PENGARUH KOMPOSISI STRONTIUM (Sr) TERHADAP SIFAT LISTRIK DAN STRUKTUR MIKRO MATERIAL FERROELEKTRIK BARIUM STRONTIUM TITANAT (Ba1-xSrxTiO3) YANG DIBUAT DENGAN METODE CO-PRECIPITATION.

(1)

PENGARUH KOMPOSISI STRONTIUM (Sr) TERHADAP SIFAT LISTRIK DAN STRUKTUR MIKRO MATERIAL FERROELEKTRIK BARIUM STRONTIUM TITANAT (Ba1-xSrxTiO3) YANG DIBUAT DENGAN METODE

CO-PRECIPITATION

TESIS

Disusun Untuk Memenuhi Sebagian Persyarat Mencapai Derajat Magister Program Studi Ilmu Fisika

Oleh:

YUNITA SUBARWANTI NIM S911408008

PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

(5)

v

MOTTO

“Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.”

(Q.S Al-Insyirah: 5-6)

“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar.”

(Khalifah ‘Umar)

“Aku tidak gagal, akuhanya menemukan 10.000 cara yang tidak berhasil dan selalu ada cara untuk melakukannya dengan lebih baik. Temukanlah!”

(6)

vi

PERSEMBAHAN

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan kepada penulis

untuk menyelesaikan tesis ini. Dengan rasa syukur yang tak terhingga, karya tulis ini

penulis persembahkan untuk:

1. Ayahanda Subari dan Ibunda Badri Lestari yang telah menjadi malaikatku yang

setiap waktu mendoakan, memberiku semangat, dorongan, nasihat, kasih sayang,

dan pengorbanan tak terhingga yang telah mengantarkanku sampai pada keadaan

yang luar biasa. Persembahan sebuah karya kecil ini tak akan sebanding dengan

semua pengorbanan yang telah Ayah dan Ibu berikan. Semoga anakmu ini kelak

dapat memberikan yang terbaik dan membanggakan Ayah dan Ibu tersayang dan

tercinta.

2. Adikku tersayang, Reva Dwi Pertiwi yang selalu memberikan dukungan, semangat,

dan doa untuk keberhasilanku. Semoga kelak adikku tercinta dapat menggapai

keberhasilan dikemudian hari dan senantiasa memberikan yang terbaik untuk kedua

orangtua kita.

3. Keluarga besarku yang selalu memberikan dukungan dan semangat untuk

(7)

vii

ABSTRAK

PENGARUH KOMPOSISI STRONTIUM (Sr) TERHADAP SIFAT LISTRIK DAN STRUKTUR MIKRO MATERIAL FERROELEKTRIK BARIUM

STRONTIUM TITANAT (Ba1-xSrxTiO3) MENGGUNAKAN METODE

CO-PRECIPITATION

OLEH

YUNITA SUBARWANTI

Material ferroelektrik barium strontium titanat (Ba1-xSrxTiO3) telah dibuat dengan variasi strontium 10%, 30% dan 50% menggunakan metode co-precipitaion. Kemudian sampel di-sintering pada suhu 700oC, 800oC, 900oC, dan 1100oC selama 4 jam. Variasi dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi strontium (Sr) dan suhu sintering terhadap ukuran kristal, kristalinitas, konstanta dielektrik, dan morfologi dari sampel. Karakterisasi BST menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui ukuran kristal dan kristalinitas serta dilakukan pencocokan data menggunakan ICDD serta diolah menggunakan metode Rietvield dengan perangkat lunak GSAS. Morfologi BST dikarakterisasi menggunakan SEM untuk mengetahui homogenitas dan ukuran butir. Sedangkan konstanta dielektrik diukur menggunakan RCL meter. Berdasarkan hasil yang diperoleh, semakin tinggi suhu sintering ukuran kristal, konstanta dielektrik, ukuran butir dan intensitas akan semakin besar. Sedangkan variasi mol Sr yang semakin besar akan menggeser sudut difraksi ke arah kanan, konstanta dielektrik dan ukuran butir akan semakin kecil. Sampel dengan penambahan mol Sr 10% memiliki struktur kristal tetragonal dan merupakan fase ferroelektrik. Sedangkan sampel dengan penambahan mol Sr 30% dan 50% mengubah struktur kristal dari tetragonal ke kubik dan menjadi fase paraelektrik.

