PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES ...

PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES

PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3

DENGAN PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

SKRIPSI

YANI PERMATA SARI

120801067

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

Universitas Sumatera Utara


PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3

DENGAN PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat

mencapai gelar Sarjana Sains

YANI PERMATA SARI

120801067

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016


LEMBAR PENGESAHAN


PEMOLINGAN BAHAN PIEZOELEKTRIK PbZr0,52Ti0,48O3 DENGAN

PENAMBAHAN POLYVINYLIDINE FLOURIDE

OLEH:

YANI PERMATA SARI

NIM. 120801067

DISETUJUI OLEH:

Komisi Pembimbing

Awan Maghfirah, S.Si. M.Si Drs. Syahfandi Ahda, MT

NIP. 197909022010121004 NIP. 196002021987021001

Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU Kepala Pusat Sains dan Teknologi

Ketua, Bahan Maju-BATAN

Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Gunawan, M.Sc

NIP.195510301980131003 NIP. 195708281983031004


PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh Perbedaan Tekanan Terhadap Proses

Pemolingan Bahan Piezoelektrik PbZr0,52Ti0,48O3

dengan Penambahan Polyvinylidine Flouride

Kategori : Skripsi

Nama : Yani Permata Sari

Nomor Induk Mahasiswa : 120801067

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam


Disetujui di

Medan, Juli 2016

Komisi pembimbing :

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

Drs. Syahfandi Ahda, MT Awan Maghfirah, S.Si. M.Si

NIP. 196002021987021001 NIP. 197909022010121004

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang

NIP : 195503019800310


PERNYATAAN




SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa

kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2016

YANI PERMATA SARI

120801067


PENGHARGAAN

Bismillahirrahmanirrahim

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, yang telah memberikan rahmat

dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini

yang berjudul “Pengaruh Perbedaan Tekanan Terhadap Proses Pemolingan Bahan

Piezoelektrik PbZr0,52Ti0,48O3 dengan Penambahan Polyvinylidine Flouride”

dengan baik dan lancar.

Penulis menyadari bahwa tanpa bimbingan, bantuan, dorongan, dan doa

dari berbagai pihak, skripsi ini tidak akan dapat diselesaikan tepat pada waktunya.

Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua yaitu Ibunda Desmiwati dan Ayahanda Yuher Efendi

yang telah memberikan dukungan moril dan materiel serta dorongan

semangat, kasih sayang, dan doa yang tulus.

2. Awan Maghfirah, S.Si. M.Si selaku dosen pembimbing utama yang telah

meluangkan waktunya, memberikan saran, dan arahan selama penulisan

skripsi ini.

3. Drs. Syahfandi Ahda, MT selaku pembimbing di PSTBM-BATAN yang

telah memberikan petunjuk, saran, arahan, motivasi, dan semangat dalam

pelaksaan serta penulisan skripsi ini.

4. Ketua Jurusan Fisika dan seluruh staff pengajar yang telah berbagi ilmu

dan pemahaman, serta seluruh pegawai akademik atas segala kemudahan

dan bantuan yang telah diberikan.

5. Seluruh staff PSTBM-BATAN yang telah berbagi ilmu, semangat, dan

motivasi selama pelaksanan penelitian di BATAN.

6. Keluarga Bapak Sulaiman selaku keluarga di BATAN yang telah

memberikan informasi penelitian, bantuan, dan semangat kepada penulis.

7. Keluarga Pak Hen dan Bu Upik sebagai pengganti orang tua di Tangerang

yang telah memberikan bantuan kepada penulis sejak pertama penelitian

hingga akhir.

8. Teman-teman seperjuangan Physics On fire 2012 yang telah menemani

selama 4 tahun dalam suka dan duka perkuliahan.

9. Darla’s Family KKN 2015 yang telah memberi semangat serta berbagi

canda dan tawa kepada penulis.

10. Teman-teman PSTBM-BATAN Gedung 71, Kak Henni, Uni Winda, Uni

Enny, Mbak Ayu, Nida, Hanif, Bayu, Riko, Cipta, Rio, Mardianto, Fauza,

Ilwan, dan Dwi atas segala bantuan, berbagi ilmu, masukan, semangat,

serta canda dan tawa.

11. Rekan-rekan seperantauan IMKR-Medan atas semangat dan dorongannya.

12. Sahabat tersayang Purnama Sari yang selalu ada dalam suka dan duka

serta selalu memberi dorongan dan semangat kepada penulis.

Penulis

Yani Permata Sari





ABSTRAK

Telah dilakukan sintesa bahan keramik piezoelektrik Timbal Zirkonat Titanat

(PZT) merupakan bahan yang mengandung unsur PbZr0,52Ti0,48O3. Penelitian ini

dilakukan dengan penggerusan, kompaksi dengan variasi tekanan 35.150 N/m2

dan 49.210 N/m2, dan pemanasan pada suhu 950oC selama 4 jam yang disebut

dengan metode reaksi padat. Setelah proses sintesa bahan dilakukan karakterisasi

menggunakan X-ray Diffractometer (XRD) dan Brunauer, Emmet, Teller (BET).

