## Pembuatan Material Ferroelektrik Barium Titanat
(BaTiO 3 ) menggunakan Metode Kopresipitasi
Ramona Dyah Safitri, Yunita Subarwanti, Agus Supriyanto, Anif Jamaluddin, dan Yofentina Iriani ∗ Jurusan Ilmu Fisika Program Pascasarjan, Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami 36A, Kentingan, Surakarta 57126

## Intisari
Sampel Barium titanat (BaTiO 3 ) telah dibuat dengan metode coprecipitation. Sampel disintering pada suhu 900 ◦ C dengan variasi waktu tahan 2, 3, dan 4 jam. Uji kekristalan dilakukan dengan instrumen X-Ray Diffrac- tometer (XRD). Nilai konstanta dielektrik diperoleh melalui pengujian dengan RCL meter. Berdasarkan analisis hasil perhitungan, parameter kisi BaTiO 3 dengan waktu tahan 2 jam adalah a = b = 4,0057 nm, c = 4,0124 nm, parameter kisi untuk waktu tahan 3 jam adalah a = b = 4,0124 nm, c = 4,0532 nm dan parameter kisi untuk waktu tahan 4 jam adalah a = b = 4,0105 nm, c = 4,0642nm. Struktur krital yang didapatkan adalah tetragonal. Ukuran kristal sampel dengan waktu tahan 2 jam, 3 jam dan 4 jam adalah 25,5 nm, 27,2 nm dan 27,3 nm. Pengukuran konstanta dielektrik (K) dilakukan pada rentang frekuensi 1 kHz. Nilai K sampel dengan waktu tahan 2, 3, dan 4 jam adalah 90, 172 dan 184. Semakin lama waktu tahan sintering, konstanta dielektrik yang dihasilkan juga semakin besar sehingga kapasitansi sampel lebih besar.

## ABSTRACT
Barium titanate BaTiO 3 samples have been prepared by coprecipitation method. Samples are sintered at 900 ◦ C with holding time to 2, 3 and 4 hours. Crystallization is test performed with X-Ray Diffractometer (XRD) instrument. Dielectric constant values are obtained by testing with RCL meter. Based on the analizes of cal- culation results, for holding time 2 hours the lattice parameters of BaTiO 3 are a = b = 4.0057 nm, c = 4.0124 nm, lattice parameters with holding time 3 hours are a = b = 3.9994 nm; c = 4.0532 nm and lattice parameters 4 hours are a = b = 4,0105nm, c = 4,0642. The crystal structure formed are tetragonal. The size of crytals samples with holding time 2, 3 and 4 hours are 25.5 nm, 27.2 nm and 27,3 nm respectifely. Measurement of dielectric constants is performed in the range of frequency 1kHz. Rated dielectric constant samples with holding time 2, 3 and 4 hours are 90, 172 and 184. The dielectric constant is directly proportional to the time of sintering, therefore capacitance of samples are large.
K ATA KUNCI : Barium titanate, dielectric constant, coprecipitation, lattice parameter http://dx.doi.org/10.12962/

## I. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dunia hampir setiap tahunya men- galami kemajuan yang sangat pesat terutama dibidang elek- tronika. Ferroelektrik merupakan material elektronik khusus- nya dielektrik yang terpolarisasi spontan dan memiliki ke- mampuan untuk mengubah medan listrik. Polarisasi yang ter- jadi merupakan hasil dari penerapan medan yang mengaki- batkan adanya suatu material ferrolektrik. Hubungan antara polarisasi listrik dan medan listrik pada bahan ditunjukan oleh kurva histerisis [1].
Material ferroelektrik berdasarkan sifat histerisis dan teta- pan dielektrik yang tinggi dapat diterapkan pada sel mem- ori Dynamic Random Access Memory (DRAM), sifat-sifat piezoelektrik dapat digunakan sebagai mikroaktuator dan sen- sor, sifat polaryzability dapat diterapkan sebagai Non Volatile Ferroelectric Random Access Memory (NVFRAM), sifat py- roelektrik dapat diterapkan pada sensor infra merah dan sifat
∗ E- MAIL : yopen 2005@gmail.com
elektron optik dapat diterapkan pada infra merah dan sifat elektron optik dapat diterapkan pada switch termal infra merah [2].
Barium titanat (BaTiO 3 ) dengan struktur kristal perovskite tetragonal telah dikenal bersifat material ferroelektrik. Ma- terial ini telah banyak digunakan dibidang elektronik karena barium titanat lebih ramah dibandingkan material dielektrik lain, dan memiliki konstanta dielektrik yang tinggi [3]. Bar- ium titanat mudah diaplikasikan dengan alasan bahwa barium titanat mempunyai sifat kimia dan sifat mekanik yang stabil. Barium titanat memiliki struktur kristal perovskite dengan ru- mus umum ABO 3 dimana A adalah ion-ion logam blik s,d atau f yang ukuran lebih besar, sedangkan B jari-jari atom ke- cil yang merupakan ion logam transisi dan untuk O 3 adalah oksigen [4].
Metode coprecipitation merupakan metode yang relatif sederhana yaitu dengan mencampurkan dua atau lebih mate- rial padatan dan cair yang berbeda kemudian dilakukan pen- gadukan secara konstan agar larutannya tercampur secara ho- mogen dan menghasilakan suatu endapan. Tahap motode coprecipitation meliputi: penimbangan bahan atau material yang akan dilarutkan, homogenitasi, pengendapan larutan,
Gambar 1: Diagram alir penelitian.
pencucian larutan, pengepresan dan sintering yang melibatkan proses difusi [5].
Pada makalah ini, metode yang digunakan pada pembuatan sampel BaTiO 3 adalah coprecipitation. Sampel BaTiO 3 di- sintering pada suhu 900 ◦ C dengan waktu tahan 2 jam dan 3 jam. Dari perbedaan waktu tahan sintering dapat dianal- isa pengaruhnya terhadap konstanta dielektrik dan karateristik struktur kristalnya.