(8)

viii

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF COMPOSITION STRONTIUM (Sr) AGAINST ELECTRICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE IN THE

FERROELECTRIC MATERIAL BARIUM STRONTIUM TITANATE (Ba

1-xSrxTiO3) BY CO-PRECIPITATION METHOD

BY

YUNITA SUBARWANTI

The ferroelectric material barium strontium titanate (Ba1-xSrxTiO3) have been with variation strontium 10%, 30% and 50% by co-precipitation method. Then samples were sintered at temperature 700oC, 800oC, 900oC, and 1100oC for 4 hours. The variation carried out to know the influence of variation strontium (Sr) and temperature sintering against crystallite size, crystallinity, dielectric constant, and morphology of samples. Characterization of BST using X-Ray Diffraction (XRD) to determine crystallite size and crystallinity as well as data matching was done using ICDD and processed using Rietveld method by software GSAS. The morphology of BST was characterized using SEM to determine homogeneity and grain size. While dielectric constant measured using RCL meter. Based on the results were obtained, the increasing of temperature sintering crystallite size, dielectric constant, grain size, and intensity will increase. While the variation of mole Sr large shift the diffraction angle to the right, dielectric constant and grain size will decrease. The sample with addition mole Sr 10% has crystal structure tetragonal and ferroelectric phase. while the sample with addition mole Sr 30% and 50% change crystal structure from tetragonal to cubic and being are a paraelectric phase.

(9)

ix

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena telah melimpahkan

rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul

“Pengaruh Komposisi Strontium (Sr) Terhadap Sifat Listrik dan Struktur Mikro

Material Ferroelektrik Barium Strontium Titanat (Ba1-xSrxTiO3) Menggunakan

Metode Co-Precipitation” dengan lancar. Penelitian ini disusun dalam rangka

mendapatkan legalitas formal untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat

magister pada Program Studi Magister Sains Universitas Sebelas Maret (UNS)

Surakarta.

Dalam penyusunan tesis ini penulis menyadari tidak akan selesai tanpa bantuan

dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis

mengucapkan terimakasih kepada:

1. Prof. Dr. Ravik Karsidi, MS, selaku Rektor Universitas Sebelas Maret Surakarta

yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas dalam menempuh pendidikan

pascasarjana.

2. Prof. Dr. Furqon Hidayatullah, M. Pd., selaku Direktur Pascasarjana Universitas

Sebelas Maret Surakarta yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas dalam

menempuh pendidikan pascasarjana.

3. Prof. Cari, M. A., Ph. D., selaku Kepala Program Studi Ilmu Fisika Fakultas

Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta yang telah memberi

bimbingan dan pengarahan yang luar biasa sehingga tesis ini terselesaikan

dengan baik.

4. Dr. Yofentina Iriani, S. Si., M. Si., selaku pembimbing 1 yang telah memberikan

dana penelitian melalui Hibah Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi

Kementrian Riset Teknologi dan Dikti (No. SK 0581/E3/2016) serta

memberikan banyak inspirasi, bimbingan, pengarahan, motivasi, dukungan, dan

kesabaran yang luar biasa sehingga tesis ini terselesaikan dengan baik.

5. Dr. Agus Supriyanto, S. Si., M. Si., selaku pembimbing 2 yang telah

memberikan bimbingan, motivasi dan pengarahan yang luar biasa sehingga tesis

(10)

x

6. Bapak dan Ibu dosen, khususnya Program Studi Ilmu Fisika Fakultas

Pascasarjana Universitas Sebelas Maret yang telah banyak memberikan ilmu

pengetahuan dan membimbing kepada penulis.

7. Bapak dan Ibu dosen serta staf Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan izin

kepada penulis untuk melakukan penelitian di Laboratorium tersebut dan

membantu kelancaran dalam penelitian.

