PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA. PENGARUH LAMA SINTERING TERHADAP KONDUKTIVITAS SENYAWA MULTIFERROIK Bi1 x. Bidang Kegiatan: PKM-AI.

PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

PENGARUH LAMA SINTERING TERHADAP KONDUKTIVITAS SENYAWA MULTIFERROIK Bi_1−xPb_xFeO_3±δ

Bidang Kegiatan: PKM-AI

Diusulkan oleh:

Sri Astutik Ningtiyas 406322403724/2006 Rizqyanne.A 307322407280/2007 Lisa Ainun Najihah 307322403632/2007

UNIVERSITAS NEGERI MALANG MALANG

LEMBAR PENGESAHAN USULAN PKM-AI

1. Judul Kegiatan : PENGARUH LAMA SINTERING TERHADAP

KONDUKTIVITAS SENYAWA MULTIFERROIK

δ

±

− 3

1 Pb FeO

Bi x x

2. Bidang Kegiatan: (√) PKM-AI ( ) PKM-GT 3. Ketua Pelaksana Kegiatan/Penulis Utama

a. Nama Lengkap : Sri Astutik Ningtiyas

b. NIM : 406322403724

c. Jurusan : Fisika

d. Universitas : Negeri Malang

e. Alamat Rumah dan No Tel./HP : Desa Gabus Banaran Rt.1 Rw.1 Tembelang-Jombang, 085233023162 f. Alamat email : Sriastutiktutik@ymail.com

4. Anggota Pelaksana Kegiatan/Penulis : 3 orang 5. Dosen Pendamping

a. Nama lengkap dan Gelar : Dr. Markus Diantoro, M.Si

b. NIP : 19661221 199103 1 001

c. Alamat Rumah dan No Tel./HP : Jl. Tegalgondo RT/RW 03/01 Karangploso 0817425488

Menyetujui Malang, 15 Pebruari 2010

Ketua Jurusan Fisika Ketua Pelaksana Kegiatan

(Dr. Arif Hidayat, M.Si) (Sri Astutik Ningtiyas) NIP. 19660822 199003 1 003 NIM. 406322403724

Pembantu Rektor III Dosen Pendamping Bidang Kemahasiswaan

(Drs. Kadim Masjkur, M.Pd) (Dr. Markus Diantoro, M.Si) NIP. 19541216 198102 1 001 NIP. 19661221 199103 1 001

DAFTAR BIODATA PENELITI 1. KETUA PELAKSANA

Nama : Sri Astutik Ningtiyas

TTL : Sidoarjo, 27 Desember 1988 Jenis kelamin : Perempuan

No.Hp : 085233023162

Alamat asal : Desa Gabus Banaran Rt.1 Rw.1 Tembelang-Jombang

Agama : Islam

Status : Mahasiswa

Riwayat Pendidikan

No. Jenjang Nama Sekolah Tahun

1 SD SDN Kedung Cangkring 1994-2000

2 SMP SMP Negeri 1 Jabon 2000-2003

3 SMA SMA Negeri 1 Porong 2003-2006

4 PT Jurusan Fisika FMIPA UM 2006-sekarang

Karya Ilmiah yang Pernah Ditulis

Laporan Praktek Kerja Lapangan di BMKG Kelas I Juanda Surabaya ”Manfaat Data Permukaan Meteorologi terhadap Penerbangan di Bandara Juanda Surabaya” Tahun 2009

Malang, 15 Februari 2010 Ketua Pelaksana,

Sri Astutik Ningtiyas NIM. 406322403724

2. ANGGOTA PELAKSANA 1

Nama : Lisa Ainun N.

