teknik analisis material yang canggih dan non-destruktif. Teknik ini sangat penting dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, terutama dalam ilmu material, kimia, fisika, dan geologi. 馃敩

Secara sederhana, XRD digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu material. Bayangkan setiap material padat tersusun atas atom-atom yang tertata dalam pola tertentu, seperti sidik jari yang unik. XRD mampu "membaca" pola sidik jari atomik ini.


Bagaimana Cara Kerja XRD?

Prinsip dasar XRD mengacu pada Hukum Bragg. Ketika seberkas sinar-X dengan panjang gelombang tertentu ditembakkan ke sebuah sampel material kristalin, sinar-X tersebut akan berinteraksi dengan susunan atom dalam kristal.

Interaksi ini menyebabkan sinar-X terdifraksi atau terhambur ke berbagai arah. Namun, hanya pada sudut-sudut tertentu saja akan terjadi interferensi konstruktif, di mana gelombang-gelombang sinar-X yang terhambur saling menguatkan. Fenomena inilah yang dideteksi oleh instrumen XRD.

Pola difraksi yang dihasilkan (disebut difraktogram) akan menunjukkan puncak-puncak intensitas pada nilai sudut (biasanya dilambangkan sebagai 2 atau 2-theta) tertentu. Posisi dan intensitas puncak-puncak ini khas untuk setiap material kristalin, mirip seperti sidik jari manusia.

Hukum Bragg dirumuskan sebagai:

Di mana:

  • n adalah bilangan bulat (orde difraksi)
  • adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan
  • d adalah jarak antar bidang atom dalam kristal (d-spacing)
  • adalah sudut datang sinar-X terhadap bidang kristal

Dengan mengetahui dan mengukur dari puncak-puncak difraksi, kita bisa menghitung nilai d, yang kemudian digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal material tersebut.

Informasi Apa Saja yang Bisa Diperoleh dari XRD?

Karakterisasi XRD dapat memberikan berbagai informasi penting mengenai material, antara lain:

  • Identifikasi Fasa Kristalin: Ini adalah aplikasi utama XRD. Dengan membandingkan pola difraksi sampel dengan database pola difraksi standar (seperti dari ICDD - International Centre for Diffraction Data), kita dapat mengetahui jenis fasa kristalin apa saja yang ada dalam sampel. Misalnya, apakah sampel tersebut murni terdiri dari satu fasa atau merupakan campuran beberapa fasa.
  • Penentuan Struktur Kristal: Untuk material baru yang belum diketahui strukturnya, XRD dapat digunakan untuk menentukan parameter kisi, grup ruang, dan posisi atom dalam sel satuan kristal.
  • Analisis Kuantitatif Fasa: XRD dapat digunakan untuk menentukan persentase atau fraksi masing-masing fasa kristalin dalam sampel campuran.
  • Ukuran Kristalit (Crystallite Size): Lebar puncak-puncak difraksi berhubungan dengan ukuran rata-rata butir kristal (kristalit) dalam material. Semakin lebar puncak, semakin kecil ukuran kristalitnya. Ini dihitung menggunakan persamaan Scherrer.
  • Regangan Kisi (Lattice Strain): Pergeseran posisi puncak difraksi dari posisi idealnya dapat mengindikasikan adanya regangan (tarikan atau tekanan) dalam kisi kristal.
  • Tingkat Kristalinitas: XRD dapat membedakan antara material kristalin dan amorf (non-kristalin). Material kristalin akan menghasilkan pola difraksi dengan puncak-puncak yang tajam, sedangkan material amorf akan menghasilkan pola yang landai tanpa puncak yang jelas. Kita juga bisa memperkirakan persentase bagian yang kristalin dalam sampel semi-kristalin.
  • Orientasi Tekstur (Preferred Orientation): Jika kristalit-kristalit dalam material cenderung tersusun dengan orientasi tertentu, hal ini akan mempengaruhi intensitas relatif puncak-puncak difraksi.

Aplikasi Karakterisasi XRD

Karena kemampuannya yang serbaguna, XRD digunakan secara luas dalam berbagai bidang:

  • Ilmu Material: Pengembangan material baru, kontrol kualitas bahan baku dan produk jadi (logam, keramik, polimer, komposit), analisis kegagalan material.
  • Farmasi: Identifikasi fasa obat, kontrol kualitas bahan aktif dan eksipien, studi polimorfisme (bentuk kristal berbeda dari senyawa yang sama yang dapat mempengaruhi bioavailabilitas obat). 馃拪
  • Geologi dan Mineralogi: Identifikasi mineral dalam batuan dan tanah, studi formasi mineral. 鉀帮笍
  • Kimia: Sintesis dan karakterisasi senyawa baru, studi katalis.
  • Industri Semikonduktor: Analisis lapisan tipis, kontrol kualitas wafer silikon.
  • Forensik: Analisis barang bukti.
  • Arkeologi: Analisis komposisi artefak kuno.

 

Secara keseluruhan, karakterisasi XRD adalah alat yang sangat ampuh untuk memahami dunia material pada skala atomik. Dengan kemampuannya untuk mengungkap struktur dan komposisi fasa, XRD memainkan peran krusial dalam penelitian, pengembangan, dan kontrol kualitas di berbagai disiplin ilmu dan industri.