PENGARUH KOMPOSISI DAN SUHU SINTERING TERHADAP KARAKTERISASI BARIUM STRONSIUM TITANAT

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH KOMPOSISI DAN SUHU SINTERING TERHADAP KARAKTERISASI BARIUM STRONSIUM TITANAT (BaxSr1-xTiO3) YANG DIBUAT DENGAN METODE SOLID STATE REACTION

Disusun oleh : RETNO MAHARSI M0210056

SKRIPSI

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juni, 2014

i


digilib.uns.ac.id

PENGARUH KOMPOSISI DAN SUHU SINTERING TERHADAP KARAKTERISASI BARIUM STRONSIUM TITANAT (BaxSr1-xTiO3) YANG DIBUAT DENGAN METODE SOLID STATE REACTION

Disusun oleh : RETNO MAHARSI M0210056

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juni, 2014


digilib.uns.ac.id

ii


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang SINTERING TERHADAP KARAKTERISASI BARIUM STRONSIUM TITANAT (Ba xSr1-xTiO3) YANG DIBUAT DENGAN METODE SOLID STATE REACTION saya. Sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan, kecuali yang secara tertulis diacu dalam Skripsi ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau dicopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis. Surakarta, 20 Juni 2014 Retno maharsi

iii


digilib.uns.ac.id

MOTTO

Maka nikmat Tuhan mu yang manakah yang engkau dustakan? (Q.S. Ar-Rahman)

Guide your curiosity and find a way to get know, you will be the smart one, then. (Quote by me)

iv


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN

Dengan rahmat Allah SWT, karya ini kupersembahkan kepada: 1. Bapak dan Ibu, orang tua tercinta 2. Kakak-kakak dan keluarga besar yang selalu memberikan dukungan 3. Dosen Pembimbing 4. Keluarga INERSIA 2010 5. Para pembaca sekalian

v


digilib.uns.ac.id

Pengaruh Komposisi dan Suhu Sintering terhadap Karakterisasi Barium Stronsium Titanat (BaxSr1-xTiO 3) yang Dibuat dengan Metode Solid State Reaction RETNO MAHARSI Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Barium stronsium titanat (Ba xSr1-xTiO3) telah dibuat dengan metode solid state reaction. Variasi komposisi yang dilakukan adalah x=0,5; 0,7; dan 0,9. Sampel di-sintering pada variasi suhu 800 °C dan 900 °C selama 4 jam, serta 1000 °C selama 1 jam. Uji karakteristik kekristalan dilakukan dengan instrumen X-Ray Diffractometer (XRD). Perubahan komposisi menyebabkan pergeseran sudut difraksi, dengan semakin besarnya nilai x, sudut difraksi semakin kecil. Morfologi Ba xSr1-xTiO3 yang di-sintering pada suhu 900 °C diuji dengan instrumen Scanning Electron Microscopy (SEM). Semakin banyak komposisi Ba menyebabkan ukuran butir kristal semakin kecil. Pengujian konstanta dielektrik dilakukan dengan RLC meter pada frekuensi 1 KHZ. Konstanta dielektrik tertinggi diperoleh pada Ba0,9Sr0,1TiO3 yang di-sintering pada suhu 900 °C, yaitu sebesar 468. Pengujian dengan Sawyer Tower menunjukkan bahwa Ba0,5Sr0,5TiO3 dan Ba0,7Sr0,3TiO3 bersifat paraelektrik sedangkan Ba 0,9Sr0,1TiO3 bersifat feroelektik. Kata kunci: BaxSr1-xTiO3, solid state reaction, XRD, konstanta dielektrik, feroelektrik

