Analisis dan Mikrostruktur Biokeramik

MAKALAH

Untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Keramik

yang dibimbing oleh Ibu. Hartatiek

Disusun Oleh :

Ahmad Musyrifin 120322402584

Muhammad Fathur 120322402573

Nurul Mutowiah 120322402587

Umrotul 120322402585

Jurusan Fisika

Offering/kelas NH

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN FISIKA

JANUARI 2014

BAB I

1.1 TUJUAN

Mendeskripsikan mikrostruktur biokeramik dan analisisnya yang mencangkup :

1. Pengaruh pemrosesan Keramik pada mikrostrukturnya

2. Teknik X-ray Diffraction

3. Analisis komposisi kimia Keramik

4. Teknik Transmission Electron Microscopy (TEM)

5. Teknik Scanning Electron Microscopy (SEM)

1.2 PENDAHULUAN

Biokeramik diproduksi dalam berbagai bentuk dan fase yang memberikan banyak

fungsi yang berbeda dalam perkembangan kehidupan manusia. Dalam aplikasi biomedis,

biokeramik digunakan dalam bentuk bulk atau bahan-bahan berpori dalam bentuk yang

spesifik seperti implan, prostesis atau device prostesis. Selain itu, biokeramik yang

digunakan dalam bentuk bubuk berfungsi untuk mengisi ruang yang rusak selama proses

perbaikan secara alami dan digunakan sebagai lapisan pada substrat, atau fase kedua

dalam material komposit untuk meningkatkan kegiatan mekanis dan biologis seperti

osteoinduction atau osteointegrasi.

Biokeramik diolah dengan banyak metode yang berbeda sehingga

menghasilkan berbagai fase kristal tunggal, polycrystal, kaca, kaca-keramik, atau

komposit. Karakterisasi mikrostruktur bioceramik harus ditinjau dari berbagai sudut

pandang seperti komposisi kimia (stoikiometri atau kemurnian), keseragaman, tahap

distribusi, morfologi, ukuran butir, batas-batas butir, ukuran crystal, bagian kristalinitas,

pori-pori, retakan dan permukaan, dll.

BAB II

PEMBAHASAN

3.1 Pengaruh Pemrosesan Keramik pada Mikrostrukturnya

Umumnya, metode pengolahan bubuk untuk biokeramik adalah reaksi solid-

state atau dekomposisi, reaksi cairan seperti precipitation atau ko-precipitation, spray

pirolisis, freeze-drying, rute sol-gel, dll. Karakteristik seperti morfologi, stoikiometri dan

tingkat kristalinitas akan berbeda dari satu metode pengolahan ke metode pengolahan

yang lain. Kerugian dari metode pengolahan ini dibatasi oleh kehomogenan, aglomerasi

partikel, dan kemurnian yang rendah (bebas-stoikiometri) tergantung pada kondisi

pengolahan.

Hidroksiapatit (HA) memiliki sifat biokompatibilitas yang sangat baik, tidak

hanya dengan jaringan keras tetapi juga dengan jaringan lunak serta menambah

osteointegrasi secara langsung ketika diimplan ke dalam sebuah cacat tulang. Oleh

karena itu, HA telah digunakan dalam bedah ortopedi dalam bentuk bubuk dan bulk.

Namun, sifat mekanik tersebut kurang sesuai penggunaannya dalam situasi load-bearing.

Stoikiometri kristal bubuk HA dapat diproduksi dengan reaksi Solid-State

yang mana raw material untuk kalsiumnya adalah senyawa seperti CaHPO4, Ca(OH)2

atau Ca3(PO4)2 dengan rasio campuran yang tepat, dikompresi, dan sintering di atas suhu

950 C. (LeGeros dan LeGeros, 1993). Metode ini membutuhkan suhu tinggi dan waktu

heat-treatment yang panjang. Stoikiometri keramik HA dapat dianggap sebagai material

biokeramik yang bioaktif dan nonbiodegradable .