8. Teman-teman dan adik-adik seperjuangan di Laboratorium Material Jurusan

Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas

Maret yang banyak membantu dan memberikan motivasi selama penulis

melakukan penelitian.

9. Sahabat seperjuangan dan sedaerah Endar Sulistyowati, Purwati Yuni Rahayu,

Yunandia Rahmawati, Ayuda Arie Aprilia, Ibu Viyanti, Nayntin Novitasari yang

selalu memberikan motivasi, nasihat yang luar biasa sampai penelitian dan

penulisan tesis terselesaikan dengan baik.

10. Sahabat seperjuanganku Ramona Dyah Safitri yang selalu memberikan motivasi,

mendukung, menguatkan, dan memiliki kesabaran luar biasa serta teman diskusi

tentang segala hal yang mengenai penelitian dan tesis, sehingga penulis dapat

menyelesaikannya dengan baik.

11. Teman-teman mahasiswa Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana Universitas

Sebelas Maret Surakarta yang banyak memberikan masukan dalam penyusunan

tesis ini.

Penulis menyadari bahwa penyusunan tesis ini masih banyak kekurangannya,

oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis

harapkan untuk memperbaiki dan menyempurnakan tesis ini. Akhirnya penulis

berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi dunia pendidikan.

Surakarta, September 2016

(11)

xi

DAFTAR ISI

Halaman

JUDUL ... i

PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii

PENGESAHAN PENGUJI ... iii

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLKASI ... iv

MOTTO ... v

PERSEMBAHANAN... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

PRAKATA ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang... 1

B. Rumusan Masalah ... 4

C. Batasan Masalah ... 4

D. Tujuan Penelitian... 4

E. Manfaat Penelitian... 5

BAB II. LANDASAN TEORI... 6

A. Ferroelektrik ... 6

B. Material Dielektrik ... 10

C. Perovskit ... 12

D. Barium Strontium Titanat ... 13

E. Metode Co-precipitation ... 17

F. Sintering ... 18

G. X-Ray Diffraction (XRD) ... 20

H. Scanning Electron Microscopy (SEM)... 21

(12)

xii

BAB III. METODE PENELITIAN ... 24

A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 24

B. Alat dan Bahan ... 24

1. Alat ... 24

2. Bahan ... 25

C. Preparasi Sampel ... 25

1. Penimbangan ... 27

2. Pembuatan Larutan ... 27

a. Larutan 0,2 M Asam Oksalat (H2C2O4)... 27

b. Larutan 0,1 M Titanium Tetrabuksida ((C4H9O)4Ti) ... 27

3. Pencampuran Larutan ... 27

4. Titrasi... 27

5. Pencucian dan Pengendapan Larutan ... 28

6. Pengeringan ... 28

7. Pressing ... 28

8. Sintering ... 28

D. Karakterisasi ... 29

1. XRD (X-Ray Diffraction) ... 29

2. SEM (Scanning Electron Microscopy)... 30

3. Metode Sawyer Tower (Analisis Kurva Histerisis) ... 30

4. RCL Meter ... 30

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 32

A. Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) ... 32

B. Morfologi Ba1-xSrxTiO3... 41

C. Konstanta Dielektrik Ba1-xSrxTiO3... 44

D. Kurva Histerisis Ba1-xSrxTiO3... 49

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 53

A. Kesimpulan... 53

B. Saran ... 53

DAFTAR PUSTAKA... 55

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1. Konstanta Dielektrik... 11

4.1. Orientasi Bidang Kristal Sampel Ba1-xSrxTiO3pada Suhu Sintering 800oC ... 34

4.2. Intensitas Puncak Ba1-xSrxTiO3pada Bidang (1 0 1) dan (1 1 0) ... 34

4.3. Tingkat Kristalinitas pada Sampel Ba1-xSrxTiO3. ... 37

4.4. Parameter Kisi Sampel Ba1-xSrxTiO3Hasil Refinement ... 38

4.5. Parameter Kisi Sampel Ba1-xSrxTiO3Hasil Perhitungan... 39

4.6. Tetragonality Sampel Ba0,9Sr0,1TiO3dengan Variasi Suhu Sintering. ... 40

4.7. Ukuran Kristal Sampel Ba1-xSrxTiO3pada Puncak Tertinggi. ... 40

4.8. Ukuran Butir Ba1-xSrxTiO3pada Suhu 900oC dan 1100oC... 44

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1. Molekul Simetri Tanpa Momen Dipol ... 7

