PENGARUH KOMPOSISI STRONTIUM (Sr) TERHADAP SIFAT LISTRIK DAN STRUKTUR MIKRO MATERIAL FERROELEKTRIK BARIUM STRONTIUM TITANAT (Ba1-xSrxTiO3) YANG DIBUAT DENGAN METODE CO-PRECIPITATION.
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
2016
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, aku hanya menemukan 10.000 cara yang tidak berhasil dan selalu ada
cara untuk melakukannya dengan lebih baik. Temukanlah!”
(Thomas Alva Edison)
v
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
keberhasilanku.
vi
ABSTRAK
PENGARUH KOMPOSISI STRONTIUM (Sr) TERHADAP SIFAT LISTRIK
DAN STRUKTUR MIKRO MATERIAL FERROELEKTRIK BARIUM
STRONTIUM TITANAT (Ba1-xSrxTiO3) MENGGUNAKAN METODE COPRECIPITATION
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.
Kata kunci. Ferroelektrik, BST, Strontium, co-precipitation
vii
ABSTRACT
THE INFLUENCE OF COMPOSITION STRONTIUM (Sr) AGAINST
ELECTRICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE IN THE
FERROELECTRIC MATERIAL BARIUM STRONTIUM TITANATE (Ba1xSrxTiO3) 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.
Kata kunci. Ferroelectric, BST, Strontium, co-precipitation
viii
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
ini dapat terselesaikan dengan baik.
ix
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
Yunita Subarwanti
x
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.
BAB II.
PENDAHULUAN .....................................................................................
1
A. Latar Belakang....................................................................................
1
B. Rumusan Masalah ..............................................................................
4
C. Batasan Masalah .................................................................................
4
D. Tujuan Penelitian................................................................................
4
E. Manfaat Penelitian..............................................................................
5
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
I. Sawyer Tower ..................................................................................... 22
xi
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
LAMPIRAN ................................................................................................................. 60
xii
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1. Konstanta Dielektrik...........................................................................................
11
4.1. Orientasi Bidang Kristal Sampel Ba1-xSrxTiO3 pada Suhu Sintering 800oC ......
34
4.2. Intensitas Puncak Ba1-xSrxTiO3 pada Bidang (1 0 1) dan (1 1 0) .......................
34
4.3. Tingkat Kristalinitas pada Sampel Ba1-xSrxTiO3................................................
37
4.4. Parameter Kisi Sampel Ba1-xSrxTiO3 Hasil Refinement .....................................
38
4.5. Parameter Kisi Sampel Ba1-xSrxTiO3 Hasil Perhitungan....................................
39
4.6. Tetragonality Sampel Ba0,9Sr0,1TiO3 dengan Variasi Suhu Sintering................
40
4.7. Ukuran Kristal Sampel Ba1-xSrxTiO3 pada Puncak Tertinggi. ...........................
40
4.8. Ukuran Butir Ba1-xSrxTiO3 pada Suhu 900oC dan 1100oC.................................
44
4.9. Konstanta Dielektrik pada Sampel Ba1-xSrxTiO3 ...............................................
48
xiii
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 > TC dan (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-xSrxTiO3 dengan Variasi Jumlah Mol Sr pada Suhu
Sintering (a) 700oC, (b) 800oC, (c) 900oC, dan (d) 1100oC ...............................
33
4.2. Pola Difraksi Sampel Ba1-xSrxTiO3 dengan Variasi Suhu Sintering (a)
Ba0,9Sr0,1TiO3, (b) Ba0,7Sr0,3TiO3 dan (c) Ba0,5Sr0,5TiO3 ....................................
36
4.3. Hasil Refinement pada Suhu Sintering 700oC (a) Ba0,9Sr0,1TiO3 dan (b)
Ba0,7Sr0,3TiO3......................................................................................................
37
4.4. Foto SEM Ba1-xSrxTiO3 (a) Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu Sintering 900oC, (b)
Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu Sintering 1100oC, (c) Ba0,7Sr0,3TiO3 pada Suhu
Sintering 900oC, (d) Ba0,7Sr0,3TiO3 pada Suhu Sintering 1100oC, (e) Ba0,5
Sr0,5TiO3 pada Suhu Sintering 900oC, dan (f) Ba0,5Sr0,5TiO3 pada Suhu
Sintering 1100oC ................................................................................................
42
4.5. Grafik Konstanta Dielektrik dan Frekuensi Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu 1100oC .
45
4.6. Hubungan Variasi Suhu Sintering dan Konstanta Dielektrik Ba0,9Sr0,1TiO3 .....
47
4.7. Hubungan Penambahan Jumlah Mol Sr Terhadap Nilai Konstanta Dielektrik
Ba1-xSrxTiO3 pada Suhu 700oC...........................................................................
xiv
48
4.8. Kurva Histerisis Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu Sintering (a) 700oC, (b) 800oC, (c)
900oC, dan 1100oC .............................................................................................
50
o
4.9. Kurva Histerisis Sampel Ba0,5Sr0,5TiO3 pada Suhu Sintering (a) 700 C, (b)
800oC, (c) 900oC, dan (d) 1100oC ......................................................................
xv
51
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 Ba0,7Sr0,3TiO3 pada variasi suhu sintering ......................