Di sisi lain, wet-chemical proses seperti presipitasi, hidrolisis, dan metode sol-

gel sering mengarah pada pembentukan HA bubuk non-stoikiometri, karena pengaruh

ion karbonat, hidrogen fosfat, kalium, sodium, nitrat, dan klorida, pembentukan kalsium

hydroxyapatite kurang sempurna. Variabel-variabel yang tidak terkendali ini akan

menyebabkan perubahan yang signifikan pada karakteristik kristalografi dan sifat

kimianya. Terputusnya ikatan HA dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti ukuran butir,

morfologi, luas permukaan, komposisi kimia, struktur kristal, sifat kristalinitas, dan

mikro-porositas bahan.

Substitusi ion dalam apatit mempengaruhi sifat-sifat seperti ukuran dan

morfologi kristal, dimensi kisi, dan kelarutan. Substitusi fluorida (F untuk OH)

menyebabkan ukuran kristal bertambah dan tingkat kelarutannya berkurang. Substitusi

karbonat menyebabkan ukuran kristal berkurang dan tingkat kelarutannya bertambah.

Magnesium (Mg untuk Ca) memiliki efek yang sama untuk CO3. Mg dan CO3 dan

menyebabkan efek sinergis pada ukuran kristal serta hilangnya sifat apatit (LeGeros,

2001). HA yang padat memiliki porositas kurang dari 5% dari volumenya, diproduksi

dengan kompresi atau memadatkan serbuk apatit ke dalam cetakan pada tekanan 60-80

MPa selanjutnya disintering pada tekanan atmosfer dengan rentan suhu mulai dari 950-

1300C. Mikroporositas dari padatan HA bergantung pada suhu dan lamanya proses

sintering (LeGeros dan LeGeros, 1993; Shi D., 2006).

Keramik alumina (Al2O3) telah digunakan sebagai ball-heads pada prostesis di

sendi pinggul dan implan gigi karena memiliki sifat biokompatibilitas yang sangat baik,

bentuk kapsul tipis, koefisien gesekan rendah, serta tingkat keausan yang rendah (Hench,

1991; Hulbert, 1993). Kecuali single kristal safir kadang digunakan untuk implant

gigi,yang biasanya digunakan adalah butiran halus polikristalin -Al2O3 dihasilkan

dengan pressing dan sintering pada suhu berkisar 1600-1800C. Kekuatan, ketahanan

kelelahan, dan kekuatan retak keramik polikristalin -Al2O3 tergantung pada ukuran

butir dan persentase penambahan doping (kemurnian) misalnya MgO. Bertambahnya

ukuran rata-rata grain (butir) mengurangi sifat mekanik dan mensimulasi media

fisiologis yang mempengaruhi kekuatan dan kelelahan keramik Al2O3 karena

pertumbuhan crack kritis (Ritter et al., 1979; Hench dan Ethridge, 1982). Pertumbuhan

subkritis crack pada lingkungan berair harus diminimalisir ketika sebuah komponen

mengalami strenght tinggi dan digunakan dalam waktu yang relatif lama. Air dikenal

untuk meningkatkan pertumbuhan subkritis crack pada single kristal Al2O3 (sapphire)

(Wiederhorn., 1969) dan keramik alumina polycrystalline (Evans, 1992). Air mendorong

pertumbuhan subkritis crack secara khusus (i) pada daerah lokal kisi yang tidak teratur

sepanjang batas butir, dan/atau (ii) pada daerah mikrostruktur dengan kemurnian yang

rendah pada batas-batas butir (Krell et al., 2003). Pada keramik alumina hubungan antara

ukuran butir yang kecil dan distribusi ukuran butir yang sempit agar memiliki sifat

mekanik yang baik sudah cukup jelas dibahas dalam biomaterial (Heimke, 1983).

Kemajuan yang luar biasa dari segi peningkatan ketahanan aus (Krell, 1996) dan

kekuatan (Krell dan kosong 1996) telah dicapai selama sepuluh tahun dalam

perkembangan mikrostruktur pada ukuran butir < 1 m. Nano-fase alumina, Titania, dan

HA telah dijelaskan oleh Webster et al. (2000a, b, 2001). Mereka membedakan dari segi

ukuran butiran yang kecil (kurang dari 100 nm) dan diharapkan untuk selektif

meningkatkan adhesi dan fungsi osteoblas dan pada saat yang sama mengurangi adhesi fi

broblasts.

