MATERIAL ( 14 Files ) 114 r d safitri

(1)

Pengaruh Suhu

Sintering

Terhadap Struktur Mikro Konstanta dan

Dielektrik BariumTitanat (BaTiO

3

) Menggunakan Metode

Coprecipitation

R. D. SAFITRI1)_{, Y. S}_UBARWANTI1)_{, A. S}_UPRIYANTO2,*)_{, A. J}_AMALUDIN3)_{, Y. I}_RIANI2) 1)_{Pascasarjana Jurusan Ilmu Fisika Universitas Sebelas Maret.}

2)_{Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret.} 3)_{Program Studi Fisika FKIP Universitas Sebelas Maret.}

Jl.Ir. Sutami 36 A Kentingan, Surakarta E-mail: yopen_2005@yahoo.com

*) PENULISKORESPONDEN

ABSTRAK: Pembuatan sampel BaTiO3 telah dilakukan dengan metode Coprecipitation. Sampel

di-sintering pada suhu 1000o_{C dan 1100}o_{C. Uji struktur mikro dilakukan dengan instrumen}

X-Ray Diffraction (XRD). RCL Meter untuk mengetahui besarnya kostanta dielektrik. Berdasarkan analisis dengan perhitungan, parameter kisi BaTiO3dengan suhu sintering 1000oC waktu tahan

4 jam adalah a=b=3,9774nm, c=4,2256nm. Parameter kisi a=b= 4,0105 nm, c=4,0954 nm dengan suhu 1100o_{C. Nilai parameter kisi menunjukan struktur ktistal berbentuk tetragonal.}

Karakterisasi kekristalan yaitu semakin tinggi suhu sintering maka ukuran kristalnya semakin besar. Ukuran kristal dan regangan kisi sampel dengan suhu sintering 1000o_{C dan 1100}o_C

masing- masing sebesar 22,8nm, 25,8nm dan 93,672%,93,923%. Untuk konstanta dielektrik (K) dilakukan pengukuran pada rentang frekuensi 1 kHz hingga 100kHz. Nilai K sampel dengan suhu sintering 1000o_{C dan 1100}o_{C masing-masing sebesar 171 dan 184 pada frekuensi 1 kHz.}

Kata Kunci: Barium titanat,coprecipitation, konstanta dielektrik, suhusintering.

PENDAHULUAN

Perkembangan penelitian teknologi dan sains berbasis kelistrikan mengalami kemajuan yang cukup pesat, salah satunya kajian tentang material ferroelektrik. Material ferroelektrik dibidang elektronika membawa dampak positif bagi manusia, karena sifat bahan ferroeletrik dapat dimodifikasi sesuai kebetuhan serta mudah diintegrasikan dalam bentuk divais[1].

Material Ferroelektrik dapat diterapkan diterapkan pada sel memori Dynamic

Random Access Memory (DRAM), sifat-sifat piezoelektrik dapat digunakan sebagai

mikroaktuator dan sensor, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile

Ferroelectric Random Acsess Memory (NVFRAM), sifat pyroelektrik dapat diterapkan

pada sensor infra merah dan sifat elektro optik dapat diterapkan pada switch termal

infra merah[2].

Ferroelektrik termasuk bahan dielektrik yang memiliki polarisasi spontan kuat. Kelebihan bahan ferroelektrik adalah kemampuan mengubah polarisasi listrik tanpa adanya gangguan dari medan listrik luar dan kemampuan untuk membentuk kurva histerisis [3].Barium titanat (BaTiO3) dengan struktur kristal perovskite tetragonal dikenal sebagai material ferroelektrik. Barium titanat lebih ramah lingkungan sehingga banyak digunakan dalam bidang elektronika karena memiliki temperatur Curie yang

(2)

penimbangan bahan yang akan dilarutkan, pencucian larutan yang sudah diendapkan, pengepresan dilanjut dengan proses sintering yaitu proses penggabungan

partikel-partikel serbuk melalui peristiwa difusi pada saat temperatur meningkat. Kelebihan dari metode ini adalah suhu yang digunakan untuk membentuk kristal lebih rendah dibandingkan dengan metode lain. [6]

Pada makalah ini, metode yang digunakan pada pembuatan sampel BaTiO3adalah

Coprecipitation Sampel di-sintering pada suhu 1000 oC dan 1100 oC. Dari perbedaan

suhu sintering dapat dianalisis pengaruhnya terhadap konstanta dielektrik dan

karateristik struktur kristalnya.