## II. METODOLOGI
Material BaTiO 3 dibuat dengan metode coprecipitation. Diagram alir penelitian seperti ditunjukan pada Gambar 1. Bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan BaTiO 3 adalah Ti(C 4 H 9 O) 4 , C 2 H 2 O 4 , Ba(OH) 2 setiap bahan di- larutkan dengan C 3 H 8 O. Pencampuran dilakukan menggu- nakan magnetic stirrer untuk mendapatkan larutan yang ho- mogen. Larutan hasil pencampuran diendapkan kemudian dikompaksi (press) menggunakan alat hydraulic press. Proses sintering dilakukan pada suhu 900 ◦ C dengan haeters rate 10 ◦ C/ menit dengan waktu tahan 2 jam, 3 jam dan 4 jam menggunakan furnace. Sampel BaTiO 3 dikarakterisasi den- gan instrumen XRD uji ini dilakukan untuk mengetahui struk- tur kristal, parameter kisi, serta tingkat kekristalan sampel. Hasil yang didapat berupa poda difraksi yaitu grafik yang me- nunjukan hubungan antara sudut difraksi (2 θ ) dengan intensi- tas (I).
Pengolahan data menggunakan software Origin dan Mi- crosoft Excel 2007. Data hasil XRD diplot di software origin sehingga muncul grafik yang menunjukan puncak- puncak difraksi dari sampel. Puncak-puncak difraksi diband-
TABEL I: Intensitas BaTiO 3 untuk variasi waktu tahan dengan tem- peratur sintering 900 ◦ C.
Waktu tahan Intensitas (jam) (count) 2 992 3 1015 4 9626
ingkan dengan database PCPDFWIN sehingga dapat dike- tahui puncak-puncak tersebut adalah difraksi dari sampel. Dari puncak-puncak difraksi dapat diketahui nilai Full Half Maximum Width (FWHM), struktur kristal, parameter kisi serta tingkat kekristalan dari sampel.
Ukuran kristal diperoleh melalui pengujian XRD. Data yang diperoleh dihitung menggunakan Pers.(1). Nilai FWHM ( β ) digunakan untuk menghitung ukuran butir kristal (D) dari setiap sampel dengan variasi waktu tahan yang berbeda. Nilai θ merupakan sudut difraksi sinar-X, k merupakan konstanta Scherer, dan λ merupakan panjang geombang sinar-X [4].
β cosθ = kλ D (1)
Konstanta dielektrik diperoleh melalui pengujian dengan RLC meter digital (LCR-800 Series Gwinstek). Data yang diperoleh berupa nilai kapasitansi dan faktor disipasi. Nilai konstanta dielektrik dapat diketahui dengan Pers.(2), dimana K adalah nilai konstanta dielektrik, C adalah kapasitansi, A merupakan luasan sampel, d merupakan tebal sampel, dan
◦ merupakan nilai konstanta permitivitas dielektrik (8,85 × 10 − 12 Farad.m − 1 ) [7].
K = cd ◦ A (2)

