Sintesis Bahan Piezoelektrik Ramah Lingkungan Berbasis Bi0,5 Na0,5 TiO3 Menggunakan Metode Solid State Reaction Dengan Penambahan Dopan Ta2O5

SINTESIS BAHAN PIEZOELEKTRIK RAMAH
LINGKUNGAN BERBASIS Bi0,5 Na0,5TiO3 MENGGUNAKAN
METODE SOLID STATE REACTION DENGAN
PENAMBAHAN DOPAN Ta2O5

SKRIPSI

DEWI SURYANI
120801027

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

Universitas Sumatera Utara

SINTESIS BAHAN PIEZOELEKTRIK RAMAH
LINGKUNGAN BERBASIS Bi0,5 Na0,5TiO3 MENGGUNAKAN
METODE SOLID STATE REACTION DENGAN

PENAMBAHAN DOPAN Ta2O5

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat
mencapai gelar Sarjana Sains

DEWI SURYANI
120801027

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

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN
SINTESIS BAHAN PIEZOELEKTRIK RAMAH

LINGKUNGAN BERBASIS Bi0,5 Na0,5 TiO3 MENGGUNAKAN
METODE SOLID STATE REACTION DENGAN
PENAMBAHAN DOPAN Ta2O5
OLEH:

DEWI SURYANI
NIM : 120801027

DISETUJUI OLEH:
Komisi Pembimbing

Drs, Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP.196505171993031009

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

Kategori

: Sintesis Bahan Piezoelektrik Ramah Lingkungan

Berbasis Bi0,5 Na0,5 TiO3 Menggunakan Metode
Solid State Reaction Dengan Penambahan Dopan
Ta2O5
: Skripsi

Nama

: Dewi Suryani

Nomor Induk Mahasiswa

: 120801027

Program studi

: Sarjana (S1) Fisika

Departemen

: Fisika


Fakultas

: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan,

Juli 2016

Disetujui Oleh

Pembimbing 1,

Pembimbing 2,

Drs.Syahrul Humaidi, M.sc

Drs. Syahfandi Ahda, MT


NIP : 196506171993031009

NIP: 196002021987021001

Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

SINTESIS BAHAN PIEZOELEKTRIK RAMAH
LINGKUNGAN BERBASIS Bi0,5 Na0,5TiO3 MENGGUNAKAN
METODE SOLID STATE REACTION DENGAN
PENAMBAHAN DOPAN Ta2O5

SKRIPSI


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

Medan,

Juli 2016

DEWI SURYANI
120801027

Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkat dan
anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan studi selama perkuliahan
dengan lancar dan dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
BAHAN PIEZOELEKTRIK RAMAH
Na0,5 TiO3


“SINTESIS

LINGKUNGAN BERBASIS Bi0,5

MENGGUNAKAN METODE SOLID STATE REACTION

DENGAN PENAMBAHAN DOPAN Ta2O5”. Yang dilaksanakan di Lab. Pusat
Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM–BATAN), Serpong, Tangerang
Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Skripsi ini disusun sebagai syarat
akademis dalam menyelesaikan studi program sarjana (S1) Jurusan Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara,
Medan.
Penulis menyadari bahwa selama proses penulisan skripsi ini hingga
terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari
berbagai pihak. Dalam kesempatan ini saya ucapkan terimakasih dan penghargaan
yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Mahmudin Lubis dan Ibunda Nur
Baidah Nasution atas cinta dan kasih sayang, doa yang tiada hentinya,
memberikan nasehat, memotivasi, serta dorongan materi maupun moril

terhadap penulis. Kepada kedua adik tersayang Iwan Abdul Jalil Lubis dan
Indri Suryani Lubis yang selalu memberikan semangat dan dukungan.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang M.S selaku Dekan Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara, Medan.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Medan.
4. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing I yang telah
meluangkan waktu disela-sela kesibukannya untuk membimbing dan
memberi masukan hingga akhirnya skripsi ini dapat terselesaikan.

Universitas Sumatera Utara

5. Bapak Drs. Syahfandi Ahda, MT selaku dosen pembimbing II yang telah
banyak memberikan bantuan selama di BATAN Serpong, baik itu
bimbingan, masukan dan arahan, serta kesabaran dalam membimbing
penulis hingga selesainya proses penelitian ini. Terimakasih juga kepada
seluruh staff BATAN atas ilmu yang sangat bermanfaat, nasehat yang
membangun, atas motivasi dan arahan yang telah diberikan selama

