MATERIAL ( 14 Files )

SINTESIS MATERIAL FERROELEKTRIK BARIUM STRONTIUM TITANAT

(Ba

0,75

Sr

0,25

TiO

3

) MENGGUNAKAN METODE

CO-PRECIPITATION

Y. SUBARWANTI1)_{, R. D. SAFITRI}1)_{, A. SUPRIYANTO}2,*)_{, A. JAMALUDIN}2)_{, Y. IRIANI}3) 1)_{Pascasarjana Jurusan Ilmu Fisika Universitas Sebelas Maret.}

2)_{Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Jurusan Fisika 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: Telah dilakukan sintesis material ferroelektrik Barium Strontium Titanat (Ba0,75Sr0,25TiO3) dengan variasi suhu sintering menggunakan metode co-precipitation. Sintesis

ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi suhu sintering terhadap struktur kristal, ukuran kristal, derajat kristalinitas, dan konstanta dielektrik. Sampel yang diperoleh berupa serbuk kemudian dicetak berbentukbulkdan disintering pada suhu 1000o_{C dan 1100}o_{C selama 4}

jam. Karakterisasi sampel menggunakan XRD (X-Ray Diffraction) untuk mengetahui ukuran kristal dan derajat kekristalan. Sedangkan untuk mengetahui konstanta dielektrik dari sampel dilakukan uji RCL meter. Berdasarkan data XRD yang telah diolah dengan metode Rietveld

menunjukkan bahwa Barium Strontium Titanat (Ba0,75Sr0,25TiO3) berstruktur kristal perovskit

dengan a = b = 3,9803 dan c = 3,9841, sedangkan ukuran kristal yang diperoleh semakin besar dengan bertambah tingginya suhu sintering yang digunakan, yaitu Ba0,75Sr0,25TiO3 pada suhu

1000o_{C diperoleh ukuran kristal sebesar 24,14 nm dan pada suhu 1100}o_{C sebesar 26,28 nm.}

Pengukuran konstanta dielektrik dilakukan pada frekuensi antara 0,01 sampai 100 kHz dan diperoleh konstanta dielektrik pada frekuensi 1 kHz dari sampel Ba0,75Sr0,25TiO3 suhu 1000oC

sebesar 107,03 dan sampel Ba0,75Sr0,25TiO3 suhu 1100oC sebesar 263,91.

Kata Kunci: Barium strontium titanat, metodeco-precipitation, konstanta dielektrik.

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi yang semakin canggih memerlukan suatu komponen yang memiliki performa tinggi dengan ukuran yang seminimal mungkin dan harga yang terjangkau, misalnya memori untuk penyimpanan data yang memiliki kapasitas penyimpanan banyak dengan ukuran kecil sehingga mudah dibawa. Salah satu material yang dapat digunakan untuk memori adalah material ferroelektrik. Material ferroelektrik dapat diaplikasikan dalam pembuatan memori karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi. Material ferroelektrik merupakan kelompok material dielektrik yang menunjukkan polarisasi spontan (Callister dan Rethwisch, 2009). Material ferroelektrik umumnya mempunyai struktur kristal perovskit. Struktur kristal perovskit yang termasuk dalam material ferroelektrik dan yang sering digunakan

adalah BaTiO3(Barium Titanat).

Barium titanat salah satu material ferroelektrik yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi sehingga banyak digunakan untuk komponen elektronik sebagai kapasitor (Ertug, 2013). Selain itu, barium titanat lebih ramah lingkungan dan memiliki

temperatur Curie yang rendah (Sunendar dkk, 2010). Dalam berbagai penelitian yang

telah dilakukan untuk memperoleh hasil yang lebih baik, barium titanat diberikan

doping dalam sintesisnya.Doping yang digunakan adalah Pb, Zr, Ca, Sr, dan Sn (Iriani

S

EMINAR

N

ASIONAL

J

URUSAN

F

ISIKA

FMIPA UM 2016

Barium strontium titanat dapat dibuat dengan berbagai macam metode, yaitu solid

state reaction(reaksi padatan),sol-gel method (Irianiet al, 2014), pulsed laser deposition

(PLD), metal organic chemical vapor deposition(MOCVD) (Fuenteset al,2014),chemical

solution deposition (CSD) (Iriani et al, 2014), sputtering (Xu et al, 2013), dan co-precipitation (Khollam et al, 2003). Berdasarkan penelitian material ferroelektrik

Ba0.8Sr0.2TiO3 yang telah dilakukan oleh Dewi dkk (2014), suhu annealing sangat

berpengaruh dalam pembentukan struktur mikro. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa meningkatnya suhu annealing maka derajat kristalinitas semakin meningkat dengan struktur tetragonal dan ukuran butirnya akan bertambah. Menurut Rositawati (2008), suhu dan waktu sintering mempengaruhi pembentukan butiran dan ukuran butir pada sampel. Semakin tinggi suhu dan semakin lama waktu tahan yang digunakan, maka butiran yang dihasilkan akan semakin besar dan menurunkan batas butiran. Menurut penelitian Maharsi dkk (2014), semakin tinggi suhu yang digunakan

untuk sintering, semakin besar ukuran kristal dan konstanta dielektrik yang semakin

tinggi.

