April 2017
Pengaruh Suhu Sintering Pada Pembuatan Strontium Titanat (SrTiO 3 ) Terhadap Konstanta Dielektrik Menggunakan Metode Co-Precipitation
Husnah Rofiko, Y ofentina Iriani * , dan Risa Suryana Prodi Fisika  FMIPA,  Universitas Sebelas Maret Jl.  Ir. Sutami  36A  Kentingan, Surakarta 57126 *email  : yopen_2005@yahoo.com

## ABSTRACT
Strontium  Titanate  (SrTiO 3 )  with  variation  of  sintering  temperatures  were  prepared  by  co-precipitation methods. Sintering temperature were varied at 700 o C, 800 o C,  and 900 o C for 4 hours. SrTiO 3 samples  were prepared by Strontium  Nitrate and  Titanium Tetrabutoxide. SrTiO 3 samples were  characterized by  X-Ray Diffraction  (XRD),  Scanning  Electron  Microscopy  (SEM),  Resistance  Capacitance  Inductance  (RCL) meter, and Sawyer Tower.  SEM images show that the sintering temperatures could affect the grain size of SrTiO 3 . In addition, crystal size of SrTiO 3 (110) affected by sintering temperature. The highest of dielectric constant is 137 on SrTiO 3 at sintering temperature of 900 o C. Sawyer Tower curves confirmed that SrTiO3 has paraelectric property.
Keywords: Strontium  Titanate, Co-precipitation,  dielectrics constant, paraelectrics

## ABSTRAK
Strontium Titanat  (SrTiO 3 )  dengan  variasi  suhu  sintering  telah  dibuat  dengan  metode co-precipitation . Variasi suhu sintering yang  digunakan yaitu 700 o C, 800 o C,  dan 900 o C dengan waktu  tahan 4 jam.  SrTiO 3 dibuat  dari  bahan  dasar  Strontium  Nitrat  dan  Titanium  Tetrabutoksida.  Sampel  SrTiO 3 dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Resistance Capacitance Inductance (RCL)  meter,  dan  Sawyer  Tower.  Hasil  karakterisasi  XRD  menunjukkan  bahwa  variasi  suhu sintering  mempengaruhi  ukuran  kristal  dan  ukuran  butir  dari  SrTiO 3 .  Konstanta  dielektrik  tertinggi diperoleh  pada  SrTiO 3 dengan  suhu  sintering  900 o C  yaitu  137.  Hasil  uji  menggunakan  Sawyer  Tower menunjukkan  bahwa SrTiO 3 bersifat paraelektrik.
Kata kunci: Strontium  Titanat, Co-precipitation , konstanta dielektrik, paraelektrik

## PENDAHULUAN
Strontium  Titanat  (SrTiO 3 )  merupakan  salah  satu  bahan metal  oxide yang  memiliki  struktur perovskite  kubik.  SrTiO 3 memiliki  sifat  fisika  seperti  paraelektrisitas,  superkonduktivitas,  dan fotokatalis [2] .  Selain  itu,  SrTiO 3 memiliki  sifat  kimia  dan  kestabilan  fisik  yang  baik,  serta  sifat optik  yang  unggul [3] .  Berdasarkan  sifat-sifat  tersebut  SrTiO 3 dikembangkan  secara berkelanjutan  untuk  digunakan  dalam  beberapa  aplikasi.  Beberapa  jenis  aplikasi  yang menerapkan  bahan  SrTiO 3 adalah  kapasitor,  devais  microwave,  dan fotokatalis [5] .
Penelitan  mengenai  SrTiO 3 telah  banyak  dilakukan  dengan  berbagai  metode  seperti solid  state, sol  gel ,  hidrotermal  dan co-precipitation .  Dari  beberapa  metode  tersebut,  metode co- precipitation memiliki  keunggulan  yaitu  homogenitas  dan kontrol  stokiometri  yang  bagus [4] .