## III. HASIL DAN DISKUSI
Gambar 3 menunjukkan pola difraksi sampel BaTiO 3 ter- bentuknya suatu bidang kristal pada karakterisasi meng- gunakan peralatan XRD diidentifikasikan dengan muncul- nya puncak-puncak milik BaTiO 3 setelah dicocokan ICDD- database PCPDFWIN dengan nomor #89-1428. Pada suhu 900 ◦ C waktu tahan 2, 3, dan 4 jam sudah terlihat unsur-unsur saling berikatan dan membentuk BaTiO 3 akibat vibrasi, struk- tur kristalin semakin baik dan tidak ada impuritasnya.
Tabel I menunjukkan perubahan nilai intensitas terhadap variasi waktu tahan 2, 3, dan 4 jam. Intensitas tertinggi be- rada pada bidang kristal (110). Seiring bertambahnya waktu tahan semakin naik intensitasnya. Hal ini disebabkan karena semakin lama waktu tahan maka atom-atom BaTiO 3 yang ter- bentuk semakin teratur sehingga sinar-X yang terdifraksi se- makin banyak yang tertangkap oleh detektor.
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel II, nilai parame- ter kisi untuk kedua variasi waktu tahan berbentuk tetragonal. Nilai tetragonalitas pada kedua variasi adalah sama. Hal ini menunjukan bahwa variasi waktu tahan tidak mempengarui
Gambar 2: Pola difraksi BaTiO 3 .
TABEL II: Parameter kisi BaTiO 3 untuk variasi waktu tahan dengan temperatur sintering 900 ◦ C.
Waktu tahan P arameter Kisi (nm) (jam) a = b c 2 4,0057 4,0994 3 4,0124 4,0532 4 4,0105 4,0642
TABEL III: Ukuran kristal BaTiO 3 untuk variasi waktu tahan dengan temperatur sintering 900 ◦ C.
Waktu tahan Ukuran kristal (jam) (nm) 2 25,5 3 27,2
4 27,3
tetragonalitas suatu kristal. Tingkat kekristalan BaTiO 3 den- gan variasi waktu tahan 2 jam sebesar 96,27%, 3 jam sebesar 96,35% dan 4 jam sebesar 96,45%.
Ukuran kristal sampel dengan variasi waktu tahan 2 jam dan 3 jam lebih kecil dibandingkan dengan ukuran kristal sampel dengan waktu tahan 4 jam (Tabel III). Hal tersebut menujukan bahwa pertumbuhan kristal semakin banyak seir- ing bertambahnya waktu tahan disebabkan adanya atom-atom yang terdifusi.
Pada Gambar ?? dapat dilihat bahwa nilai konstanta dielek- trik sampel dengan variasi waktu tahan 4 jam lebih besar dibandingkan dengan sampel pada variasi waktu tahan 2 jam dan 3 jam. Pengukuran konstanta dielektrik (K) dilakukan pada rentang frekuensi 1 kHz. Nilai K sampel dengan suhu sintering 900 ◦ C waktu tahan 2,3, dan 4 jam adalah 90, 171 dan 184. Semakin lama waktu tahan sintering konstanta dielektrik yang dihasilkan juga semakin besar.
Gambar 3: Grafik respon konstanta terhadap perubahan frekuensi BaTiO 3 .

## IV. SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian ini dapat diketahui bahwa perbedaan waktu tahan sintering berpengaruh terhadap karak- teristik BaTiO 3 . Semakin lama waktu tahan sintering, inten- sitas yang diperoleh semakin meningkat. Suhu sintering yang digunakan adalah 900 ◦ C. Semakin lama waktu tahan inten- sitas yang diperoleh semakin besar, pada waktu tahan 2 jam intensitasnya sebesar 992, sedangkan pada waktu tahan 3 jam intensitasnya 1015 dan pada waktu tahan 4 jam sebesar 9626. Ukuran kristal sampel dengan waktu tahan 2 jam, 3 jam dan 4 jam adalah 25,5 nm, 27,2 nm dan 27,3 nm. Konstanta dielek- trik sampel yang didapatkan adalah sebesar 90 untuk waktu tahan 2 jam, 171 untuk 3 jam dan 184 untuk waktu tahan 4 jam.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapakan terimakasih atas kerjasama dan dukungan dana melalui Hibah Penelitian Unggulan Perguruan
Tinggi Kementrian Riset Teknologi dan Dikti 2016.
[1] K. Uchino, Ferroelektrik Devices (Marcel Dekker, Inc., USA, 2000).
[2] S. Hadiati, dkk. , Jurnal dan Aplikasinya, 10 (1), 37-43 (2004).
[3] M. Istiqomah, A. Jamaluddin, dan Y. Iriani, Jurnal Fisika Indone- sia, XVII (53), 1410-2994 (2004).
[4] W.D. Callister, Jr., and D.G. Rethwisch, Materials Science and Engineering an Introduction (John Willey & Sons, Inc., New York, 2010).
[5] Y.B. Khollam, et al. , Material Letters, 55 , 175-181 (2002).
[6] W.D. Callister, Material Science and Engineering an Introduc- tion (John Willey & Sons, Inc. New York, 2003).
[7] R.A. Serway, and J.W. Jewwet, Physics for Scientist & Engineers (6th Edition, Thomson Brooks/Cole, United States of America, 2004).