TTL : Malang, 4 Mei 1989

Jenis kelamin : Perempuan No.Tlp : 085646683520

Alamat asal : Jl.Mojomulyo 79 Mojorejo Batu

Agama : Islam

Status : Mahasiswa

Riwayat Pendidikan

No. Jenjang Nama Sekolah Tahun

1 SD SDN Mojorejo I Batu 1995-2001

2 SMP SMPN 1 Batu 2001-2004

3 SMA SMAN 1 Batu 2004-2007

4 PT Jurusan Fisika FMIPA UM 2007-sekarang

Malang, 15 Februari 2010 Anggota Pelaksana I,

Lisa Ainun N NIM. 307322403632

3. ANGGOTA PELAKSANA 1I

Nama : Rizqyanne. A

TTL : Kediri, 28 Oktober 1989 Jenis kelamin : Perempuan

Alamat asal : Kesamben-Blitar Agama : Islam

Status : Mahasiswa

Riwayat Pendidikan

No. Jenjang Nama Sekolah Tahun

1 SD SDN Jugu 02 1995-2001

2 SMP SMPN 1 Kesamben 2001-2004

3 SMA SMA 1 Talun 2004-2007

4 PT Jurusan Fisika FMIPA UM 2007-sekarang

Malang, 15 Februari 2010 Anggota Pelaksana II,

Rizqyanne. A NIM. 307322407280

PENGARUH LAMA SINTERING TERHADAP KONDUKTIVITAS SENYAWA MULTIFERROIK Bi_1−xPb_xFeO_3±δ

Sri Astutik Ningtiyas, Rizkyanne.A, Lisa Ainun.N Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Negeri Malang

Abstrak

Multiferoik merupakan senyawa yang memiliki sifat feroelektrik dan feromagnetik sekaligus. Multiferoik merupakan bahan yang sangat menarik karena multiferoik merupakan penggabungan antara dua bahan yang berbeda sifatnya yang mempunyai fungsi ganda yaitu menyimpan data dan memproses data yang kuat. Lama pemanasan merupakan salah satu factor yang berpengaruh terhadap konduktivitas suatu bahan. Untuk mengetahui pengaruh lama pemanasan terhadap konduktivitas senyawa multiferroik dilakukan dengan jalan menghitung konduktivitasnya. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini

adalah BiFeO3 yang didoping dengan Pb dengan doping sebesar x=0,3 dan

senyawa yang dihasilkan adalah Bi1₋xPbxFeO3_±δ. Bahan-bahan dasar yang

digunakan terdiri dari Bi2O3 (99%), PbO (98%), dan Fe2O3 (98%). Sintesis dan

pengukuran dilakukan di Laboratorium Fisika Material Fisika Universitas Negeri Malang. Sintesis menggunakan reaksi padatan (solid state reaction), bahan-bahan dasar dicampur dan dilakukan penggerusan sebelum peletisasi kemudian

dilakukan pemanasan pada temperature 800 0C dan variasi lama pemanasan t =

2, 4, 6, dan 8 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin lama waktu

pemanasan senyawa multiferoik Bi1₋xPbxFeO3_±δ akan menaikkan nilai

konduktivitas listrik, yaitu sampel dengan lama pemanasan 2jam memiliki

konduktivitas 0,814 (ohm-m)-1, sedangkan 4jam sebesar 2,155(ohm-m)-1, 6jam

sebesar 2,967(ohm-m)-1, dan 8jam sebesar 5,311 (ohm-m)-1.

Kata Kunci: Multiferroik Bi_1−xPb_xFeO_3±δ, variasi lama pemanasan, konduktivitas

listrik

Abstract

Multiferroics have been formally defined as materials that exhibit freeroelectricity and ferromagnetism simultaneously. Since multifeeroics are compuoned by two different materials, and each material have different properties, it really becomes an interested material. Furthermore, it can obviously applied as data storage devices. Temperature is one factor affecting the

conductivity of materialBi_1−xPb_xFeO_3±δ with 0.3 Pb- doped on BiFeO3 sample

were prepared to be Bi_1−xPb_xFeO_3±δ by means of solid state reaction. It was used

synthesis and characterization was done in Material Physics Laboratory, State University of Malang. Characterization the material is alloy, mixing, heating at

temperature 8000C and variation for the time heating are t=2, 4, 6, and 8 hours.

Result this riset are conductivity linear advance of increment the time heating.

The conductivity of materialBi_1−xPb_xFeO_3±δ for t=2, 4, 6, and 8 hours there are

0,814 (ohm-m)-1; 2,155(ohm-m)-1; 2,967(ohm-m)-1 and 5,311 (ohm-m)-1.

