Abstrak—Sintesis material piezoelektrik dengan bebas timbal  xKNN-(1-x)BCZT  dengan  metode  reaksi  padat telah dilakukan  dari  bahan  karbonat  masing-masing  unsur sebagai raw material. Sintesis dilakukan untuk mendapatkan  material  pengganti  PZT  yang  ramah lingkungan.  KNN  terbentuk  pada  temperatur  kalsinasi 700°C,  didukung  dengan  data  XRD. BCZT  terbentuk  pada temperatur kalsinasi 1200°C dengan Ba dan Ca menempati kation  A,  sedangkan  Zr  dan  Ti  menempati  kation  B  pada perovskite.  Material  xKNN-(1-x)BCZT  terbentuk  dengan nilai x=80 %mol. Dilakukan rekalsinasi pada 1250°C selama 1 jam  0,8KNN-0,2BCZT agar terbentuk pola difraksi KNN- BCZT  yang  single  phase. Kation  A  pada  ABO3  ditempati oleh K, Na, Ba dan Ca. Kation B ditempati oleh Nb, Zr dan Ti.

## Kata Kunci—piezoelektrik, perovskite, XRD, rekalsinasi

## I. PENDAHULUAN
EWASA  ini  kemajuan  teknologi  semakin  berkembang pesat.  Salah  satunya adalah material  dielektrik  keramik yang mempunyai sifat pezoelektrik. Dimana material tersebut merupakan  material  yang  sering  digunakan  dalam  aplikasi elektronik seperti tanducer , sensor dan aktuator. Material yang telah  dikenal  baik  mempunnyai  sifat-sifat  tersebut  adalah PbZrTiO3  (PZT).  Namun  penggunaan  bahan  ini  sangat  perlu diwaspadai  karena  sifat  beracun  yang  dmiliki  oleh  timbal oksida.  Oleh  karena  itu  dilakukan  berbagai  penelitian  untuk menggantikan  bahan  timbal  tersebut  dengan  material  yang lebih  ramah  lingkungan,  namun  tetap  mempunyai  performa yang baik seperti pada PZT.
Kristal piezoelektrik adalah  bahan  yang  dapat terpolarisasi  elektrik  atau  polarisasinya  dapat  berubah  ketika diberikan    stress  [1].  Bentuk  Piezoelektrik  memberikan kenyataan  bahwa  bilamana  kristal  diberikan  regangan  maka akan  menghasilkan  medan  listrik  di  dalam  zat.  Pengaruh baliknya  adalah  pemakaian  medan  mengakibatkan  adanya regangan. Bahan  piezoelektrik  adalah  bahan  dengan  struktur perovskite . Rumus utamanya adalah ABO 3 .
Gambar 1. Struktur Kristal ABO 3 (Sumber:http;//www.google.co.id)
BaTiO 3 adalah  salah satu  bahan  yang paling banyak diteliti  sebagai  bahan  piezoelektrik  bebas  timbal [2]. (BaCa)(ZrTi)O 3 atau bahan yang kerap disebut sebagai BCZT telah  diketahui  sebagai  bhan  kandidat  pengganti  PZT. Penambahan  Ca  pada  Ba  dalam  BZT  (BaZrTiO3)  menjadi BCZT (BaCaZrTiO 3 ) dimaksudkan untuk membentuk struktur yang  lebih  baik  dan  sifat  listrik  yang  lebih  cocok  untuk aplikasi  khusus.  Penelitian  yang  dilakukan  oleh  W.  Li  et.  al, yang membuat (Ba 1-x ,Ca x )(Zr 0,9 ,Ti 0,1 )O 3 dengan metode reaksi padat  menunjukkan  adanya  transisi  dari  rombohedral- ortorombik  saat  0,14  <x<  0,18.  Dan  saat  x=  0,16,  d 33 =328 pC/N.
Dalam  tulisan  ini  akan  dibahas  tentang  pembuatan (Ba 0,5 Ca 0,5 )(Zr 0,5 Ti 0,5 )O 3 dengan  menggunakan  metode  reaksi padat.

