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
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