Keywords: Multiferroics Bi1₋xPbxFeO3_±δ, time heating variation, conductivity

PENDAHULUAN

Bahan Multiferoik belakangan ini menjadi topik pembicaraan dan penelitian para ahli yang popular. Salah satu kajian tentang bahan magnetik adalah menghasilkan bahan multiferroik, yang dimana pemanfaatannya sangat diharapkan dalam dunia industri, misalnya pemanfaatan untuk sebuah memori yang bergantung kepada medis memori baru, digunakan untuk Filter, osilator, fase shifters dll(1). Selain memiliki aplikasi potensial untuk bahan-bahan yang berbasis magneto edilektrik(2), bahan multiferroik sangat menarik untuk dikaji, baik dari ilmu pengetahuan maupun teknologi. Sejauh ini baru ada beberapa senyawa yang menunjukan sifat multiferoik. Pertama kali bahan multiferoik ditemukan adalah berupa feromagnetik Ni3B7O13I (Nickel Iodone Baracite)(5). Selanjutnya

ditemukan bahan multiferoik seperti (1-x)Pb(Fe1/3W1/3)O3-xPb(Mg1/2W1/2)O3,

Pb(CoW)O7, Bi FeO3, YMnO3(3) dan RMn2O5(4).

Penelitian tentang bahan multiferoik akhir-akhir ini sangat diperlukan dan pentingnya aplikasi dari bahan multiferoik tersebut adalah digunakan dalam rangkaian elektronika. Pada penelitian-penelitian sebelumya sudah ada yang mengkaji tentang bahan multiferroik BiFeO3 yang didoping dengan Pb tetapi

belum begitu luas dan rentangnya sedikit, oleh karena itu peneliti memilih judul

Pengaruh Lama Sintering Terhadap Konduktivitas Senyawa Multiferroik

δ

±

− 3

1 Pb FeO

Bi _{x x} untuk di eksperimenkan. Tujuan dalam penelitian ini, dimana bahan dasarnya adalah BiFeO3 yang di doping dengan senyawa Pb dengan

konsentrasi sebesar 0,3 untuk meningkatkan nilai konduktivitas bahan yang akan diukur pada temperatur ruang. Dari latar belakang yang telah diuraikan di atas didapatkan suatu permasalahan yaitu : Bagaimana pengaruh lama sintering (pemanasan) terhadap konduktivitas bahan multiferroik Bi1-xPbxFeO3-δ .

METODE PENELITIAN

Metode yang digunakan adalah eksperimen murni. Kegiatan penelitian ini meliputi : proses pembuatan sample yang terdiri dari tahap persiapan, tahap pembuatan sampel, tahap penentuan komposisi sampel, tahap pencampuran bahan, tahap pencetakan sampel, tahap pengeringan sampel, tahap penyinteringan sampel, dan tahap pengukuran konduktivitas bahan dengan menggunakan metode 4 probe yang kemudian dihitung nilai konduktivitasnya.

Bahan dasar yang digunakan dalam eksperimen ini terdiri dari: Bi2O3 (99%),

PbO (98%), dan Fe2O3 (98%) dan dengan peralatan terdiri dari: Furnace 48000,

(Tungku listrik) Neraca Sartorius dengan ketelitian 0,0001 g, Spatula (Sendok kecil), Pinset, Alat ukur waktu (jam), Mortar dan Penggerus, Mesin Pressing, Cetakan berbentuk pellet (punch dan dies), Multimeter, Voltmeter dan Amperemeter, Komputer dengan bantuan software program Microcal Origin.