Sedangkan Khollam et al (2003) menggunakan metode co-precipitation untuk

membuat Ba1-xSrxTiO3. Metode co-precipitation ini menggunakan suhu sintering yang

relatif rendah dengan kemurnian yang tinggi. Pada penelitiannya, suhu yang digunakan

750o_{C selama 4 jam, hasil yang diperoleh kemurnian yang tinggi (> 99%) dan komposisi}

yang stoikiometri sehingga puncak-puncak XRD yang diperoleh hanya puncak Ba

1-xSrxTiO3. Selain penambahan jumlah mol Sr, yang mempengaruhi struktur kristal dan

konstanta dielektrik dipengaruhi oleh suhu.

Penelitian pada makalah ini, dilakukan pembuatan Ba0,75Sr0,25TiO3 dengan variasi

suhu sintering 1000o_{C dan 1100}o_{C selama 4 jam menggunakan metode co-precipitation.}

Metode ini cukup sederhana yaitu dengan mencampurkan beberapa larutan kemudian diperoleh suatu endapan, kemudian dikeringkan sehingga diperoleh serbuk yang diinginkan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi suhu pada metodeco-precipitationterhadap sifat listrik dan struktur kristal Ba0,75Sr0,25TiO3.

METODE PENELITIAN

Metode co-precipitation merupakan salah satu metode yang berdasarkan

pengendapan dari beberapa larutan yang dicampurkan. Pembuatan Ba0,75Sr0,25TiO3

dilakukan dengan cara mencampurkan larutan asam oksalat

(H

2

C

2

O

4

), larutan titanium

tetrabutoksida

((C

4

H

9

O)

4

Ti), kedua larutan tersebut dilarutkan dengan isopropanol

((CH

3

)

2

CHOH). Kemudian barium hidroksida (Ba(OH)

2

), strontium nitrat (Sr(NO

3

)

2

)

dicampurkan kelarutan di atas. Endapan yang diperoleh dikeringkan kemudian di-sintering

pada suhu 1000

o

C dan 1100

o

C dengan waktu tahan 4 jam. Secara garis besar proses

pembuatan

Ba0,75Sr0,25TiO3ditunjukkan Gambar 1.

Karakterisasi sampel Ba0,75Sr0,25TiO3 menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)

dengan sumber Cu ( = 1.54056 ) untuk mengetahui struktur kristal dan ukuran

kristal. Data yang diperoleh dicocokkan dengan database International Center for

Diffraction Data (ICDD) no#440093. Ukuran kristal sampel dapat dihitung menggunakan Pers. 1 dengan cara memasukkan nilai FWHM ( ) yang diperoleh dari

softwareOrigin 8, sudut difraksi ( ) dan konstanta Scherre (k). (1)

Sedangkan untuk mengetahui konstanta dielektrik dari sampel berdasarkan data

pada pengujian RCL meter berupa faktor dissipasi (D) dan kapasitansi (C) dengan Pers.

2.

[image:3.595.197.426.70.369.2]

Gambar 1. Diagram alir penelitian.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pola difraksi yang diperoleh dari karakterisasi menggunakan XRD untuk mengetahui parameter kisi, struktur kristal, ukuran kristal, dan tingkat kekristalan.

Gambar 2 menunjukkan pola difraksi sampel Ba0,75Sr0,25TiO3 dengan variasi suhu

sintering 1000o_{C dan 1100}o_{C selama 4 jam. Puncak-puncak hasil difraksi XRD sampel}

Ba0,75Sr0,25TiO3 dicocokkan dengan database ICDD no#440093 dan hasil tersebut

menunjukkan bahwa puncak-puncak tersebut merupakan puncak BST. Dari hasil tersebut, tidak ada puncak yang menunjukkan puncak selain BST sehingga sampel

yang telah dibuat merupakan fase tunggal BST. Hal ini menunjukkan bahwa metode

[image:3.595.162.456.545.756.2]

S

EMINAR

N

ASIONAL

J

URUSAN

F

ISIKA

FMIPA UM 2016

Berdasarkan Gambar 2, menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu sintering yang

digunakan, maka intensitas yang diperoleh semakin tinggi juga. Hal ini dikarenakan semakin tinggi suhu yang diberikan, maka energi yang diberikan pada sampel semakin besar sehingga atom-atomnya bervibrasi dan berdifusi satu sama lain sehingga reaksi yang terjadi sangat sempurna, atom-atom akan tersusun secara teratur dan ikatan antar atom semakin kuat. Meningkatnya intensitas pada sampel BST menunjukkan bahwa tingkat kekristalan juga meningkat. Tingkat kekristalan menunjukkan tingkat keteraturan struktur atom pada suatu material.

