Pengaruh Perbedaan Tekanan Terhadap Proses Pemolingan Bahan Piezoelektrik PbZr0,52Ti0,48O3 Dengan Penambahan Polyvinylidine Flouride

PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES
PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3
DENGAN PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

SKRIPSI

YANI PERMATA SARI
120801067

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES
PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3
DENGAN PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat
mencapai gelar Sarjana Sains

YANI PERMATA SARI
120801067

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN

PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES

PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3 DENGAN
PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

OLEH:

YANI PERMATA SARI
NIM. 120801067

DISETUJUI OLEH:
Komisi Pembimbing

Awan Maghfirah, S.Si. M.Si
NIP. 197909022010121004

Drs. Syahfandi Ahda, MT
NIP. 196002021987021001

Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua,

Kepala Pusat Sains dan Teknologi
Bahan Maju-BATAN

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP.195510301980131003

Drs. Gunawan, M.Sc
NIP. 195708281983031004

Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul

: Pengaruh Perbedaan Tekanan Terhadap Proses
Pemolingan Bahan Piezoelektrik PbZr0,52Ti0,48O3
dengan Penambahan Polyvinylidine Flouride

Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: Skripsi
: Yani Permata Sari
: 120801067
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Disetujui di
Medan, Juli 2016

Komisi pembimbing :

Pembimbing 2,

Pembimbing 1,

Drs. Syahfandi Ahda, MT
NIP. 196002021987021001

Awan Maghfirah, S.Si. M.Si
NIP. 197909022010121004

Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195503019800310

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES
PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3 DENGAN
PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2016

YANI PERMATA SARI
120801067

Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Bismillahirrahmanirrahim

Assalamu’alaikum Wr. Wb
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, yang telah memberikan rahmat
dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini
yang berjudul “Pengaruh Perbedaan Tekanan Terhadap Proses Pemolingan Bahan
Piezoelektrik PbZr0,52Ti0,48O3 dengan Penambahan Polyvinylidine Flouride”
dengan baik dan lancar.
Penulis menyadari bahwa tanpa bimbingan, bantuan, dorongan, dan doa
dari berbagai pihak, skripsi ini tidak akan dapat diselesaikan tepat pada waktunya.
Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua yaitu Ibunda Desmiwati dan Ayahanda Yuher Efendi
yang telah memberikan dukungan moril dan materiel serta dorongan
semangat, kasih sayang, dan doa yang tulus.
2. Awan Maghfirah, S.Si. M.Si selaku dosen pembimbing utama yang telah
meluangkan waktunya, memberikan saran, dan arahan selama penulisan
skripsi ini.
3. Drs. Syahfandi Ahda, MT selaku pembimbing di PSTBM-BATAN yang
telah memberikan petunjuk, saran, arahan, motivasi, dan semangat dalam
pelaksaan serta penulisan skripsi ini.
4. Ketua Jurusan Fisika dan seluruh staff pengajar yang telah berbagi ilmu
dan pemahaman, serta seluruh pegawai akademik atas segala kemudahan

dan bantuan yang telah diberikan.
5. Seluruh staff PSTBM-BATAN yang telah berbagi ilmu, semangat, dan
motivasi selama pelaksanan penelitian di BATAN.
6. Keluarga Bapak Sulaiman selaku keluarga di BATAN yang telah
memberikan informasi penelitian, bantuan, dan semangat kepada penulis.
7. Keluarga Pak Hen dan Bu Upik sebagai pengganti orang tua di Tangerang
yang telah memberikan bantuan kepada penulis sejak pertama penelitian
hingga akhir.
8. Teman-teman seperjuangan Physics On fire 2012 yang telah menemani
selama 4 tahun dalam suka dan duka perkuliahan.
9. Darla’s Family KKN 2015 yang telah memberi semangat serta berbagi
canda dan tawa kepada penulis.
10. Teman-teman PSTBM-BATAN Gedung 71, Kak Henni, Uni Winda, Uni
Enny, Mbak Ayu, Nida, Hanif, Bayu, Riko, Cipta, Rio, Mardianto, Fauza,
Ilwan, dan Dwi atas segala bantuan, berbagi ilmu, masukan, semangat,
serta canda dan tawa.
11. Rekan-rekan seperantauan IMKR-Medan atas semangat dan dorongannya.
12. Sahabat tersayang Purnama Sari yang selalu ada dalam suka dan duka
serta selalu memberi dorongan dan semangat kepada penulis.