HASIL PENELITIAN

Berdasarkan data pada lampiran 1, maka nilai konduktivitas dapat dihitung dari nilai arus dan tegangan dengan menggunakan persamaan dibawah ini:

ρ = dengan σ = 1/ ρ

Nilai Konduktivitas dan Tegangan beberapa sampel pada Pengukuran Temperatur Ruang 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0.5 0 1 2 3 4 5 6 K o n d u kt iv it a s (O h m m e te r) -1 T e g a n g a n (V ) K n d k tv ts1 K n d k tv ts2 K n d k tv ts3 K n d k tv ts4

Gambar 1. Kurva hubungan antara Konduktivitas dan tegangan pada sampel pemanasan 2jam (Kndktvts1), 4jam (Kndktvts2), 6jam (Kndktvts3), dan 8jam (Kndktvts4). Simbol dot berwarna adalah data sedangkan simbol garis merupakan Garis Pandu

Pada gambar di atas tampak bahwa semakin besar tegangan maka akan semakin besar pula nilai konduktivitas pada sampel, dan semakin lama waktu pemanasan maka akan memperbesar nilai konduktivitasnya.

Pengaruh Lama Pemanasan terhadap Nilai Konduktivitas pada Pengukuran Temperatur Ruang pada Tegangan yang berbeda

Nilai Tegangan dan Arus pada berbagai sampel yang berbeda lama pemanasannya jika dirata-rata setelah itu dimasukkan ke dalam persamaan resistivitas akan diperoleh data pada tabel berikut:

2 3 4 5 6 7 8 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 k ondu k ti v it as (oh m -m ) -1 x 1 0 -3 S a m p e l (ja m ) B

Gambar 2. Kurva hubungan antara Konduktivitas dan lama pemanasan, Simbol dot berwarna hitam adalah data sedangkan simbol garis merupakan Garis Pandu

Hasil perhitungan dan grafik menunjukkan bahwa peningkatan lama pemanasan sangat berpengaruh terhadap nilai konduktivitas senyawa multiferroik yaitu semakin lama pemanasan maka semakin besar nilai konduktivitasnya. Pengaruh peningkatan lama pemanasan ini ditunjukkan oleh kurva tegangan dan konduktivitas serta kurva konduktivitas dan lama sintering, dimana nilai konduktivitas bahan naik secara eksponensial seiring dengan peningkatan lama pemanasan pengukuran pada temperatur ruang. Hasil perhitungan ini sesuai dengan persamaan Avrami yang menyatakan bahwa semakin besar waktu pemanasan maka semakin cepat laju reaksi, sehingga semakin cepat fase baru yang terbentuk dan yang digantikan(7).

Konduktivitas akan naik seiring dengan pertambahan waktu pemanasan, hal ini dikarenakan Jari-jari dan valensi atom pada bahan setelah di sintering akan semakin kecil yang mengakibatkan jarak antar atom mengecil yaitu partikel yang ada di dalam sampel akan menjadi lebih padat sehingga gaya ikat antar atom semakin kuat. Ukuran butiran partikel akan berubah akibat perubahan waktu pemanasan, semakin lama waktu pemanasan maka atom semakin cepat berdifusi sehingga ukuran butiran semakin besar dan daerah kosong sebelum pemanasan semakin sedikit sehingga menurunkan resistivitas yang artinya konduktivitas bahan semakin meningkat.

Proses penumbuhan kristal semakin cepat seiring bertambahnya waktu lama pemanasan, dimana kristal yang terbentuk menjadi lebih besar sehingga elektronnya mudah lepas. Pemberian dopan Pb pada senyawa multiferroik akan menjadi stabil dan pembentukan fasenya lebih sempurna. Jika suatu bahan didopingkan dengan bahan yang mempunyai jari-jari atom yang lebih besar yaitu

Bi mempunyai jari-jari atom 1,556 0A sedangkan Pb mempunyai jari-jari atom 1,750 0A maka akan meningkatkan konduktivitas. Teori ini yang sesuai dengan teori struktur atom, yaitu semakin besar jarak antara inti atom dengan atom maka elektron yang ada pada kulit terluar mudah lepas dan gaya Coulomb semakin kecil maka konduktivitasnya akan meningkat(2). Lama waktu pemanasan ini digunakan untuk mengganti doping sehingga resistivitasnya menurun. Pada teori Drude menyatakan bahwa konduktivitas listrik hanya berbanding lurus dengan kosentrasi elektron dan konduktivitas listrik bergantung pada temperatur, waktu dan juga arah(8). Hal ini sudah sesuai dengan hipotesisnya.