2.2. Domain Ferroelektrik ... 8

2.3. (a) Polarisasi pada Medan Listrik AC dan (b) Polarisasi yang Telah Dibalik ... 8

2.4. Kurva Histerisis Material Ferroelektrik... 9

2.5. Material Dielektrik pada Pelat Sejajar... 11

2.6. Struktur Perovskit ... 12

2.7. Struktur Kristal BaTiO3(a) T > TCdan (b) T < TC... 13

2.8. Perubahan Struktur pada BaTiO3... 14

2.9. Perubahan Parameter Kisi terhadap Komposisi Sr... 15

2.10. Tahapan Sintering... 19

2.11. Difraksi Sinar X dengan Bidang Atom (A– A’ dan B – B’)... 21

3.1. Diagram Alir Penelitian... 26

3.2. Grafik Proses Sintering... 29

3.3. Spektruk XRD Ferroelektrik BST ... 30

4.1. Pola Difraksi Sampel Ba1-xSrxTiO3dengan Variasi Jumlah Mol Sr pada Suhu Sintering (a) 700oC, (b) 800oC, (c) 900oC, dan (d) 1100oC ... 33

4.2. Pola Difraksi Sampel Ba1-xSrxTiO3dengan Variasi Suhu Sintering (a) Ba0,9Sr0,1TiO3, (b) Ba0,7Sr0,3TiO3dan (c) Ba0,5Sr0,5TiO3... 36

4.3. Hasil Refinement pada Suhu Sintering 700oC (a) Ba0,9Sr0,1TiO3dan (b) Ba0,7Sr0,3TiO3... 37

4.4. Foto SEM Ba1-xSrxTiO3(a) Ba0,9Sr0,1TiO3pada Suhu Sintering 900oC, (b) Ba0,9Sr0,1TiO3pada Suhu Sintering 1100oC, (c) Ba0,7Sr0,3TiO3pada Suhu Sintering 900oC, (d) Ba0,7Sr0,3TiO3pada Suhu Sintering 1100oC, (e) Ba0,5 Sr0,5TiO3pada Suhu Sintering 900oC, dan (f) Ba0,5Sr0,5TiO3pada Suhu Sintering 1100oC ... 42

4.5. Grafik Konstanta Dielektrik dan Frekuensi Ba0,9Sr0,1TiO3pada Suhu 1100oC . 45 4.6. Hubungan Variasi Suhu Sintering dan Konstanta Dielektrik Ba0,9Sr0,1TiO3... 47

(15)

xv

4.8. Kurva Histerisis Ba0,9Sr0,1TiO3pada Suhu Sintering (a) 700oC, (b) 800oC, (c)

900oC, dan 1100oC ... 50

4.9. Kurva Histerisis Sampel Ba0,5Sr0,5TiO3pada Suhu Sintering (a) 700oC, (b)

(16)

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Database ICDD nomor pdf#440093, pdf#340411, pdf#391395 ... 60

2. Tabel orientasi bidang kristal sampel Ba1-xSrxTiO3... 62

3. Hasil refinement sampel Ba1-xSrxTiO3... 63

4. Hasil foto SEM dan ukuran butir sampel Ba0,7Sr0,3TiO3... 75

5. Nilai konstanta dielektrik sampel Ba1-xSrxTiO3... 76

6. Grafik konstanta dielektrik dan frekuensi sample Ba1-xSrxTiO3... 78

7. Grafik konstanta dielektrik terhadap variasi suhu sintering... 82

8. Grafik konstanta dielektrik terhadap variasi jumlah mol Sr... 83

9. Kurva histerisis sampel Ba0,7Sr0,3TiO3pada variasi suhu sintering ... 84