Hasil identifikasi menggunakan XRD menunjukkan bahwa produk sintesa

memiliki struktur kristal tetragonal perovskit. PZT yang bagus akan digerus

kembali dengan penambahan fraksi gram PVDF 1,5% dan 2,5% untuk PZT

tekanan 35.150 N/m2 dan 5% untuk PZT tekanan 49.210 N/m

2. Kemudian

dilanjutkan dengan proses pemolingan dengan tegangan 4 kV/mm menggunakan

sumber tegangan tinggi dari pembangkit rangkaian TV 14-21 inchi. Keberhasilan

proses pemolingan dibuktikan dengan pengukuran konstanta piezoelektrik

menggunakan d33 meter. Hasil konstanta piezoelektrik yang tertinggi diperoleh

dari bahan piezoeletrik PZT tekanan 49.210 N/m2 yaitu 61 x 10

-12 C/N.

Penambahan PVDF pada PZT mengurangi nilai konstanta piezoelektrik.

Kata kunci: Piezoelektrik, PZT, tetragonal perovskit, PVDF, poling, konstanta

piezoelektrik


THE EFFECT OF PRESSURE DIFFERENCE ON POLLING PROCESS

PIEZOELECTRIC MATERIAL PbZr0,52Ti0,48O3 WITH ADDITION

POLYVINYLIDINE FLOURIDE

ABSTRACT

It has been synthesized a piezoelectric ceramic material Plumbum Zirconate

Titanate (PZT) is the material that contains elements PbZr0,52Ti0,48O3. This

research was carried out by grinding, compacting with variations of pressure of

35.150 N/m2 and 49.210 N/m

2, and heating at a temperature of 950

oC for 4 hours

so-called solid state reaction. After the synthesis process has been done the

characterization materials using X-ray diffractometer (XRD) and Brunauer,

Emmet, Teller (BET). The result of identification using XRD shows that the

synthesis product had a tetragonal crystal structure of perovskite. The good PZT

will be crushed again with the addition of gram PVDF fraction of 1,5% and 2,5%

for PZT pressure of 35.150 N/m2 and 5% for PZT pressure of 49.210 N/m

2. Then

proceed with the process of polling with the voltage 4 kV/mm using a high voltage

of source series of TV 14-21 inches. The success of the process of polling proved

by measurements of the piezoelectric constants using d33 meter. The results of the

highest piezoelectric constants obtained from PZT material piezoeletrik 49.210

N/m2 pressure is 61 x 10

-12 C/N. The addition of PVDF on PZT reduce

piezoelectric’s constant value.

Keywords: Piezoelectric, PZT, tetragonal perovskite, PVDF, polling, piezoelectric