Keramik berpori HA dan Al2O3 dapat dibuat dengan menggunakan alat

berbusa yang cocok. Secara mekanis bahan-bahan berpori lebih lemah dibanding bentuk

bulk yang bergantung pada porositas. Kekuatan bahan berpori menurun secara cepat.

Karena banyak daerah permukaan yang dipengaruhi kondisi lingkungan di sekitarnya

(Hench dan Ethridge, 1982).

Kaca dan keramik-kaca adalah bahan yang sangat menarik untuk aplikasi

biomedis karena:

mudah dibentuk (moulding);

komposisi kimianya sangat flexible

kaca menunjukkan sifat isotropik.

Kaca dapat diproduksi dengan teknik konvensional melt-quenching. Kaca-keramik

berasal dari kaca yang diproduksi dengan menggunakan melt-quenching yang kemudian

dikristalisasi berdasarkan perlakuan termal. Ketika permukaan inti terbentuk dan kristal

tumbuh pada kaca, terkadang dihasilkan sifat mekanik yang rendah. Dalam hal ini kaca

dihaluskan dulu, dan padatan hijau dari serbuk kaca dipanaskan, sintering dan kristalisasi

dilakukan pada waktu yang sama. Kadang-kadang penumbukan dan pemanasan

menurunkan sifat mekanik dari produk.

Khusus kaca dan keramik-kaca dapat menghasilkan ikatan kimia secara

langsung antara implan dan jaringan keras disekitarnya (bioaktif) yang dikembangkan

oleh Hench (Hench et al., 1972; Hench, 1991; Hench dan Wilson 1993). Komposisi

dasar gelas bioaktif dan keramik-gelas adalah SiO2, Na2O, CaO dan P2O5 (Cao dan

Hench, 1996). Reaktivitas permukaan kaca bioaktif atau keramik-gelas dapat dikontrol

oleh komposisi kimianya. Pembentukan lapisan hydroxycarbonate apatit (HCA) pada

permukaan antara kaca bioaktif dan jaringan keras dipercaya dapat menstabilkan kondisi

ikatan jaringan tulang. Mekanisme pembentukan apatit dilakukan oleh Hench (1991) dan

Kokubo et al. (2001). Kokubo et al. menyarankan bahwa pencampuran silika dengan

silanol memilki peran penting dalam pembentukan HCA. Penambahan fluorida dapat

menyebabkan pembentukan lapisan HCA dan mengurangi tingkat dissolusi kaca bioaktif

(Hench, 1991). Dilain pihak Al2O3 dapat menghambat ikatan tulang dan kation

multivalent lainnya seperti Ta2O5, TiO2, Sb2O3, dan ZrO2 (Gross dan Strunz, 1985; Gross

et al. 1988). Osaka dan rekan kerjanya (Imayoshi et al., 1997; Osaka et al. 1998)

mengamati pembentukan apatit secara in vitro pada serangkaian silika kaca biner (tiruan)

dari komposisi xMmOn(50 x / 2) (CaO SiO2) (x < 10 mol %; M = V, Cr, Mn, Co,

Zn, W, Ta) dengan thin-film XRD, Spektroskopi Inframerah, dan SEM setelah direndam

dalam simulasi cairan tubuh (Kokubo solusi, SBF; Kokubo et al., 1992). Kaca-Zn dan

Kaca-Ta sedikit korosif, sisa Ion Co, Zn dan Ta dari hasil lapisan silika gel, menhambat

pembentukan apatit.

Salah satu kelemahan dari gelas bioaktif adalah memiliki sifat mekanik yang

rendah. Alasan utama untuk pengembangan keramik-kaca bioaktif adalah menghasilkan

implan dengan sifat mekanik yang unggul. Keramik-kaca dapat dianggap sebagai kristal

kaca komposit yang mengandung berbagai macam fase kristal fase dengan ukuran dan isi

yang dapat dikontrol (Kokubo, 1993).