melakukan proses penelitian di BATAN Serpong, serta semua pihak yang
langsung/tak langsung telah membantu hingga selesainya proses penelitian
ini.
6. Ibu Dra. Sudiati, M.Si selaku dosen wali penulis selama mengikuti
perkuliahan serta kepala Lab. Fisika Inti yang telah banyak memberikan
do’a dan semangat kepada penulis.
7. Kakak tercinta Endang Aryanthi Lubis dan suami abang Arfanuddin
Pulungan, serta keponakan tersayang Reifwan Arya Putra Pulungan
terimakasih banyak karena telah memberikan semangat dan dorongan
kepada penulis selama perkuliahan hingga selesainya penulisan skripsi ini.
8. Tulang Sarfawi Nasution, Ahmad Syukri Nasution, Uak Darlia Nasution,
Nur Liana Nasution, Rosiah Nasution, Zubaidah Nasution, Agus Salim
Siregar, Yahya Tanjung atas semangat dan nasehat yang diberikan kepada
penulis.
9. Sepupu-sepupu tersayang bang Mauli, bang Irfan, bang Iwan, bang Sofyan,
bang Rizki, kak Liza, kak Reni, Kak Laila, Farez, Luthfi, dll.
10. Yani Permata Sari sahabat seperjuangan dalam berbagi ilmu selama
penelitian di PSTBM-BATAN, Serpong. Teman-teman mahasiswa TA
PSTBM BATAN, Serpong (kak Henni, Uni Wynda, Uni Enny, Mbak Ayu,
Nida, Hanif, Bayu, Riko, Cipta, Mardianto, Rio, Fauza, Ilwan, Dwi, Irma,

dll) yang telah banyak membantu dan senantiasa menyemangati dalam suka
maupun duka. Senang sekali diberi kesempatan oleh Allah mengenal
kalian.
11. Teman-teman seperjuangan di “PHYSICS ON FIRE” β01β (Riris, Cyndi,
Sulis, Santa, Marta, Elisabeth, Mutia, Tania, Melpa, Ilhamsyah, Sabran,
Benget, Habibi, Ivan, Roi, Josafat, Zefanya, Ivo, Ari, Ali, Halim, Jekson,

Universitas Sumatera Utara

Wils, Andrianus, Fransisco, Marez, Iqbal, Rudi, Franki, Adin, dll) yang
memberikan kesan dan kenangan selama perkuliahan.
12. Teman-teman asisten di Laboratorium Fisika Inti (Cut Hani Safira, Rahmad
Saleh Nasution, Lyana Amirani, dan Risuliniko Saragih).
13. Kak Layla, Kak Putri, Kak Sri Handika, Bang Dosni, Bang Juan, adik-adik
FISIKA USU stambuk 2013 (Yara, dkk), stambuk 2014 (Fauzy, dkk),
stambuk 2015 (Ira, Pardom, Indra, dkk).
14. Sahabat-sahabat tersayang yang telah banyak memberikan semangat dan
dorongan kepada penulis (Fajar Siddik Nasution, May Safitri, Yusnina,
Nora, Abdi, Aswan, Malini, Irfan, Asiyah, dll) mudah-mudahan
persahabatan kita sampai syurganya Allah SWT.
15. Serta semua pihak yang sudah membantu selama penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan
dan terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya
membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata
semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi orang lain yang
membacanya.
Medan,

Juni 2016

Penulis

Universitas Sumatera Utara

SINTESIS BAHAN PIEZOELEKTRIK RAMAH
LINGKUNGAN BERBASIS Bi0,5 Na0,5TiO3 MENGGUNAKAN
METODE SOLID STATE REACTION DENGAN
PENAMBAHAN DOPAN Ta2O5
ABSTRAK

Telah dilakukan sintesis bahan piezoelektrik BNT dengan penambahan dopan
Ta2O5 menggunakan metode solid state reaction. Pada metode ini dilakukan
penggerusan selama 4 jam, kompaksi dengan tekanan 5000 psi, kalsinasi selama 1
jam pada suhu 200oC dan sintering pada suhu 950oC selama 4 jam. Pada
penelitian ini, dilakukan variasi terhadap penambahan dopan Ta2O5 sebesar 0%,
1.5%, 3%, 4.5%, 6% dan 15%. Sampel dikarakterisasi menggunakan XRD, LCR
dan BET. Berdasarkan XRD, LCR, dan BET diperoleh bahwa bahan BNT-Ta2O5
memiliki unjuk kerja optimal berada pada saat 3% penambahan dopan Ta2O5.
Kata Kunci : Piezoelektrik, BNT, Dopan, Solid State Reaction, Ta2O5

Universitas Sumatera Utara

THE SYNTHETHESIS OF ENVIRONMENTALLY FRIENDLY
PIEZOELECTRIC MATERIALS BASED ON Bi0,5 Na0,5TiO3
USING SOLID STATE REACTION METHOD WITH THE
ADDITION OF DOPANT Ta2O5

ABSTRACT

The research on synthesis of BNT piezoelectric material with addition dopant
Ta 2O 5have been carried out by using solid state reaction method. In this research,
samples were made by using these parameters, 4 hours millings, compaction on
5000 psi, calcination on 200oC and sintering on 950 oC for 4 hours. Samples were
performed into four variations by doped 0%, 1.5%, 3%, 4.5%, 6% dan 15% of
Ta 2O 5. Every sample was characterized by XRD, LCR, and BET. Based on
characterized XRD, LCR, and BET it is obtained that BNT-Ta 2O 5 have optimals
work method at the moment of adding 3% of Ta 2O 5.
Keyword : Piezoelektrik, BNT, Dopant, Solid State Reaction, Ta 2O 5