constants


DAFTAR ISI

Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak iv

Abstract v

Daftar Isi vi

Daftar Tabel viii

Daftar Gambar ix

Daftar Lampiran x

Bab 1. Pendahuluan

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Perumusan Masalah 3

1.3. Batasan Masalah 4

1.4. Tujuan Penelitian 4

1.5. Manfaat Penelitian 4

Bab 2. Tinjauan Pustaka

2.1. Piezoelektrik 5

2.2. Struktur Kristal 6

2.3. Struktur Bahan Piezoelektrik 8

2.4. Kurva Hysteresis Bahan Ferroelektrik 9

2.5. Metode Solid State Reaction 10

2.6. Morphotropic Phase Boundary (MPB) 12

2.7. Prinsip Efek Piezoelektrik (Proses Poling) 13

2.8. PVDF (Polyvinylidene Flouride) 16

2.9. XRD (X-Ray Diffraction) 17

2.10. Metode BET (Brunauer-Emmet-Teller) 19

Bab 3. Metode Penelitian

3.1. Tempat dan Waktu 21

3.2. Alat-Alat

3.2.1. Alat Sintesa 21

3.2.2. Alat Pemolingan 21

3.2.3. Alat Karakterisasi 22

3.3. Bahan-Bahan 22

3.4. Prosedur Penelitian

3.4.1. Persiapan Penelitian 23

3.4.2. Tahapan Penelitian 23

3.4.2.1. Sintesa Bahan 23

3.4.2.2. Karakterisasi Bahan 24

3.4.2.3. Penambahan PVDF (Polyvinylidene Flouride) 25

3.4.2.4. Proses Pemolingan 25


3.5. Diagram Alir 27

Bab 4. Hasil dan Pembahasan

4.1. Karakterisasi Menggunakan X-ray Diffraction (XRD) 28

4.1.1. Pola Difraksi PbO 29

4.1.2. Pola Difraksi ZrO2 30

4.1.3. Pola Difraksi TiO2 31

4.2. Sintesa PZT

4.2.1. Pola Difraksi Hasil Sintesa (PZT) 32

4.2.2. Pola Difraksi PZT pada Tekanan 35.150 N/m2 dan

49.210 N/m2 34

4.3. Penambahan PVDF 36

4.4. Karakterisasi Menggunakan BET 37

4.5. Hasil Pemolingan Bahan Piezoelektrik PZT 38

Bab 5. Kesimpulan dan Saran

5.1. Kesimpulan 43

5.2. Saran 44

Daftar Pustaka 45


DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Sel Satuan Konvensional dan 14 Kisi Bravais 7

Tabel 4.1. Perbedaan Titik Leleh dan Titik Didih Bahan Dasar 32

Tabel 4.2. Hasil Karakterisasi BET Bahan Piezoelektrik PZT pada

Tekanan 35.150 N/m2 dan 49.210 N/m

2 37


DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1. Loket Tiket Stasiun JR East Station 2

Gambar 2.1. Piezoelektrik dalam Menghasilkan Energi Listrik 5

Gambar 2.2. Struktur Kristal Menunjukkan Sudut hkl 6

Gambar 2.3. Kristal Perovskit 9

Gambar 2.4. Kurva hysteresis bahan ferroelektrik BaTiO3 pada suhu

Kamar 10

Gambar 2.5. Perubahan Struktur Mikro pada Saat Sintering 12

Gambar 2.6. MPB pada Pb(Zr(1-x)Tix)O3 12

Gambar 2.7. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik dari Magnet dan

Pembangkit dari Piezoelektrik 13

Gambar 2.8. Proses Pengutuban 14

Gambar 2.9. Gaya pada Arah 1 dan Elektroda pada Permukaan 3 15

Gambar 2.10. Arah Elektroda pada Permukaan 1 dan Memotong

Tekanan (stress) 16

Gambar 2.11. Penampang Material Piezoelektrik dalam Arah Gaya pada

Arah 3 dan Permukaan 3 16

Gambar 2.12. Struktur PVDF 17

Gambar 2.13. Struktur Rantai PVDF 17

Gambar 2.14. Difraksi Sinar-X oleh Kristal 18

Gambar 3.1. Diagram Waktu Proses Sintering 24

Gambar 3.2. Skema Proses Pemolingan 26

Gambar 3.3. Tahapan Penelitian 27

Gambar 4.1. Hubungan antara 2θ dengan Intensitas pada PbO 29

Gambar 4.2. Hubungan antara 2θ dengan Intensitas pada ZrO2 30

Gambar 4.3. Hubungan antara 2θ dengan Intensitas pada TiO2 31

Gambar 4.4. Pola Difraksi Hasil Sintesa PZT dan Struktur Perovskit 33

Gambar 4.5. Hubungan antara 2θ dengan Intensitas pada PZT Tekanan

35.150 N/m2 dan Tekanan 49.210 N/m

2 34

Gambar 4.6. FWHM pada PZT Tekanan 35.150 N/m2 dan Tekanan

49.210 N/m2 35

Gambar 4.7. Hubungan antara 2θ dengan Intensitas pada PVDF 36

Gambar 4.8 Hubungan antara Distribusi Diameter Pori dengan Volume

Pori pada PZT Tekanan 35.150 N/m2 dan Tekanan 49.210

N/m2 37

Gambar 4.9. Proses Pemolingan Bahan Piezoelektrik PZT 38

Gambar 4.10. Hubungan antara Waktu dengan Konstanta Piezoelektrik

pada PZT Tekanan 35.150 N/m2 Penambahan PVDF 2,5% 39

Gambar 4.11. Hubungan antara Suhu dengan Konstanta Piezoelektrik

pada PZT Tekanan 35.150 N/m2 Penambahan PVDF 1,5% 40

Gambar 4.12. Hubungan antara Waktu dengan Konstanta Piezoelektrik

PZT pada Suhu 100oC 41


DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Gambar Bahan Dasar 49

Lampiran 2. Gambar Peralatan 50

Lampiran 3. Pola Difraksi Sinar-X Pada Bahan Dasar 53

Lampiran 4. Perhitungan Perbedaan Persentase Pergeseran Puncak

Bahan Eksperimen yang Digunakan dengan COD 59

Lampiran 5. Perhitungan Ukuran Butiran Kristal Bahan Piezoelektrik

PZT 61

Lampiran 6. Hasil Karakterisasi BET 62

Lampiran 7. Hasil Pemolingan 65

Lampiran 8. Konversi Satuan Dalam Satuan Internasional 66


PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES ...

Documents

Transcript of PENGARUH PERBEDAAN TEKANAN TERHADAP PROSES ...