Setalah dirata-rata nilai arus dan tegangan yang dimasukkan pada persamaan resistivitas pada pengukuran beberapa sampel tampak menghasilkan nilai resistivitas paling kecil adalah sampel yang dipanasi selama 8 jam sehingga sampel tersebut memiliki nilai konduktivitas paling besar yang mencapai 5,311 (Ωm)-1 yang diukur pada temperatur ruang.

KESIMPULAN

1. Konduktivitas listrik pada senyawa Multiferoik Bi_1−xPb_xFeO_3±δ sebanding dengan lama pemanasan bahan tersebut. Artinya semakin lama pemanasan bahan maka akan semakin besar nilai konduktivitas listrik bahan.

2. Pengukuran dilakukan pada temperature ruang yang pengambilan data tegangan dan arus dirata-rata yaitu sampel dengan lama pemanasan 2jam memiliki konduktivitas 0,814 (ohm-m)-1, sedangkan 4jam sebesar 2,155 (ohm-m)-1, 6jam sebesar 2,967 (ohm-m)-1, 8jam sebesar 5,311 (ohm-m)-1, dan 10jam sampel meleleh dikarenakan kesalahan dalam pengesetan Furnace.

3. Adanya ketergantungan nilai konduktivitas listrik terhadap temperatur dan lama pemanasan bahan yang dimana nilai konduktivitas bahan merupakan kebalikkan dari nilai resistivitasnya.

DAFTAR PUSTAKA

A.Hill, Nicola.2004. First Principles Study of Multiferroic

Magnetoelectric Manganites. University of California Santa Barbara,

Materials Department.

Afifah, Afrida Nur. 2008. Analisis Struktur Kristal Senyawa Multiferoik

Tb1-xMn2O5 (x=0;0.5;1) dan Pengaruh Terhadap sifat Magnetnya. Skripsi

tidak diterbitkan. Malang : FMIPA Universitas Negeri Malang.

Anonim 2. 2006. Kimia, (Online), (http://id.google.org/Kimia#Reaksi, diakses

tanggal 8 april 2009)

Hakim, lukman, Drs., Subani, Drs. 1980. Elektronika. Malang: IKIP Malang J. Fabian and S. Das Sarma. 1999. Journal Vacuum Society Technol, B.

Spin relaxation of conduction electrons. America, American Vacuum

Society. Volume 17,Hal 1708-1715.

Kittel, C. 1986. Introduction to Solid State Physic, 6th Ed, Hal 185. New York:

Kittel, Charles. 2002. Introduction to Solid State Physic. John Wiley & Sons, Inc., Singapore, New York, Chichester, Brisbane, Toronto.

Omar, Ali M. 1975. Elementary Solid State Physics: Principles and Applications. Addison-Wesley Publishing Company.

Parno.2002. Pendahuluan Fisika Zat Padat . Malang : Universitas Negeri Malang. Prabandari, Gristin. 2008. Pengaruh Perubahan Komposisi dan

Temperatur terhadap Resisitovotas Ferroelektrik Ba1-xLaxTiO3.

Skripsi tidak diterbitkan. Malang : FMIPA Universitas Negeri Malang.

Paul A. Tipler. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga. California: Penerbit Erlangga.

Sears, Zemansky. 1969. Fisika Untuk Universitas 1, Mekanika, Panas, Bunyi. Jakarta: Penerbit Binacipta.

Vlack,V. H. Lawrence.1964. Element of Materials Science, An

Introductory Text for Engineering Students.London: Addison- Wesley

Publising Company, Inc.