Substitusi tulang yang dapat diterima secara klinis adalah resorbable

prostheses dan autogenus tulang cancellous. Perbaikan implan dilakukan oleh aktivitas

osteoclast dan akhirnya digantikan oleh osteoid. Implan kalsium fosfat menunjukkan

karakteristik resapan yang bagus. Tricalcium fosfat (TCP, Ca3(PO4)2) telah

dikembangkan sebagai material bioaktif dan biodegradable pengganti tulang (Metsger et

al., 1982; Wiltfang et al., 2002). Meskipun implan kalsium fosfat digantikan oleh

jaringan tulang normal, kapasitas loadbearing lemah selama proses perbaikan karena

tingkat biodegradasi TCP terlalu cepat. Untuk mengurangi tingkat biodegradasi, keramik

biphasic kalsium fosfat (BCP) (komposit keramik yang terdiri dari campuran dari fase

HA dan -TCP) telah digunakan sebagai bahan cangkok tulang lebih dari satu dekade

(Daculsi, 1998). kelarutan BCP mirip dengan -TCP atau HA tergantung pada

perbandingan antara berat -TCP/HA dalam keramik komposit. Kelarutan komposit

keramik dapat dimodifikasi dengan memvariasi komposisinya. Karakteristik seperti

kristalinitas, ukuran partikel, morfologi, spesifikasi luas permukaan, dan cacat memiliki

peran penting pada tingkat kelarutan. Hal ini juga tergantung pada bentuk fisik keramik

ketika digunakan dalam tubuh manusia: bubuk atau bulk, padat atau berpori.

3.2 Teknik Pencitraan Keramik

3.2.1 Difraksi Sinar-X

Hamburan koheren sinar-x dari bahan kristal menyebabkan terjadinya difraksi,

pola difraksi memberikan informasi tentang struktur dan komposisi kimia material

kristal. Metode difraksi sinar X yakni sampel diletakkan pada sampel holder

difraktometer sinar X. Proses difraksi sinar X dimulai dengan menyalakan difraktometer

sehingga diperoleh hasil difraksi berupa difraktogram yang menyatakan hubungan antara

sudut difraksi 2 dengan intensitas sinar X yang dipantulkan. Untuk difraktometer sinar

X, sinar X terpancar dari tabung sinar X. Sinar X didifraksikan dari sampel yang

konvergen yang diterima celahdalam posisi simetris dengan respon ke fokus sinar X.

Sinar X ini ditangkap oleh detektor sintilator dan diubah menjadi sinyal listrik. Sinyal

tersebut, setelah dieliminasi komponen noisenya, dihitung sebagai analisa pulsa

tinggi.Sampel harus kristal untuk mengidentifikasi fase. Bubuk difraksi sinar x

digunakan dalam identifikasi fase kristalin dalam sampel padat, mengevaluasi parameter

kisi dan informasi lainnya seperti ukuran crystallite dan kisi distorsi, penentuan bentuk

secara kuantitatif dalam sampel multifase, dan menemukan orientasi di kristal tunggal

atau orientasi pilihan dalam sampel polikristalin.

Analisis komposisi didasarkan pada pola Difraksi sinar-X yang unik untuk

setiap bahan kristal. Identifikasi bentuk dari pola XRD biasanya dilakukan dengan cara

mencocokkan beberapa pola standar yang sudah ada seperti JCPDS (file Difraksi powder

dari fasa organik dan anorganik), data kristal NBS dan File Cambridge dari Data

Struktural Crystal Organik Tunggal. Pola-pola XRD ini tersedia dalam perangkat lunak

untuk difraksi sinar x bubuk. Untuk campuran fisik, pola Difraksi bubuk merupakan

jumlah dari pola-pola bahan individu. Oleh karena itu, pola Difraksi dapat digunakan

untuk mengidentifikasi fase kristal dalam campuran. Konsentrasi fasa kristal dapat

ditentukan dengan metode yang didasarkan pada perbandingkan intensitas

puncakDifraksi dengan pola standar. Jika fase struktur kristal diketahui, konsentrasi

setiap fase dapat ditentukan oleh analisis Rietveld (Rietveld, 1969; Muda, 1993). Dalam

metode Rietveld, pola Difraksi teoritis dihitung, dan perbedaan antara pola teoritis dan

pola pengamatan diminimalkan. Efek dari faktor-faktor seperti pilihan orientasi,

texturing, dan memperluas ukuran partikel harus diminimalkan.