vi


digilib.uns.ac.id

The Influence of Composition and Sintering Temperature on Properties of Barium Strontium Titanate (BaxSr 1-xTiO3) Prepared By Solid State Reaction Method RETNO MAHARSI Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University ABSTRACT Barium strontium titanate (Ba xSr1-xTiO3) materials were prepared by solid state reaction method. The samples were made with a varied composition of at x=0,5; 0,7; and 0,9. The sintering temperature was held at 800 °C and 900 °C for 4 hours also at 1000 °C for 1 hour. Crystalline characterization of samples was performed by X-Ray Diffractometer (XRD) instrument. The diffraction angle becomes smaller as the increase of x. The morfology of Ba xSr1-xTiO3 sintered at 900 °C was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) instrument. The SEM images show that the grain size becomes smaller as the x increases. Dielectric constant was obtained by RLC meter characterization at frequency of 1 KHz. The highest value of dielectric constant is 468 on Ba0,9Sr0,1TiO3 with sintering temperature at 900 °C. The hysterisis characterization was obtained by Sawyer Tower method. The resulted curves show that Ba 0,5Sr0,5TiO3 and Ba0,7Sr0,3TiO3 are paraelectric, while Ba0,9Sr0,1TiO3 is ferroelectric. Keywords: BaxSr1-xTiO3, solid state reaction, XRD, dielectric constant, ferroelectric

vii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan segala nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul PENGARUH

KOMPOSISI

DAN

SUHU

SINTERING

TERHADAP

KARAKTERISASI BARIUM STRONSIUM TITANAT (Ba xSr1-xTiO3) YANG DIBUAT DENGAN METODE SOLID STATE REACTION Penyelesaian skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1.

Ibu Dr. Yofentina Iriani, M.Si., selaku Pembimbing I, yang telah memberikan topik skripsi, membimbing, mendampingi, memotivasi, serta memberikan saran dan koreksi dalam pengerjaan penelitian dan penyusunan laporan skripsi.

2.

Bapak Anif Jamaluddin, M.Si., selaku Pembimbing II, yang telah memberikan motivasi, bimbingan dan saran dalam pengerjaan penelitian dan penyusunan laporan skripsi.

3.

Bapak Dr.Eng Risa Suryana, M.Si. dan Bapak Drs Darmanto, M.Si. selaku Dewan Penguji.

4.

Kepala Jurusan Fisika FMIPA UNS, Bapak Ahmad Marzuki, S.Si., P.hd.

5.

Bapak Artono, M.Si. dan Bapak Budi Legowo, M.Si. selaku pembimbing akademik.

6.

Para Dosen dan Staff Jurusan Fisika FMIPA UNS

7.

Rekan-rekan dan mantan rekan grup Feroelektrik, Mbak Meisya, Qudratun, Uki, Dianisa, Mbak Novi, Mbak Riana, Mbak Tira, Mas Nuril, Mbak Erma, Mbak Dwi, Mbak Herlin, dan Mbak Soka.

8.

Rekan-rekan grup Material.

9.

INERSIA 2010, Tim Sukses Ujian Skripsi, dan Amrina Mustaqim. Terima kasih atas segala bantuan, saran, kesan, dan hiburannya.

10. Teman-teman Fisika FMIPA.

viii


digilib.uns.ac.id

11. Mas Arifin dan Pak Darmanto dari Fakultas Teknik yang telah membantu proses penelitian. 12. Mas Fengky, Hendro, Edi, dan Ika Dedy yang telah membantu dalam proses pengujian. 12. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang membantu penulis sehingga laporan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam isi maupun penyajian materi dalam laporan ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Semoga laporan penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca. Amiin Surakarta, 20 Juni 2014

Penulis

ix


digilib.uns.ac.id

PUBLIKASI Sebagian Sintering terhadap Karakterisasi BaxSr1-xTiO3 yang Dibuat dengan Metode Solid State Reaction Digital Library Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.