Penulis
Yani Permata Sari

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES
PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3 DENGAN
PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

ABSTRAK

Telah dilakukan sintesa bahan keramik piezoelektrik Timbal Zirkonat Titanat
(PZT) merupakan bahan yang mengandung unsur PbZr0,52Ti0,48O3. Penelitian ini
dilakukan dengan penggerusan, kompaksi dengan variasi tekanan 35.150 N/m2
dan 49.210 N/m2, dan pemanasan pada suhu 950oC selama 4 jam yang disebut
dengan metode reaksi padat. Setelah proses sintesa bahan dilakukan karakterisasi
menggunakan X-ray Diffractometer (XRD) dan Brunauer, Emmet, Teller (BET).
Hasil identifikasi menggunakan XRD menunjukkan bahwa produk sintesa
memiliki struktur kristal tetragonal perovskit. PZT yang bagus akan digerus
kembali dengan penambahan fraksi gram PVDF 1,5% dan 2,5% untuk PZT

tekanan 35.150 N/m2 dan 5% untuk PZT tekanan 49.210 N/m2. Kemudian
dilanjutkan dengan proses pemolingan dengan tegangan 4 kV/mm menggunakan
sumber tegangan tinggi dari pembangkit rangkaian TV 14-21 inchi. Keberhasilan
proses pemolingan dibuktikan dengan pengukuran konstanta piezoelektrik
menggunakan d33 meter. Hasil konstanta piezoelektrik yang tertinggi diperoleh
dari bahan piezoeletrik PZT tekanan 49.210 N/m2 yaitu 61 x 10-12 C/N.
Penambahan PVDF pada PZT mengurangi nilai konstanta piezoelektrik.
Kata kunci: Piezoelektrik, PZT, tetragonal perovskit, PVDF, poling, konstanta
piezoelektrik

Universitas Sumatera Utara

THE EFFECT OF PRESSURE DIFFERENCE ON POLLING PROCESS
PIEZOELECTRIC MATERIAL PbZr0,52Ti0,48O3 WITH ADDITION
POLYVINYLIDINE FLOURIDE

ABSTRACT

It has been synthesized a piezoelectric ceramic material Plumbum Zirconate
Titanate (PZT) is the material that contains elements PbZr 0,52Ti0,48O3. This

research was carried out by grinding, compacting with variations of pressure of
35.150 N/m2 and 49.210 N/m2, and heating at a temperature of 950 oC for 4 hours
so-called solid state reaction. After the synthesis process has been done the
characterization materials using X-ray diffractometer (XRD) and Brunauer,
Emmet, Teller (BET). The result of identification using XRD shows that the
synthesis product had a tetragonal crystal structure of perovskite. The good PZT
will be crushed again with the addition of gram PVDF fraction of 1,5% and 2,5%
for PZT pressure of 35.150 N/m2 and 5% for PZT pressure of 49.210 N/m2. Then
proceed with the process of polling with the voltage 4 kV/mm using a high voltage
of source series of TV 14-21 inches. The success of the process of polling proved
by measurements of the piezoelectric constants using d 33 meter. The results of the
highest piezoelectric constants obtained from PZT material piezoeletrik 49.210
N/m2 pressure is 61 x 10-12 C/N. The addition of PVDF on PZT reduce
piezoelectric’s constant value.

Keywords: Piezoelectric, PZT, tetragonal perovskite, PVDF, polling, piezoelectric
constants

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Bab 1.

Bab 2.

Bab 3.

i
ii
iii
iv
v
vi
viii
ix
x

Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Perumusan Masalah
1.3. Batasan Masalah
1.4. Tujuan Penelitian
1.5. Manfaat Penelitian

1
3
4
4
4

Tinjauan Pustaka
2.1. Piezoelektrik
2.2. Struktur Kristal
2.3. Struktur Bahan Piezoelektrik
2.4. Kurva Hysteresis Bahan Ferroelektrik
2.5. Metode Solid State Reaction
2.6. Morphotropic Phase Boundary (MPB)
2.7. Prinsip Efek Piezoelektrik (Proses Poling)
2.8. PVDF (Polyvinylidene Flouride)
2.9. XRD (X-Ray Diffraction)
2.10. Metode BET (Brunauer-Emmet-Teller)

5
6
8
9
10
12
13
16
17
19

Metode Penelitian
3.1. Tempat dan Waktu
21
3.2. Alat-Alat
3.2.1. Alat Sintesa
21
3.2.2. Alat Pemolingan
21
3.2.3. Alat Karakterisasi
22
3.3. Bahan-Bahan
22
3.4. Prosedur Penelitian
3.4.1. Persiapan Penelitian
23
3.4.2. Tahapan Penelitian
23
3.4.2.1. Sintesa Bahan
23
3.4.2.2. Karakterisasi Bahan
24
3.4.2.3. Penambahan PVDF (Polyvinylidene Flouride) 25
3.4.2.4. Proses Pemolingan
25

Universitas Sumatera Utara

3.5.
Bab 4.

Bab 5.