Puncak XRD yang sempit-meruncing,semakin meluas-pendek menunjukkan

seberapa ukuran crystallite (Elliott, 2002). HA diwakili sebagai Ca10 (PO4) 6 (OH)2 dan

ditandai dengan rasio Ca/P 1,67. Stoikiometri HA adalah monoklinik dengan kelompok

ruang P21/b, menunjukkan parameter kisi,a = 0.94 15 nm, b = 2a, c = 0.688 15 nm, =

120 (Elliott, 1994). Studi sebelumnya menunjukkan bahwa itu juga bisa menunjukkan

struktur hexagonal dengan ruang kelompok P63/m. Pola XRD yang khas dari HA dan

hydroxyl-carbonated apatite (HCA) disiapkan oleh proses kimia basah yang ditampilkan

pada gambar 3.1. Hal ini menunjukkan bahwa substitusi karbonat menyebabkan semakin

luas puncak Difraksi, dan menunjukkan penurunan ukuran crystallite. Selain ukuran

crystallite, lebar puncak XRD berisi beberapa informasi tentang ketegangan dalam

crystallite (Baig et al., 1999), yang muncul dari daerah pola unit-sel yang terdistorsi terus

menerus dengan daerah keteraturan/kesempurnaan. Jika gugus-gu gus atom, dan unit

sel-sel individu, yang identik satu sama lain (dalam hal kimia, ukuran, bentuk, biaya, dan

lokasi) dan sempurna selaras, maka crystallite akan unstrained. Lebar dari puncak XRD

akan sama di seluruh pola Difraksi, dan lebar mereka akan menunjukkan ukuran

crystallite. Sebaliknya, crystallite yang tegang mengalami penurunan dalam Ordo jangka

panjang; penurunan ini sangat mungkin berbeda dalam arah yang berbeda. Oleh karena

itu, lebar dari puncak pada pola Difraksi sinar x tidak akan seragam (Elliott, 2002;

Wopenka dan Pasteris, 2005).

3.2.2 analisis komposisi kimia dari keramik

Informasi kualitatif atau kuantitatif mengenai komposisi kimia permukaan

bahan dapat diperoleh emisi dari elektron , ion , dan foton lapisan paling luar dari

permukaan. Teknik yang paling banyak diterapkan untuk karakterisasi kimia permukaan

kaca dan keramik adalah Auger Electron Spectroscopy (AES), X-ray Photoelectron

Spectroscopy (XPS), dan Secondary ion Mass Spectroscopy (SIMS). Namun, teknik

analisis permukaan ini memerlukan penggunaan lingkungan vakum ultra-tinggi. Kondisi

analisis sangat terbatas dan seringkali tidak sesuai dengan yang ditemukan secara normal

dilingkungan.

a. Auger Electron Spektrokopi (AES)

Auger Elekctron Spektroskopi (AES ) dapat memberikan informasi mengenai

komposisi kimia , yang didasarkan pada proses dua tahap secara skematis ditunjukkan

pada gambar 3.2. Ketika sebuah elektron yang dipancarkan dari orbital atom terdalam

melalui tumbukan dengan elektron atau sinar- X ,bagian kosong yang dihasilkan akan

segera terisi oleh elektron lain dari orbital terluar . Energi yang dilepaskan dalam transisi

mungkin muncul sebagai foton sinar-X atau dapat ditransfer ke elektron lain ke orbital

terluar , dengan energi kinetik (Ek) sebesar :

= ( 3.1)

Dimana E1 dan E2 adalah energi ikat dalam keadaan ionisasi tunggal dan E3 * adalah

energi ikat atom dalam keadaan ionisasi ganda ( RahamanMohamed , 2007) . Elektron

yang keluar (Auger elektron) bergerak melewati padatan dan akan kehilangan energi

melalui tumbukan inelastis dengan elektron terikat. Namun, jika elektron Auger

dipancarkan cukup dekat dengan permukaan, mungkin akan lepas dari permukaan dan

dapat dideteksi oleh electron spectrometer.