Lampiran 1. Penghitungan massa sampel

Menentukan berat molekul sampel Pada x: 0.3 PbO O Fe O Bi 0,6 7 , 0 _{2 3} + _{2 3}+ 2Bi_0,7Pb_0.3Fe O_3−δ Cara penghitungan massa bahan adalah sebagai berikut:

Menghitung BM masing-masing bahan :

1. Bi2O3 x 0,7 = 465,9590 x 0,7 = 326,1713 gr mol 2. Fe2O3 = 159,6982 gr mol 3. PbO x 0,6 = 223,1994 x 0,6 = 133,91964gr mol BM total = 619,78914gr mol Menghitung mol : Mol : mol gr gr 619,78914 5 = 0,008067 mol

Menentukan massa sampel

Menghitung massa masing-masing bahan :

• Bi2O3 : 0,008067 mol x 326,1713gr mol = 2,63122 gr • Fe2O3 : 0,008067 mol x 159,6982 gr mol = 1,28828 gr • PbO : 0,008067 mol x 133,91964gr mol = 1,08033 gr

Massa Total Bahan = 4,99983 gr

Massa total bahan tidak sama persis 5 gram dikarenakan ada kelebihan unsur oksigen setelah reaksi yang tidak bisa terdeteksi sebesar gamma yaitu Bi

1-xPbxFeO3-δ

Lampiran 2. Hasil Pengukuran

Bentuk sampel yang diukur : Pil/tablet

Tebal pil/Diameter pil : 2,695 mm/9,565 mm Jarak antar Probe : 2 mm

Hari, tanggal pengukuran : 6 Mei 2009 Temperatur pemanasan : 8000C

Lama pemanasan : 2, 4, 6, 8, dan 10 jam Penghitungan Nilai Konduktivitas Listrik

Perhitungan nilai resistivitas bahan menggunakan persamaan berikut

ρ = dengan σ = 1/ ρ

dengan : ρ = Nilai Resistivitas Bahan (Ωm) d = Jarak Antar Probe (m)

V = Beda Potensial (V) I = Arus Listrik (A)

Pengukuran sampel pada lama pemanasan 2 jam No Resistivitas (ohm-m) Konduktivitas (Ohm-m)-1 Tegangan (volt) Arus (A) 1 2,228 0,437 0,1 0,549 x 10 -3 2 1,821 0,549 0,2 1,379 x 10 -3 3 1,274 0,785 0,3 2,958 x 10 -3 4 1,219 0,820 0,4 4,121 x 10 -3 5 0,992 1,008 0,5 6,331 x 10-3

Pengukuran sampel pada lama pemanasan 4 jam

No Resistivitas (ohm-m) Konduktivitas (Ohm-m)-1 Tegangan (volt) Arus (A) 1 0,506 1,975 0,1 2,482 x 10 -3 2 0,499 2,006 0,2 5,034 x 10 -3 3 0,472 2,118 0,3 7,983 x 10 -3 4 0,495 2,020 0,4 10,149 x 10 -3 5 0,419 2,387 0,5 14,988 x 10-3

Pengukuran sampel pada lama pemanasan 6 jam

No Resistivitas (ohm-m) Konduktivitas (Ohm-m)-1 Tegangan (volt) Arus (A) 1 0,405 2,467 0,1 3,101 x 10 -3 2 0,377 2,654 0,2 6,663 x 10 -3 3 0,339 2,943 0,3 11,115 x 10 -3 4 0,331 3,024 0,4 15,178 x 10 -3 5 0,316 3,161 0,5 19,873 x 10-3

Pengukuran sampel pada lama pemanasan 8 jam No Resistivitas (ohm-m) Konduktivitas (Ohm-m)-1 Tegangan (volt) Arus (A) 1 0,210 4,761 0,1 5,981 x 10 -3 2 0,205 4,875 0,2 12,254 x 10 -3 3 0,199 5,004 0,3 18,935 x 10 -3 4 0,189 5,302 0,4 26,582 x 10 -3 5 0,173 5,764 0,5 36,301 x 10-3

Pengaruh Lama Pemanasan terhadap Nilai Konduktivitas pada Pengukuran Temperatur Ruang pada Tegangan yang berbeda setelah data diatas ditiap-tiap lama pemanasan yang dirata-rata adalah sebagai berikut:

Sampel (jam) Tegangan (V) Arus (A) Resistivitas (Ωm) Konduktivitas (Ωm)-1 2 0,3 3,068 x 10-3 1,228 0,814 4 0,3 8,127 x 10-3 0,464 2,155 6 0,3 11,186 x 10-3 0,337 2,967 8 0,3 20,011x 10-3 0,1883 5,311