Pada  makalah  ini  akan  dilakukan  pembuatan  SrTiO 3 dengan  metode co-precipitation . Pembuatan  SrTiO 3 dilakukan  dengan  variasi  suhu sintering 700 o C,  800 o C,  dan  900 o C.  Dari perbedaan  suhu sintering dapat  dianalisa  pengaruhnya  terhadap  konstanta dielektrik  dan karateristik struktur kristalnya.

## METODE
Pembuatan  Strontium  Titanat  (SrTiO 3 )  dilakukan  dengan  menggunakan  metode co- precipitation .  Diagram  alir  pembuatan  Strontium  Titanat  (SrTiO 3 )  ditunjukkan  pada  Gambar  1.
Gambar 1 . Diagram  alir pembuatan Strontium Titanat (SrTiO 3 )
Bahan-bahan  yang  digunakan  untuk  pembuatan  SrTiO 3 adalah  Stronsium  Nitrat  (Sr(NO 3 ) 2 )  dan Tetrabutoksida  (Ti(C 4 H 9 O) 4 ).  Bahan  tersebut  dilarutkan  dalam  pelarut.  Pencampuran  larutan
dilakukan  dengan  di stirrer selama  1  jam.  Larutan  diendapkan  selama  12  jam  dan  di  hidrolisis dengan  suhu  100 o C  selama  10  jam.  Serbuk  SrTiO 3 kemudian  dicetak  dalam  bentuk bulk menggunakan alat hydrolic  press . Bulk di sintering pada suhu  700°C, 800°C  dan 900°C  dengan waktu  tahan  selama  4 jam.
Sampel  SrTiO 3 dikarakterisasi  dengan  instrumen  XRD  untuk  mengetahui  struktur  kristal, parameter  kisi,  serta  tingkat  kekristalan  sampel.  Hasil  karakterisasi  XRD  berupa  difraktogram yang  menunjukkan  puncak-puncak  difraksi  dari  sampel.  Puncak-puncak  difraksi  dibandingkan dengan database PCPDFWIN  sehingga  dapat  diketahui  puncak-puncak  tersebut  adalah  difraksi dari  sampel.  Ukuran  kristal  diperoleh  melalui  pengujian  XRD  dan  dihitung  menggunakan persamaan  Scherrer  berikut:
D k     cos (1)
Konstanta  dielektrik  diperoleh  dari  uji  RLC  meter  digital  (LCR-800  Series  Gwinstek).  Nilai konstanta  dielektrik  dapat  diketahui  dengan  Persamaan  (2),  dimana K adalah  nilai  konstanta dielektrik, C adalah  kapasitansi, A merupakan  luasan  permukaan  sampel, d merupakan  tebal sampel,  dan ε 0 merupakan  nilai  konstanta  permitivitas  dielektrik  (8,85x10-12 Farad.m -1 ).
A cd K 0   (2)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Difraktogram  dari  sampel  SrTiO 3 dengan  variasi  suhu  700 o C,  800 o C,  dan  900 o C  ditunjukkan pada  Gambar  2.  Puncak-puncak  SrTiO 3 yang  terbentuk  disesuaikan  dengan  ICDD  nomor pdf#860179  dan  pdf#011018.  Pada  hasil  difraktogram  tersebut  terdapat  beberapa  puncak impuritas.  Berdasarkan  ICDD  nomor  pdf#741491  impuritas  merupakan  Strontium  Karbonat (SrCO 3 )
10 20 30 40 50 60 70 80 * * (2 2 2 ) 900 o C 800 o C 700 o C (3 1 0 ) (2 2 1 ) (2 2 0 ) (2 1 1 ) (2 0 0 ) (1 1 1 ) (1 1 0 ) (1 0 0 ) in te n si ta s 2 teta * * SrCO 3
Gambar 2 . (color online) Difraktogram SrTiO 3 dengan  variasi suhu sintering
Variasi  suhu  sintering  tidak  mempengaruhi  pergeseran  sudut,  namun  mempengaruhi  tingginya intensitas  yang  terbentuk.  Semakin  besar  suhu  sintering,  intensitas  yang  terbentuk  pada  masing- masing  bidang  kristal  semakin  tinggi.  Intensitas  dari  bidang  kristal  dengan  variasi  suhu  sintering dapat dilihat  pada Tabel  1.