Jumlah electron diplot sebagai fungsi dari energy kinetik elektron. Karena

setiap jenis atom memiliki karakteristik tingkat energi elektron sendiri, puncak dalam

pengamatan spektrum Auger dapat digunakan untuk menentukan komposisi dasar oleh

perbandingan dengam spectrum Auger standar untuk setiap elemen. Dengan

demikian,AES sebagian besar digunakan untuk analisis dasar. Untuk bahan keramik,

yang sebagian besar terisolasi, pengisian elektrostatik pada permukaan mungkin terjadi

dan ini menyebabkan pergeseran besar dalam energy elektron Auger, sehingga membuat

analisis spectrum menjadi sulit (Rahaman Mohamed, 2007).

Hal ini dimungkinkan untuk membuat pengamatan mendalam melalui

kombinasi dengan penggoresan permukaan, dimana penggoresan ini di lakukan oleh

percikan sinar ion argon. Dengan demikian depth profiling mode penting karena

komposisi permukaan biasanya berbeda dengan sebagian besar. Komposisi interface bisa

dianalisis secara mendalam dengan menggunakan AES. Yang berguna untuk

memberikan pemahaman mendalam tentang proses yang terjadi pada permukaan

material. Dengan menggunakan AES ,Clark et al . ( 1976) dan Kim et al . ( 1989 )

menyeelidiki tahapan reaksi yang terjadi pada sisi bioglass dari interface antara bioglass

dan jaringan, tahap awal pembentukan lapisan calsium fosfat pada permukaan bioglass,

dan seterusnya.

b. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)

X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) adalah salah satu metode paling

penting untuk mendeteksi komposisi kimia dan mengevaluasi keadaan ikatan kimia (atau

keadaan oksidasi) serta struktur elektronik dari permukaan (terluar 5-10 nm dari material

keramik). Sampel diiradiasi dengan sumber sinar-X berenergi rendah yang mengarah ke

emisi electron dari energi orbital atom terendah oleh efek fotolistrik seperti ditunjukkan

pada Gambar. 3.2. Energi kinetik yang diemisikan fotoelektron diberikan oleh

persamaan:

Ek = h Eb W (3.2)

dimana h adalah energi akibat foton sinar-X , Eb adalah energi ikat fotoelektron , dan W

adalah fungsi kerja spektrometer ( Rahaman Mohamed , 2007) . Dengan mengukur Ek ,

dalam spektrometer (analisa hemispherical dan detektor multichannel) dan W diketahui,

energi ikat dapat ditentukan dari Persamaan( 3.2 ) . Data biasanya diplot sebagai jumlah

elektron yang dipancarkan dibandingkan dengan energi ikat. Energi ikat elektron

merupakan karakteristik dari atom dan orbital dimana elektron dipancarkan. Untuk

analisis kualitatif, pada resolusi rendah, spektrum wide-scan mencakup berbagai macam

rentan energi (nilai energi ikat berkisar antara 0-1254 eV (Mg K) atau 1.487 eV (Al

K)) berfungsi untuk menentukan komposisi unsur permukaan. Posisi puncak pada

spektrum di bandingkan dengan spektrum standart untuk menentukan keberadaan

elemen. Bentuk penelitian spektrum XPS dari -TCP komersial dan HA ditunjukkan

pada Gambar. 3.3. Hal ini menunjukkan bahwa Ca, P, O, dan C terkontaminasi. Sebagian

besar karbon ini disebut adventif karbon yang didasarkan pada penyerapan dari

hidrokarbon pengotor dan digunakan untuk kalibrasi energi ikat dengan mengatur energi

ikatnya sebesar 284,6 eV untuk mengoreksi pengisian sampel (Wagner et al., 1979).

Untuk analisis kuantitatif, puncak utama untuk setiap elemen dipilih (daerah

puncak setelah penghapusan latar belakang atas dasar pengurangan garis dasar Shirley;

Shirley, 1972) dan intensitasnya diukur (Liu et al.,2000).