x


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................. HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... PERNYATAAN ......................................................................................... MOTTO ..................................................................................................... PERSEMBAHAN...................................................................................... ABSTRAK ................................................................................................. ABSTRACT ............................................................................................... KATA PENGANTAR............................................................................... HALAMAN PUBLIKASI......................................................................... DAFTAR ISI.............................................................................................. DAFTAR GAMBAR ................................................................................. DAFTAR TABEL ..................................................................................... DAFTAR SIMBOL ................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1.1. Latar Belakang............................................................................ 1.2. Batasan Masalah ......................................................................... 1.3. Perumusan Masalah .................................................................... 1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................ 1.5. Manfaat Penelitian ..................................................................... BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................... 2.1. Struktur Perovskite................................................................... 2.2. Feroelektrik .............................................................................. 2.3. Konstanta Dielektrik ................................................................ 2.4. Barium Stronsium Titanat ........................................................ 2.5. Sintering ................................................................................... 2.6. X-Ray Diffraction (XRD) ......................................................... 2.7. Scanning Electron Microscopy (SEM) .................................... 2.8. Sawyer Tower .......................................................................... 2.9. Rangkaian RLC ........................................................................ 2.10. Metode Rietveld dengan GSAS................................................ BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................... 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................. 3.2. Alat dan Bahan Penelitian ........................................................ 3.2.1. Alat Alat Penelitian ...................................................... 3.2.2. Bahan-Bahan Penelitian ............................................... 3.3. Metode Penelitian..................................................................... xi

i ii iii iv v vi vii viii x xi xii xiii xiv xv 1 1 4 4 4 5 6 6 7 9 11 15 16 18 19 19 20 22 22 22 22 24 24


digilib.uns.ac.id

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ........................................... 3.3.2. Penimbangan Massa Serbuk......................................... 3.3.3. Pencampuran Serbuk dengan Metode Solid State Reaction........................................................................ 3.3.4. Pengepresan Serbuk Ba xSr1-xTiO3................................ 3.3.5. Sintering Bulk BaxSr1-xTiO3 ......................................... 3.3.6. Karakterisasi Bulk BaxSr1-xTiO3 ................................... 3.3.7. Analisa Data Hasil Penelitian....................................... BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 4.1. Struktur Kristal ......................................................................... 4.2. Morfologi BaxSr1-xTiO3 ............................................................ 4.3. Konstanta Dielektrik BaxSr1-xTiO3 ........................................... 4.4. Karakterisasi Histerisis BaxSr1-xTiO3 ....................................... BAB V PENUTUP..................................................................................... 5.1. Kesimpulan ................................................................................. 5.2. Saran ........................................................................................... DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ LAMPIRAN ..............................................................................................

xii

24 26 26 26 27 27 29 32 32 40 42 44 47 47 47 49 52


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Struktur perovskite ABO3....................................................... Gambar 2.2. Kurva histerisis material feroelektrik ..................................... Gambar 2.3. Nilai konstanta dielektrik pada transisi feroelektrik barium titanat ...................................................................................... Gambar 2.4. Grafik perubahan parameter kisi terhadap komposisi ......................................................................... Gambar 2.5. Nilai konstanta dielektrik film BST sebagai fungsi komposisi Ba xSr1-xTiO3 ........................................................................... Gambar 2.6. Perubahan struktur mikroskopik bulk selama proses sintering Gambar 2.7. Difraksi berkas sinar-X pada bidang atom A- .... Gambar 2.8. Skema rangkaian Sawyer Tower ............................................ Gambar 2.9. Rangkaian RLC meter ............................................................ Gambar 3.1. Neraca timbang digital ........................................................... Gambar 3.2. Lumpang dan mortar alumina ............................................... Gambar 3.3. Mesin press hidrolik dan cetakan .......................................... Gambar 3.4. Furnace ................................................................................... Gambar 3.5. Bahan-bahan pembuat BST.................................................... Gambar 3.6 Diagram alir penelitian ........................................................... Gambar 3.7. Sampel bulk BST setelah dipres............................................. Gambar 3.8. Sampel BST yang telah ditempeli elektroda .......................... Gambar 3.9. Osiloskop dan Function Generator ......................................... Gambar 3.10. Karakterisasi kapasitansi dengan instrumen RLC meter digital (LCR-800 Series GWInstek) ....................................... Gambar 4.1. Pola difraksi BaxSr1-xTiO3 dengan variasi nilai x = 0,5; 0,7; dan 0,9 pada suhu sintering 800 °C, 900 °C, dan 1000 °C .... Gambar 4.2. Hasil refinement Ba0,9Sr0,1TiO3 yang di-sintering pada suhu 900 °C ............................................................................ Gambar 4.3 Foto SEM BaxSr1-xTiO3 yang di-sintering pada suhu 900 °C Gambar 4.4. Grafik konstanta dielektrik (K) vs Frekuensi (dalam KHz) ... Gambar 4.5. Konstanta dielektrik vs suhu sintering BaxSr1-xTiO3 ............. Gambar 4.6. Respon polarisasi terhadap perubahan medan listrik .............