Tabel 1. intensitas puncak tertinggi bidang  kristal dengan variasi suhu sintering
H k l Intensitas 700 o C 800 o C 900 o C 1 1 0 681 1064 1248 2 0 0 323 447 485 2 1 1 268 367 420
Dari  difraktogram  pada  Gambar  2  dapat  ditentukan  nilai  lebar  setengah  puncak  atau Full  Width Half  Maximum (FWHM).  FWHM  ini  digunakan  untuk  menentukan  besarnya  ukuran  kristal menggunakan  persamaan  Scherrer  yang  ada  pada  Persamaan  2.  Dalam  menentukan  nilai FWHM.  Selain  ukuran  kristal,  dapat  ditentukan  pula  parameter  kisi  dan  derajat  kristalinitas. Tabel  2  merupakan  hasil  perhitungan  ukuran  kristal,  parameter  kisi  dan  derajat  kristalinitas  dari hasil  difraktogram.
Tabel 2. Variasi suhu sintering terhadap ukuran kristal, parameter kisi dan derajat kristalinitas
Suhu sintering Ukuran  kristal (nm)  (1 1 0) Parameter  kisi a=b=c (Å) Derajat  kristalinitas (%) 700 24,4 3,91 95,2 800 26,1 3,91 97,9 900 33,0 3,91 98,3
Pada  Tabel  2  terlihat  bahwa  variasi  suhu  sintering  mempengaruhi  ukuran  kristal,  dan  derajat kristalinitas  dari  sampel.  Semakin  besar  suhu  sintering  yang  diberikan,  dan  derajat kristalinitas  yang  terbentuk  juga  semakin  besar.  Hal  ini  disababkan  semakin  tinggi  suhu sintering  yang  diberikan  terhadap  sampel,  energi  yang  diterima  oleh  atom  semakin  besar untuk  berdifusi  dan  beraglomerasi.  Sehingga  ukuran  kristal  yang  terbentuk  semakin  besar dan  ikatan  antar  atom  semakin  kuat  dan  teratur [1] .  Selain  itu,  suhu  sintering  tidak mempengaruhi  parameter  kisi  sehingga  tidak  mempengaruhi  struktur  kristal  SrTiO 3 .
Karakterisasi  morfologi bulk SrTiO 3 diuji  menggunakan Scanning  Electron  Microscopy (SEM).  Gambar  4.2  menunjukkan  morfologi  permukaan bulk menggunakan  perbesaran 80.000 kali  dengan  variasi  suhu  sintering.
(a) (b) (c) (c)
Gambar 3. Foto SEM  SrTiO
3 (a) suhu 700 o C (b) suhu 800 o C (c) suhu 900 o C
Nilai  ukuran  butir  sampel  SrTiO 3 yang  disintering  dengan  variasi  700 o C,  800 o C,  dan  900 o C dapat dilihat  pada Tabel  4.5 berikut.
Tabel 3. Nilai Ukuran Butir rata-rata SrTiO 3 dengan  Variasi Suhu Sintering Suhu  Sintering  ( o C) Ukuran  Butir  Rata-Rata  (nm) 700 76,0+8,00 800 87,0+9,00 900 175+18,0
Konstanta  dielektrik  SrTiO 3 dapat  diketahui  setelah  melakukan  uji  sampel  menggunakan instrumen  RLC  meter.  Gambar  4  menunjukkan  hubungan  antara  konstanta  dielektrik  terhadap frekuensi  dengan  variasi  suhu  sintering.
0 20 40 60 80 100 suhu 900 o C suhu 800 o C suhu 700 o C ko n st a n ta d ie le kt ri k frekuesni (KHz)
Gambar 4. (color online) Grafik konstanta dielektrik SrTiO 3 terhadap perubahan frekuensi dengan  variasi suhu sintering
Gambar  tersebut  menunjukkan  bahwa  semakin  besar  frekuensi  yang  diberikan,  maka  semakin kecil  nilai  konstanta  dielektrik  yang  dihasilkan.  Besarnya  nilai  konstanta  dielektrik  pada frekuensi  1 KHz dengan  variasi  suhu  sintering  ditunjukkan  pada Tabel  4.