Konsentrasi fraksi atom dari elemen A diberikan oleh:

CA = (IA SA ) (Ij Sj ) (3.3)

dimana Ij adalah intensitas puncak yang diukur dari elemen j dan Sj adalah faktor

sensitivitas atom untuk puncak tersebut (Rahaman Mohamed, 2007). Faktor sensitivitas

atom, yang dapat dihitung secara teoritis atau diturunkan secara empiris, biasanya

diberikan dalam referensi manual yang diberikan oleh industri instrumen. Keakuratan

analisis kuantitatif (kurang dari 10%) adalah serupa dengan AES (Rahaman Mohamed,

2007). Informasi tentang ikatan kimia dan keadaan oksidasi permukaan atom dapat

ditentukan dari pergeseran kimia di posisi puncak dalam spektrum XPS. Untuk keramik,

yang sebagian besar berupa insulator, electrostatic charging pada permukaan dapat

terjadi hal ini menyebabkan distorsi bentuk puncak dari diferensial pengisian pada

permukaan bahan non-konduktif, membuatan analisis pengujian dari spectrum menjadi

sulit. Namun, pengisian permukaan dapat dinetralisir dengan mengatur Ni dengan

lubang 1 mm di atas permukaan sampel dan dengan mengalirkan elektron berenergi

rendah (5 ~ 7 eV) (Matsumoto et al, 1995;. Hayakawa et al, 1998.).

XPS juga merupakan alat yang berguna untuk memberikan wawasan tentang

proses kimia atau biomimetik yang terjadi pada permukaan biomaterial. Sebuah contoh

dari aplikasi adalah studi tentang proses pembentukan apatit pada bioaktif campuran Ti-

6Al-4V di SBF oleh Takadama et al. (2001). Mereka melaporkan bahwa paduan bioaktif

bentuk membentuk kelompok Ti-OH pada permukaannya dengan mengganti ion Na+

dari permukaan lapisan sodium titanat dengan ion H3O + pada cairan. Kelompok Ti-OH

dalam alloy merangsang pembentukan apatit secara tidak langsung, dengan membentuk

titanat kalsium dan kalsium fosfat (amorphous). Dihipotesiskan bahwa Kalsium titanat

mendapatkan muatan positif dengan meningkatkan waktu perendaman untuk berinteraksi

dengan ion fosfat bermuatan negatif di SBF, akibatnya terbentuk kalsium fosfat amorf,

yang kemudian menstabilkan pada kristal apatit .

3.2.3 Mikroskop Elektron

Mikroskop elektron transmisi (TEM) didedikasikan untuk analisa mikro

struktur dari material solid dalam skala sub nanometer karena resolusi yang saangat

tinggi. Photon digantikan oleh elektronberenergi tinggi (>100 kV) dan lensa glass oleh

lensa elektromagnetik. Berkas elektron menembus bagian lunak sampel namun ditahan

oleh bagian keras sampel. Detektor yang berada di belakang sample menangkap berkas

electron yang lolos dari bagian lunak sample. Akibatnya detector menangkap bayangan

yang bentuknya sama dengan bentuk bagian keras sample. Skema dari TEM lebih detail

dapat dilihat pada gambar berikut.

Gamba 3.2 Skema Transmisi Electron Microscopy (TEM)

Aplikasi utama dari TEM adalah sebagai analisis mikrostruktur, identifikasi defek,

analisis interfasa, struktur kristal, tatanan atom pada kristal, serta analisa elemental skala

nanometer.

Beberapa contoh aplikasinya sebagai berikut. Daculsi et al. (1991)

melaporkan adanya cacat kisi dimensi heksagonal yang berpengaruh terhadap

peningkatan cacat struktur keramik HA (disinterering pada suhu 950 C) tetapi tidak

pada HA yang disinterring pada suhu 1250 C. Pengamatan microcrystal pada

permukaan keramik HA setelah implantasi dalam tulang teridentifikasi sebagai apatit

oleh Difraksi elektron selektif dengan TEM (Tracy dan Doremus, 1984). Xinet al. (2006)

melaporkan bahwa transformasi fase in situ dari octacalcium fosfat (OCP) untuk HA

diamati oleh TEM, di mana transformasi itu disebabkan oleh iradiasi sinar elektron.