METODE PENELITIAN

Material BaTiO3 dibuat dengan metode coprecipitation. Diagram alir penelitian

seperti ditunjukan pada Gambar 1. Bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan BaTiO3 adalah Ti(C4H9O)4, C2H2O4, Ba(OH)2 setiap bahan dilarutkan dengan C3H8O. Pencampuran dilakukan menggunakan magnetic stirrer untuk mendapatkan larutan

yang homogen. Larutan hasil pencampuran diendapkan kemudian dikompaksi (press)

menggunakan alat hydraulic press. Prosessinteringdilakukan pada suhu 900°C dengan

haeters rate 10°C/ menit dengan waktu tahan 2 jam, 3 jam dan 4 jam menggunakan

furnace. Sampel BaTiO3dikarakterisasi dengan instrumen XRD uji ini dilakukan untuk

mengetahui struktur kristal, parameter kisi, serta tingkat kekristalan sampel. Hasil yang didapat berupa poda difraksi yaitu grafik yang menunjukan hubungan antara sudut difraksi ( ) dengan intensitas ( ).

Pengolahan data menggunakan software Origin dan Microsoft Excel 2007. Data

hasil XRD diplot di software origin sehingga muncul grafik yang menunjukan

puncak-puncak difraksi dari sampel. Puncak-puncak-puncak difraksi dibandingkan dengan database

PCPDFWIN sehingga dapat diketahui puncak-puncak tersebut adalah difraksi dari sampel. Dari puncak-puncak difraksi dapat diketahui nilai Full Half Maximum Width

(FWHM), struktur kristal, parameter kisi serta tingkat kekristalan dari sampel.

Ukuran kristal diperoleh melalui pengujian XRD. Data yang diperoleh dihitung menggunakan Persamaan (1). Nilai FWHM ( ) digunakan untuk menghitung ukuran butir krital ( ) dari setiap sampel dengan variasi waktu tahan yang berbeda. Nilai merupakan sudut difraksi sinar-X, merupakan konstanta Scherer, dan merupakan panjang geombang sinar-X.

(1)

Konstanta dielektrik diperoleh melalui pengujian dengan RLC meter digital (LCR-800 Series Gwinstek). Data yang diperoleh berupa nilai kapasitansi dan faktor disipasi. Nilai konstanta dielektrik dapat diketahui dengan Persamaan (2), dimana adalah nilai konstanta dielektrik, adalah kapasitansi, merupakan luasan sampel, merupakan tebal sampel, dan merupakan nilai konstanta permitivitas dielektrik (8,85x10-12 Farad.m-1_).

(3)

Gambar 1. Diagram alur penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 2 menunjukan pola difraksi sampel BaTiO3 terbentuknya suatu bidang kristal pada karakterisasi menggunakan peralatan XRD diidentifikasikan dengan munculnya puncak-puncak milik BaTiO3 setelah dicocokan ICDD-database PCPDFWIN dengan nomor #89-1428. Pada suhu 1000°C dan 1100°C waktu tahan 4 jam sudah terlihat unsur-unsur saling berikatan dan membentuk BaTiO3.Suhusinteringberikatan

dengan proses difusi atom pada sampel semakin tinggi suhu sintering, semakin besar

energi yang diterima oleh atom-atom untuk berdifusi. Semakin besar energi yang diterima atom-atom, semakin besar laju difusinya, yang mengakibatkan senyawa BaTiO3 semakin homogen. Intensitas tertinggi berada pada bidang kristal (110) ditunjukan pada Tabel 1.

(4)

Tabel 2. Parameter kisi BaTio3 untuk variasi suhu sintering.

Tabel 3. Ukuran kristal BaTio3 variasi suhu sintering.

Temperatur

Tabel 1. Perbedaan suhu sintering ini disebabkan ketika pada suhu tinggi,

atom-atom dari serbuk penyusun dapat berdifusi antara satu dengan lainnya sehingga reaksi yang terjadi sangat sempurna dan atom-atom akan tersusun secara teratur. Hal tersebut terlihat pada perubahan intensitas dari puncak BaTiO3.