84
10. Contoh perhitungan ukuran butir sampel Ba0,7Sr0,3TiO3 pada suhu 1100oC.......
85
xvi
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
2016
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, aku hanya menemukan 10.000 cara yang tidak berhasil dan selalu ada
cara untuk melakukannya dengan lebih baik. Temukanlah!”
(Thomas Alva Edison)
v
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
keberhasilanku.
vi
ABSTRAK
PENGARUH KOMPOSISI STRONTIUM (Sr) TERHADAP SIFAT LISTRIK
DAN STRUKTUR MIKRO MATERIAL FERROELEKTRIK BARIUM
STRONTIUM TITANAT (Ba1-xSrxTiO3) MENGGUNAKAN METODE COPRECIPITATION
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.
Kata kunci. Ferroelektrik, BST, Strontium, co-precipitation
vii
ABSTRACT
THE INFLUENCE OF COMPOSITION STRONTIUM (Sr) AGAINST
ELECTRICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE IN THE
FERROELECTRIC MATERIAL BARIUM STRONTIUM TITANATE (Ba1xSrxTiO3) 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.
Kata kunci. Ferroelectric, BST, Strontium, co-precipitation
viii
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
ini dapat terselesaikan dengan baik.
ix
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
Yunita Subarwanti
x
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.
BAB II.
PENDAHULUAN .....................................................................................
1
A. Latar Belakang....................................................................................
1
B. Rumusan Masalah ..............................................................................
4
C. Batasan Masalah .................................................................................
4
D. Tujuan Penelitian................................................................................
4
E. Manfaat Penelitian..............................................................................
5
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
I. Sawyer Tower ..................................................................................... 22
xi
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
LAMPIRAN ................................................................................................................. 60
xii
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1. Konstanta Dielektrik...........................................................................................
11
4.1. Orientasi Bidang Kristal Sampel Ba1-xSrxTiO3 pada Suhu Sintering 800oC ......
34
4.2. Intensitas Puncak Ba1-xSrxTiO3 pada Bidang (1 0 1) dan (1 1 0) .......................
34
4.3. Tingkat Kristalinitas pada Sampel Ba1-xSrxTiO3................................................
37
4.4. Parameter Kisi Sampel Ba1-xSrxTiO3 Hasil Refinement .....................................
38
4.5. Parameter Kisi Sampel Ba1-xSrxTiO3 Hasil Perhitungan....................................
39
4.6. Tetragonality Sampel Ba0,9Sr0,1TiO3 dengan Variasi Suhu Sintering................
40
4.7. Ukuran Kristal Sampel Ba1-xSrxTiO3 pada Puncak Tertinggi. ...........................
40
4.8. Ukuran Butir Ba1-xSrxTiO3 pada Suhu 900oC dan 1100oC.................................
44
4.9. Konstanta Dielektrik pada Sampel Ba1-xSrxTiO3 ...............................................
48
xiii
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 > TC dan (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-xSrxTiO3 dengan Variasi Jumlah Mol Sr pada Suhu
Sintering (a) 700oC, (b) 800oC, (c) 900oC, dan (d) 1100oC ...............................
33
4.2. Pola Difraksi Sampel Ba1-xSrxTiO3 dengan Variasi Suhu Sintering (a)
Ba0,9Sr0,1TiO3, (b) Ba0,7Sr0,3TiO3 dan (c) Ba0,5Sr0,5TiO3 ....................................
36
4.3. Hasil Refinement pada Suhu Sintering 700oC (a) Ba0,9Sr0,1TiO3 dan (b)
Ba0,7Sr0,3TiO3......................................................................................................
37
4.4. Foto SEM Ba1-xSrxTiO3 (a) Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu Sintering 900oC, (b)
Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu Sintering 1100oC, (c) Ba0,7Sr0,3TiO3 pada Suhu
Sintering 900oC, (d) Ba0,7Sr0,3TiO3 pada Suhu Sintering 1100oC, (e) Ba0,5
Sr0,5TiO3 pada Suhu Sintering 900oC, dan (f) Ba0,5Sr0,5TiO3 pada Suhu
Sintering 1100oC ................................................................................................
42
4.5. Grafik Konstanta Dielektrik dan Frekuensi Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu 1100oC .
45
4.6. Hubungan Variasi Suhu Sintering dan Konstanta Dielektrik Ba0,9Sr0,1TiO3 .....
47
4.7. Hubungan Penambahan Jumlah Mol Sr Terhadap Nilai Konstanta Dielektrik
Ba1-xSrxTiO3 pada Suhu 700oC...........................................................................
xiv
48
4.8. Kurva Histerisis Ba0,9Sr0,1TiO3 pada Suhu Sintering (a) 700oC, (b) 800oC, (c)
900oC, dan 1100oC .............................................................................................
50
o
4.9. Kurva Histerisis Sampel Ba0,5Sr0,5TiO3 pada Suhu Sintering (a) 700 C, (b)
800oC, (c) 900oC, dan (d) 1100oC ......................................................................
xv
51
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 Ba0,7Sr0,3TiO3 pada variasi suhu sintering ......................
84
10. Contoh perhitungan ukuran butir sampel Ba0,7Sr0,3TiO3 pada suhu 1100oC.......
85
xvi