Tabel 4. Nilai Konstanta Dielektrik SrTiO 3 pada frekuensi 1 KHz
Suhu  Sintering  ( o C) Konstanta  dielektrik 700 108+ 17 800 120+ 19 900 137+ 22
700 800 900 105 110 115 120 125 130 135 140 ko nst an ta d ie le kt rik suhu sintering
Gambar 5. Grafik hubungan konstanta dielektrik terhadap suhu sintering
Perbedaan  suhu  sintering  menyebabkan  perubahan  nilai  konstanta  dielektrik  dari  sampel. Semakin  besar  suhu  sintering,  semakin  besar  nilai  konstanta  dielektrik  yang  dihasilkan  sperti pada  Gambar  5.  Hal  ini  disebabkan  karena  suhu  sintering  berpengaruh  terhadap  ukuran  butir yang  dihasilkan.  Semakin  besar  suhu,  energi  yang  diterima  atom-atom  untuk  Hasil  pengujian berupa  data  kualitatif  dalam  bentuk  kurva  histerisis  yang  ditunjukkanpada  Gambar  6.Proses difusi  dan  aglomerasi  semakin  besar dan menyebabkan  ukuran  butir  semakin  besar.
(a) (b)
(c)
Gambar 6 . (color online) Karakteristik SrTiO 3 dengan variasi suhu (a) 700 o C (b) 800 o C (c) 900 o C
Gambar  6  menunjukkan  bahwa  respon  polarisasi  dari  medan  listrik  secara  kualitatif  yang diberikan  tidak  menunjukkan  pola  histerisis.  Dengan  demikian,  sampel  SrTiO 3 bukanlah material  ferroelektrik  karena  tidak  menunjukkan  kurva  histerisis.  Hal  ini  juga  didukung  dengan hasil  karakterisasi  kekristalan  sampel  yang  telah  dibahas  sebelumnya.  Berdasarkan  data tersebut,  struktur  kristal  dari  sampel  SrTiO 3 merupakan  kubus.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa sampel  SrTiO 3 bersifat  paraelektrik.

## KESIMPULAN
SrTiO 3 telah  disintesis  menggunakan  metode  co-precipitation  dengan  variasi  suhu  sintering 700 o C,  800 o C,  dan  900 o C.  Suhu  sintering  mempengaruhi  struktur  mikro,  morfologi  dan konstanta  dielektrik  dari  SrTiO 3 .  Semakin  besar  suhu  sintering  yang  diberikan,  ukuran  kristal derajat  kristalintas,  ukuran  butir,  dan  nilai  konstanta  dielektrik  semakin  besar.  Nilai  konstanta dielektrik  terbesar  pada frekuensi  1 KHz dan suhu  900 o C adalah  137.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Callister,  W.D., (2007). Materials Science and Engineering. An Introduction . The University  of Utah:  Department  of Metallurgical  Engineering
2 Gao, F., Yang,  S., Li,  J., Qin,  M., Zhang,  Y., Sun,  H. (2014). Fabrication,  dielectric,  and thermoelectric  properties  of  textured  SrTiO3  ceramics  prepared by RTGG  method. Ceramics International 41 (2015)127-135
3 Goncalves,  R.F., Moura,  A.P., Godinho,  M.J., Longo,  E., Machado,  M.A.D., De Castro, D.A., Li,  M.S.. Marques,  A.P.A., (2014). Crystal  growth  and photoluminescence  of europium-doped  strontium  titanate  prepared by microwave  hydrothermal  method. Ceramics International
4 Olivia,  W., Faqiang,  Z., Feng,  L., Yongxiang.  (2015). Morphological  and phase  analysis during  the synthesis  of Bi 7 Ti 4 NbO 21 by co-precipitation  method. Ceramic International , S41-S46
5 Zhang,  Y., Zhong,  Li.,  Duan,  D.. (2015). Single-step  hydrothermal  synthesis  of  strontium titanate  nanoparticles  from  crystalline  anatase  titanium  dioxide.  Ceramics  International 41 (2015) 13516-13524