Berdasarkan perhitungan, nilai parameter kisi untuk variasi suhu sintering

dapat dilihat pada Tabel 2. BaTiO3 memiliki struktur kristal berbentuk tetragonal dimana parameter kisi a=b c. Sampel BaTiO3dengan suhu sintering 1000°C memiliki

tingkat kekeristalan sebesar 93,672%. Sedangkan pasa suhu 1100°C memiliki tingkat kekeristalan 93,923

%.

Dari hal tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu

sintering maka atom-atom bervibrasi sehingga semakin teratur susunan atom-atom

pembentuk BaTiO3.

Ukuran kristal pada Tabel 3. Sampel dengan suhu sintering 1000°C lebih kecil dibandingkan dengan ukuran kristal sampel dengan suhu sintering 1100°C. Hal tersebut menunjukan bahwa pertumbuhan kristal semakin tinggi seiring bertambahnya temperatursinteringdisebabkan adanya atom-atom yang terdifusi.

Pada Gambar 3, dapat dilihat bahwa nilai konstanta dielektrik sampel dengan

suhu sintering 1100°C lebih besar dibandingkan sampel dengan suhu sintering 1000°C.

Nilai konstanta dielektrik kedua sampel memiliki nilai maksimal pada frekuensi 1 kHz. Besar masing-masing nialai konstanta dielektrik pada frekuensi tersebut adalah 171 dan 184.

(5)

Berdasarkan data pengukuran kapasitansi yang diperoleh, nilai konstanta dielektrik semakin kecil dengan seiring bertambahnya nilai frekuensi yang diberikan, pada nilai tegangan yang tetap. Tegangan yang digunakan sebesar 1 V dengan nilai frekuensi divariasi dari niali 1 kHz hingga 100kHz. Nilai konstanta dielektrik bergantung pada nilai frekuensi yang diberikan, seperti Gambar 3.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitin ini dapat diketahui bahwa perbedaan suhu sintering

berpengaruh terhadap karakteristik BaTiO3 yang dilakukan. Semakin tinggi suhu

sintering intensitas yang diperoleh semakin meningkat, pada suhu sintering 1000°C

intensitasnya sebesar 6467 sedangkan pada suhu sintering 1100°C intensitasnya sebesar 6890. Ukuran kristal sampel dengan suhu 1000°C dan 1100°C adalah 22,8 nm dan 25,8 nm. Dan konstanta dielektrik sampel dengan suhu sintering 1000°C dan 1100°C masing-masing sebesar 171 dan 184.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapakan terimakasih atas kerjasama dan dukungan dana melalui Hibah Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi Kementrian Riset Teknologi dan Dikti 2016.

DAFTAR RUJUKAN

Uchino, K. 2000.Ferroelektrik Devices. USA: Marcel Dekker, Inc.

S. Hadiati, A. H. Ramelan, V. I. Variani, M. Hikam, B. Soegijono, D. F. Saputri, dan Y. Iriani. Kajian variasi temperatur anneling dan holding time pada penumbuhan

lapisan tipis BaZr0,1Ti0,85O3 dengan metode sol-gel. Jurnal dan Aplikasinya, vol.10,

no. 1,2004, pp. 37-43.

Vijatovic, M. M., Bobic, J. D., & Stojanovic, B. D. 2008. History and Challenges of

BariumTitanate: Part II. Science of Sintering, Vol.40,pp. 155-165.

Nurhadi, N., Jamaluddin, A., Iriani, Y.2013. Pengaruh Variasi Doping Lantanum pada

Barium Titanat (Ba1-xLaxTiO3) Terhadap Struktur mikro dan sifat Ferroelektrik.

Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika, Vol.01,No. 02

Callister,W.D,Jr., dan Rethwisch, D,G. 2010. Materials Science and Engineering an

Introduction. John Willey &Sons, Inc.New York.

Khollam,Y.B.,et.al 2002. A self-sustaining acid-base reaction in semi-aqueous media for

synthesis of barium titanyl oxalate leading to BaTiO3 powders. Material Letters, Vol

(6)