## II. METODE PENELITIAN
BCZT (BaCaZrTiO 3 ) dibuat dari bahan karbonatnya, yaitu  (BaCO 3 ,  CaCO 3 ,  ZrO 2 dan  TiO 2 ).  Pencampuran bahan- bahan  tersebut dilakukan  dengan  Planetary  Milling  yang dilengkapi dengan zirconia balls dalam alkohol 99% selama 1 jam. Kemudian  dikeringkan dengan  menggunakan  evaporator rotatif  untuk  mendapatkan  serbuknya namun  dengan  tetap menjaga kehomogenan campuran.
Sintesis (Ba 0,5 Ca 0,5 )(Zr 0,5 Ti 0,5 )O 3 dengan Metode Reaksi Padat
Nahariatul Hikmah, dan Suasmoro Jurusan Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : suasm@physics.its.ac.id
D
Kemudian dianalisis
termal DTA-DTA untuk mengetahui  tempertaur  kalsinasinya  dan  XRD.  Analisis kualitatif  pola  difraksi  sinar-X  dilakukan  dengan  software Match!,  sedangkan  analisis  kuantitatif  dilakukan  dengan menggunakan softwarare Rietica.

## III. HASIL DAN DISKUSI

## Gambar 2. Hasil Analisa Termal (TGA-DTA) Bubuk BCZT
Dari  grafik  tersebut  dapat  dilihat  bahwa  terdapat penurunan massa pada temperatur sekitar 700-800°C dan 800- 950°C  yang disertai  dengan adanya reaksi endotermik.  Dapat dilihat  pula  terjadi reaksi  eksotermik  pada  temperatur di  atas 950°C.  Dari  grafik  TGA,  dapat  dilihat  bahwa  pengurangan massa  yang  terjadi  kurang  lebih  sebesar  16,706%  sebanding dengan  hilangnya  CO 2 kurang  lebih  sebesar  17,58%  pada persamaan reaksi:
BaCO 3 (s) + CaCO 3 (s) + ZrO 2 (s) + TiO 2 (s) 2(Ba 0,5 ,Ca 0,5 )(Zr 0,5 ,Ti 0,5 )O3 (s) + 2CO 2 (g)
Fenomena  endotermik  pada  saat  temperatur  700°C sampai 800°C dimungkinkan terjadi karena adanya penguraan CaCO 3 menjadi  CaO  dan  CO 2 ,  sedangkan  fenomena endotermik  pada  temperatur  800°C  hingga  950°C  terjadi karena  adanya  pelepasan  CO 2 ke  udara.  Reaksi  eksotermik yang  terjadi  pada  temperatur  di  atas  950°C  tersebut dimungkinkan karena reaksi pembentukan kristal yang belum selesai. Sehingga terjadi pengurangan massa pada temperatur- temperatur  tersebut.  Oleh  karena  fenomena-fenomena  yang terjadi  tersebut,  maka  dilakukan  kalsinasi  pada  temperatur 850°C,  900°C,  950°C,  980°C,  1100°C  dan  1200°C. Selanjutnya, dari bubuk-bubuk yang telah dikalsinasi tersebut dilakukan    karakterisasi  dengan  sinar-X  untuk  mengetahui temperatur kalsinasi yang optimal.
Gambar  3.  Perbandingan  Pola  Difraksi  Bubuk  BCZT  pada Temperatur 850, 900, 950, 980, 1100 dan 1200°C
Dengan: adalah BaCaZrTiO 3  adalah BaTiO 3 atau CaTiO 3 Δ adalah ZrO 2  adalah CaO
Pada  pola  difraksi  sinar-X  dengan  temperatur  kalsinasi 1200°C  terbentuk  pola  yang  lebih  baik  daripada  temperatur lainnya,  dalam  arti  mempunyai  fasa  impuritas  yang  lebih sedikit daripada  bubuk  campuran  yang  dikalsinasi  pada temperatur  850,  900,  950  dan  1100°C.  Diketahui  bahwa  fasa yang terbentuk pada bubuk BCZT dengan temperatur kalsinasi 1200°C,  berdasarkan  analisa  kualitatif  dengan  menggunakan software  Match! .  Tanda adalah  BaZrO 3 ,  CaZrO 3 ,  BaTiO 3 dan  CaTiO 3 yang  menempati  tempat  yang  sama.  Sehingga dikatakan  bahwa  fasa  yang  terbentuk  tersebut  adalah (Ba 0,5 Ca 0,5 )(Zr 0,5 Ti 0,5 )O 3 ,  karena  Ba  bersubstitusi  dengan  Ca menempati  posisi  A  dan  Zr  besrsubstitusi  dengan  Ti menempati posisi B pada ABO 3 . Pola difraksi  bubuk  BCZT  yang  dikalsinasi  pada temperatur  850°C,  900°C,  950°C,  dan  980°C  menunjukkan adanya  fasa  impuritas  berupa  ZrO 2 ,  CaO,  BaTiO 3 ,  CaTiO 3 , BaZrO 3 dan  CaZrO 3 .    Sedangkan  pola  difraksi  bubuk  BCZT yang  dikalsinasi  pada  temperatur  1200°C  menunjukkan terbentuknya fasa  BaCaZrTiO 3 dengan  fasa sekunder  BaTiO 3 dan  CaTiO 3 .  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  BCZT terbentuk pada temperatur 1200°C.
Analisa  kuantitatif  pola  difraksi  sinar-X  dilakukan dengan  menggunakan software Rietica.  Analisis  Rietveld  ini digunakan  untuk  mengetahui  parameter  kisi  BaCaZrTiO 3 dengan menggunakan model berupa data COD yang diperoleh dari  situs crystallography.net. Analisa  dengan  menggunakan Rietica ini menghasilkan kristal perovskite ortorombik dengan paratemeter kisi seperti pada Tabel 1:
Tabel 1. Parameter Kisi BCZT Dari Pola Difraksi Sinar-X Dengan