Proses transformasi dan perubahan struktur kristal diuji melalui bright-field image,

difraksi elektron, mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HRTEM) dan pola

transformasi Fourier cepat dari gambarHRTEM. Takadama et al. (2000) menyelidiki

mekanisme pembentukan inti apatit yang disebabkan oleh grup Si-OH, mana collodion

film didukung oleh grid titanium dihadapkan ke CaO, SiO2berbasis kaca mempunyai

jarak 0.5 mm di SBF 36.5 C dan mereka diamati di bawah TEM-EDX setelah direndam

dalam SBF untuk berbagai periode. Ion silikat yang terlarut dari kaca yang menempel

pada permukaan film collodion dalam 6 jam, dan dikombinasikan dengan ion kalsium di

SBF untuk membentuk kalsium silikat amorfdalam 12 jam. Ion kalsium ini

dikombinasikan dengan ion fosfat dalam SBF untuk membentuk amorf kalsium fosfat

dalam waktu 2 hari. Kalsium fosfatamorf ini berubah menjadi kristal apatit dalam 4 hari.

Energi-penyaringan TEM (EF-TEM)

Pendekatan pemetaan unsur dapat menjadi cara terbaik untuk menganalisis

dalam skala nanometer pada bahan seperti partikel halus dan antar muka/batas-batas,

fluktuasidua dimensi dalam komposisi disekitar skala nanometer yang mugkin terlewati

oleh analisis line-scan, yang dapat dinyatakan dalam gambar elemen distribusi. Distribusi

unsur tersebut diperoleh dengan suatu mikroskop electron transmisi yang dilengkapi

dengan fiturenergy filter(Botton dan phaneuuf 1999: Wittig et al., 2001; omura et al.,

2002 ) (EF TEM) atau scanning transmission electron microscope with an X-ray energy

dispersive spectrometer (STEM-XEDS) dan atau electron energy loss spectrometer

(STEM-EELS). Perbandingan ruang dari teknik sinar tetap EF-TEM dapat mencapai

kisaran subnanometer. Metode preparasi sampael seperti teknik focused ion beam(FIB)

juga penting untuk keberhasilan metodeenergi penyaringan dalam memecahkan ilmu

material.

Pemindaian elektron mikroskop (SEM)

Pemindaian elektron mikroskop (SEM) adalah teknik karakterisasi paling bergu

na untuk analisa mikro struktur dari material solid dalam sekala sub mikrometer. SEM

dapat digunakan untuk menggambarkan permukaan bahan keramik atau fraktur

permukaan bahan berpori. SEM dapat digunakan untuk mendapatkan komposisi kimia

yang dikombinasikan dengan EDX. Ohtsukiet et al. (1992, 1992) meperoleh berbagai

jenis material glass dengan komposisi yang berbeda dalam system rangkap tiga CaO-

SiO2-P2O5 oleh teknik konvensional melt-quenching dan kemudian glass direndam di

SBF 36oC untuk berbagai periode dalam menyelidiki jenis bahan yang membentuk

lapisan tulang apatit pada permukaan tubuh makhluk hidup. Pembentukan apatit pada

permukaan mereka diteliti oleh analisis filem tipis (TF)-XRD dan pengamatan SEM.

.

BAB III

KESIMPULAN

1. Karakteristik seperti morfologi, stoikiometri dan tingkat kristalinitas akan berbeda

dari satu metode pengolahan ke metode pengolahan yang lain. Kerugian dari metode

pengolahan ini dibatasi oleh kehomogenan, aglomerasi partikel, dan kemurnian yang

rendah (bebas-stoikiometri) tergantung pada kondisi pengolahan.

2. Difraksi sinar X merupakan salah satu teknik analisis yang salah satunya dapat

menyediakan informasi tentang struktur dan komposisi kimia bahan kristal,

identifikasi dan analisis fasa.

3. Teknik yang dapat dipakai untuk analisis komposisi karakterisasi kimia dari kaca dan

keramik adalah Auger Electron Spectroscopy (AES), X-ray Photo Electron

Spectroscopy (XPS), dan Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS).

4. Mikroskop elektron transmisi (TEM) digunakan untuk analisa mikro struktur dari

material solid dalam skala sub nanometer, karena memiliki resolusi yang sangat

tinggi.

5. SEM adalah teknik karaterisasi yang digunakan untuk analisa mikrostruktur dari

material solid dalam skala sub mikrometer.