Meningkatnya suhu sintering dapat juga meningkatkan konstanta dielektrik yang

ditunjukkan paga Gambar 3, karena suhu sintering menyebabkan ukuran kristal

semakin besar. Ketika ukuran kristal semakin besar, maka domain-domain kristal semakin banyak yang menyebabkan momen dipol semakin banyak. Semakin banyak momen dipol, semakin besar polarisasi yang dihasilkan. Sehingga konstanta dielektrik

semakin besar juga. Selain mempengaruhi konstanta dielektrik, suhu sintering juga

berpengaruh pada ukuran kristal sampel.

Semakin tinggi suhu sintering yang digunakan maka ukuran kristalnya akan

semakin besar. Hal ini dikarenakan pada suhu yang tinggi atom-atom berdifusi dengan sempurna terhadap atom-atom lain sehingga ukuran kristalnya semakin meningkat. Semakin meningkatnya ukuran kristal menyebabkan porositasnya menurun. Hubungan

antara suhu sintering, ukuran kristal, parameter kisi, dan tingkat kekristalan

ditunjukkan oleh Tabel 1. Material ferroelektrik Ba0.75Sr0.25TiO3 memiliki struktur

kristal tetragonal (a = b c). Parameter kisi yang diperoleh antara suhu 1000o_{C dan}

1100o_{C sama, hal ini menunjukkan bahwa suhu sintering tidak mempengaruhi}

parameter kisi. Dari nilai parameter kisi yang diperoleh dapat dihitung volume kristal.

Volume kristal sampel BST pada suhu 1000o_{C dan 1100}o_{C sebesar 63.12 x 10}-3_m3_.

Nilai konstanta dielektrik diperoleh dari hasil pengukuran menggunakan RCL meter dengan cara memberikan masukan frekuensi 1 kHz sampai 100 kHz. Berdasarkan Gambar 3, semakin besar frekuensi yang diberikan, konstanta dielektrik yang diperoleh semakin kecil dan konstan. Nilai konstanta dielektrik maksimum

diperoleh ketika nilai frekuensinya minimum pada sampel BST dengan suhu 1000O_C

[image:4.595.66.528.526.590.2]

dan 1100O_{C yaitu masing-masing 107.03 dan 263.91.}

Tabel 1. Ukuran kristal, derajat kristalinitas dan parameter kisi BST pada suhu 1000OC

dan 1100O_C.

Sampel Ba0,75Sr0,25TiO3

Ukuran Kristal

(nm) Kristalinitas (%)Derajat a =bParameter Kisic

900o_{C 23.95 92.24 3.9959 3.9736}

1000o_{C 24.14 90.99 3.9803 3.9841}

[image:5.595.180.445.76.265.2]

Gambar 3. Grafik hubungan frekuensi dengan konstanta dielektrik BST.

KESIMPULAN

Sintesis Ba

0,75

Sr

0,25

TiO

3

menggunakan metode co-precipitation dengan variasi suhu

sintering 1000

o

C dan 1100

o

C berpengaruh pada struktur kristal dan sifat listriknya. Semakin

tinggi suhu

yang

digunakan, maka ukuran kristal semakin besar dan intensitas semakin tinggi.

Sehingga konstanta dielektirknya semakin besar juga. Ukuran kristal terbesar diperoleh pada

suhu 1100

o

C, yaitu 26,28 dan konstanta dielektriknya sebesar 263,91.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Hibah Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi Kementrian Riset Teknologi dan Dikti 2016.

DAFTAR RUJUKAN

Ertug, B., 2013.The Overview of The Electrical Properties of Barium Titanate. American

Journal of Engineering Research (AJER). vol. 02, no. 08, 01-07.

Iriani, Y., Saputri, D. F., Hadiati, S., Ramelan, A. H., Variani, V. I., 2014. Deposition of

BaZr0.10Ti0.90O3 Thin Films Doped Strontium by Sol Gel Method. Advance materials research. vol. 911, 205-209.

Sunendar, B., Agustina, M., Wibowo, A., Oktavia E., 2010. Sintesis Partikel Nano

Barium Titanat Menggunakan Metode Perkusor dengan Pulp Merang sebagai Templat. Berita Selulosa. vol. 45, 64-69.

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

Titanate: Part I. Science of Sintering, vol. 40, 155-165.

Iriani, Y., Setyadhani, R. T., Jamaluddin, A.,. 2014. Effects of Iron Dopants on Barium

Strotium Titanate (Ba0.8Sr0.2TiO3) Thin Films. Advanced Materials Research, vol. 896, 229-232.

Khollam, Y.B., Bhoraskarm S.V., Deshpande, S.B., Potdar, H.S., Pavaskar, N.R.,

Sainkar, S.R., Date, S.K., 2003. Simple Chemical Route for The Quantitative

Precipitation of Barium Strontium Titanyl Oxalate PrecursorLeading to Ba1-xSrxTiO3 Powders. Materials Letters, vol. 57, 1871 1879.

Iriani, Y., Maharsi, R., Jamaludin, A., 2014. Karakterisasi Kekristalan dan Konstanta

S

EMINAR

N

ASIONAL

J

URUSAN

F

ISIKA

FMIPA UM 2016

Rositawati, D. N., 2008. Pengaruh Temperatur dan Waktu Sintering dan Annealing