## Menggunakan Metode Rietveld
Parameter Nilai Parameter kisi a: 5,2614 Å ± 0,0088 b: 5,8048 Å ± 0,0044 c: 7,9454Å ± 0,4591 Volume kisi 242,6692 Å 3 ± 0,4591 R p 32,24 % R wp 21,20 % GoF 0,4336 % R B 0,12

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  didapatkan  pada sintesis  (Ba 0,5 Ca 0,5 )(Zr 0,5 Ti 0,5 )O 3 dengan  metode  reaksi  padat ini,  maka  diambil  beberapa  kesimpulan  bahwa  BCZT terbentuk  pada  tempertaur  1200°C  dengan  fasa  sekunder berupa BaTiO 3 dan CaTiO 3 .  Analisa kuantitatif menghasilkan perovskite  ortorombik  dengan  parameter  kisi  a:  5,2614  Å  ± 0,0088; b: 5,8048 Å ± 0,0044; c: 7,9454Å ± 0,4591.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Barsoum, M. W. 1997. Fundamentals Of Ceramics. Institute Of Physics Publishing: Bristol and Philadelphia.
[2]. Wei Li, et.  al. Polymorphic phasetransition and piezoelectric properties of  (Ba1_xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3  lead-freeceramics.  Physica  B  Vol.  405 (2010) 4513–4516.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Tuliskan  ucapan  terima  kasih  penulis  ucapkan  kepada  Bp. Prof.  Dr.  Suasmoro,  DEA  selaku  dosen  pembimbing  dan Kementrian  Agama  Republik  Indonesia  yang  telah memberikan  dukungan  finansial  melalui  Program  Beasiswa Santri  Berprestasi tahun  2010-2014”.  Penelitian  ini  didanai oleh Hibah Penelitian Laboratorium BOPTN-ITS tahun 2013.