Diagram Alir

27

Hasil dan Pembahasan
4.1. Karakterisasi Menggunakan X-ray Diffraction (XRD)
4.1.1. Pola Difraksi PbO
4.1.2. Pola Difraksi ZrO2
4.1.3. Pola Difraksi TiO2
4.2. Sintesa PZT
4.2.1. Pola Difraksi Hasil Sintesa (PZT)
4.2.2. Pola Difraksi PZT pada Tekanan 35.150 N/m2 dan
49.210 N/m2
4.3. Penambahan PVDF
4.4. Karakterisasi Menggunakan BET
4.5. Hasil Pemolingan Bahan Piezoelektrik PZT
Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran

Daftar Pustaka

28
29
30
31
32
34
36
37
38

43
44
45

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sel Satuan Konvensional dan 14 Kisi Bravais
Tabel 4.1. Perbedaan Titik Leleh dan Titik Didih Bahan Dasar
Tabel 4.2. Hasil Karakterisasi BET Bahan Piezoelektrik PZT pada
Tekanan 35.150 N/m2 dan 49.210 N/m2

Halaman
7
32
37

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Loket Tiket Stasiun JR East Station
2
Piezoelektrik dalam Menghasilkan Energi Listrik
5
Struktur Kristal Menunjukkan Sudut hkl
6
Kristal Perovskit
9
Kurva hysteresis bahan ferroelektrik BaTiO3 pada suhu
Kamar
10
Gambar 2.5. Perubahan Struktur Mikro pada Saat Sintering
12
Gambar 2.6. MPB pada Pb(Zr(1-x)Tix)O3
12
Gambar 2.7. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik dari Magnet dan
Pembangkit dari Piezoelektrik
13
Gambar 2.8. Proses Pengutuban
14
Gambar 2.9. Gaya pada Arah 1 dan Elektroda pada Permukaan 3
15
Gambar 2.10. Arah Elektroda pada Permukaan 1 dan Memotong
Tekanan (stress)
16
Gambar 2.11. Penampang Material Piezoelektrik dalam Arah Gaya pada
Arah 3 dan Permukaan 3
16
Gambar 2.12. Struktur PVDF
17
Gambar 2.13. Struktur Rantai PVDF
17
Gambar 2.14. Difraksi Sinar-X oleh Kristal
18
Gambar 3.1. Diagram Waktu Proses Sintering
24
Gambar 3.2. Skema Proses Pemolingan
26
Gambar 3.3. Tahapan Penelitian
27
Gambar 4.1. Hubungan antara βθ dengan Intensitas pada PbO
29
Gambar 4.2. Hubungan antara βθ dengan Intensitas pada ZrO2
30
Gambar 4.3. Hubungan antara βθ dengan Intensitas pada TiO2
31
Gambar 4.4. Pola Difraksi Hasil Sintesa PZT dan Struktur Perovskit
33
Gambar 4.5. Hubungan antara βθ dengan Intensitas pada PZT Tekanan
35.150 N/m2 dan Tekanan 49.210 N/m2
34
2
Gambar 4.6. FWHM pada PZT Tekanan 35.150 N/m dan Tekanan
49.210 N/m2
35
Gambar 4.7. Hubungan antara βθ dengan Intensitas pada PVDF
36
Gambar 4.8 Hubungan antara Distribusi Diameter Pori dengan Volume
Pori pada PZT Tekanan 35.150 N/m2 dan Tekanan 49.210
N/m2
37
Gambar 4.9. Proses Pemolingan Bahan Piezoelektrik PZT
38
Gambar 4.10. Hubungan antara Waktu dengan Konstanta Piezoelektrik
pada PZT Tekanan 35.150 N/m2 Penambahan PVDF 2,5%
39
Gambar 4.11. Hubungan antara Suhu dengan Konstanta Piezoelektrik
pada PZT Tekanan 35.150 N/m2 Penambahan PVDF 1,5%
40
Gambar 4.12. Hubungan antara Waktu dengan Konstanta Piezoelektrik
PZT pada Suhu 100oC
41
Gambar 1.1.
Gambar 2.1.
Gambar 2.2.
Gambar 2.3.
Gambar 2.4.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1.
Lampiran 2.
Lampiran 3.
Lampiran 4.
Lampiran 5.
Lampiran 6.
Lampiran 7.
Lampiran 8.

Gambar Bahan Dasar
Gambar Peralatan
Pola Difraksi Sinar-X Pada Bahan Dasar
Perhitungan Perbedaan Persentase Pergeseran Puncak
Bahan Eksperimen yang Digunakan dengan COD
Perhitungan Ukuran Butiran Kristal Bahan Piezoelektrik
PZT
Hasil Karakterisasi BET
Hasil Pemolingan
Konversi Satuan Dalam Satuan Internasional

Halaman
49
50
53
59
61
62
65
66

Universitas Sumatera Utara