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
Persetujuan
Pernyataan
Lembar Pengesahan
Penghargaan
iv
Abstrak

i
ii
iii

vii
Abstrac
viii
Daftar isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Datrar Lampiran

ix
xi
xii

BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan

1
1
3
3
3
4
4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Struktur Kristal
2.2 Bahan Dielektrik
2.3 Piezoelektrik
2.4 Bismut Natrium Titanium (BNT)
2.5
Struktur
Bismut

5
5
7
8
9
Natrium

Titanat

10
2.6

Metode

Padatan

(solid

10
2.7

Temperatur

11
2.8

Difraksi

state

reaction)

Curie

Sinar-X

12

Universitas Sumatera Utara

2.9

Metode

Hanawalt

13
2.10

(JCPDS)

LCR

15
2.11

meter

BET

(Brunauer-Emmet-Teller)

15
BAB

3.

METODOLOGI

PENELITIAN

16
3.1

Tempat

16
3.2

Peralatan

dan

Waktu

Penelitian

Bahan

Penelitian

dan

16
3.2.1

Peralatan

16
3.2.2

Bahan

Penelitian

17
3.3

Prosedur

Penelitian

17
3.4

Sintesis

Bahan

20
3.5

Karakterisasi

Sampel

20
BAB

4.

HASIL

DAN

PEMBAHASAN

21
4.1

Bahan-Bahan

Dasar

21
4.1.1

Hasil

21
4.1.2

Hasil

Reaksi

Reaksi

Bahan

Bahan

Dasar

Dasar

Bi2O3
Na2CO3

22

Universitas Sumatera Utara

4.1.3

Hasil

Reaksi

Bahan

23
4.1.4

Hasil

Reaksi

Bahan

Dasar

Dasar

TiO2
Ta2O5

24
4.2

Sintesa

BNT

Menggunakan

XRD

25
4.3 Sintesa BNT Dengan Penambahan Dopan Ta2O5 Menggunakan XRD
27
4.4
30
4.5
4.6

Sintesis

Hasil
Hasil

dan

Sintesa
dan

Sintesis

Karakterisasi

LCR

Menggunakan
Gabungan

Karakterisasi
BET
32
dari Semua Karakterisasi

32
BAB

5.

KESIMPULAN

DAN

SARAN

33
5.1

Kesimpulan

33
5.2

Saran

34
DAFTAR

PUSTAKA

35
LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel
2.1
2.2
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

Judul

Halaman

Sel satuan konvensional dan 14 kisi Bravais
Salah satu contoh kartu Hanawalt (JCPDS) dari
bahan Ta2O5
Massa Bahan Dasar Berdasarkan Variasi % Mol
Ta2O5
Data JCPDS Bahan Bi2O3 (Nomor 41-1449)
Data JCPDS Bahan Na2CO3(Nomor 19-1130)
Data JCPDS Bahan TiO2 (Nomor 21-1272)
Data JCPDS Bahan Ta2O5 (Nomor 25-0922)
Nilai titik leleh dan titik didih bahan-bahan dasar
Hasil perhitungan parameter kisi untuk
rhombohedral

6
14
18
22
23
25
26
27
31

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar
1.1
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12

Judul

Halaman

Penggunaan bahan piezoelektrik pada alat kesehatan
USG
Skema tentang struktur kristal
Efek piezoelektrik langsung dan efek balikan
Struktur perovskite BNT
Difraksi sinar-X oleh bidang kristal
Tahapan Penelitian
Pola difraksi sinar-X dan data JCPDS bahan Bi2O3
Pola Diffraksi sinar-X dan data JCPDS bahan Na2CO3
Pola Diffraksi sinar-X dan data JCPDS bahan TiO2
Pola Diffraksi sinar-X dan data JCPDS bahan Ta2O5
Pola Diffraksi sinar-X bahan dasar BNT dan struktur
perovskite
Pola Diffraksi sinar-X
bahan BNT dengan
Penambahan Dopan Ta2O5
Pergeseran Pola Diffraksi sinar-X bahan BNT dengan
Penambahan Dopan Ta2O5 pada bidang (200)
Perubahan parameter kisi pada struktur Rhomhedral
dengan fraksi mol Ta2O5
Grafik perbandingan antara 0%-3%Ta2O5 dengan
Temperatur Curie
Grafik perbandingan antara 4.5%-15%Ta2O5 dengan
Temperatur Curie
Grafik perbandingan penambahan Ta2O5 dengan
Temperatur Curie
Grafik perbandingan antara BNT-Ta % dengan volume
total pori

2
5
8
10
12
19
21
22
23
25
28
29
30
31
32
33
33
34

Universitas Sumatera Utara