xiii

6 7 10 13 15 16 18 19 20 23 23 23 23 24 25 26 28 29 29 33 35 41 43 43 45


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat feroelektrik bulk ceramic dan thin film BT......................... Tabel 2.2. Perbandingan sifat feroelektrik BT dengan berbagai metode preparasi ...................................................................................... Tabel 4.1. Hasil proses refinement BaxSr1-xTiO3 ......................................... Tabel 4.2. Orientasi bidang kristal dan sudut difraksi BaxSr1-xTiO3 dengan suhu sintering 900 °C................................................................................................. Tabel 4.3. Intensitas puncak pada bidang (101) pola difraksi BaxSr1-xTiO3 Tabel 4.4. Tingkat kekristalan BST (dalam %)............................................ Tabel 4.5. Parameter kisi (dalam Å) BaxSr1-xTiO3 hasil proses refinement Tabel 4.6. Parameter kisi (dalam Å) BaxSr1-xTiO3 hasil proses perhitungan Tabel 4.7. Tetragonality Ba0,9Sr0,9TiO3 ...................................................... Tabel 4.8. Ukuran kristal (D) dalam nm dan lattice strain ( ) dalam % BaxSr1-xTiO3......................................................................................................................

xiv

11 12 35 36 37 38 38 39 39 40


digilib.uns.ac.id

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Keterangan

Satuan

P

Polarisasi

Coulomb.m -2

Ps

Polarisasi spontan

Coulomb.m -2

Pr

Polarisasi remanen

Coulomb.m -2

Ec

Medan koersif

Volt.m-1

Momen dipol listrik

Coulomb.m

Muatan listrik

Coulomb

Jarak antar pusat muatan

m

Tc

Suhu Curie

°C

K

Konstanta dielektrik

-

C

Kapasitansi

Farad

Permitivitas ruang hampa

8,85 x 10-12 Farad.m-1

A

Luas permukaan keping konduktor

m2

d

Jarak antar bidang kristal

Å

d

Jarak antar keping konduktor/ m tebal bahan dielektrik

Sy

least-squares

yi

intensitas difraksi pada titik-i Count

wi

kebalikan intensitas difraksi

q

Count-1

pada titik-i yci

intensitas difraksi pada titik-i Count hasil kalkulasi GSAS

a, b, c

Parameter kisi

Å

h, k, l

Indeks Miller

-

n

Bilangan bulat (1, 2, 3,...)

-

Panjang gelombang sinar-X

Å

Sudut difraksi

°

FMHM

radian xv


digilib.uns.ac.id

k

Konstanta Scherrer

-

D

Ukuran kristal

nm

D

Faktor dissipasi

-

Lattice strain

%

Chi square

-

R-weigted pattern

%

Rwp

xvi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Lampiran 2. Lampiran 3. Lampiran 4. Lampiran 5. Lampiran 6.

Database ICDD ................................................................... Pola difraksi bahan precursor.............................................. Hasil refinement dengan software GSAS ............................ Sudut difraksi BaxSr1-xTiO3 ................................................. vs .................................................. Data pengukuran konstanta dielektrik .................................

xvii

52 54 55 61 62 65

PENGARUH KOMPOSISI DAN SUHU SINTERING TERHADAP KARAKTERISASI BARIUM STRONSIUM TITANAT

Recommend Documents