Kemajuan dalam teknologi dan penyebaran data dalam beberapa tahun terakhir, telah merevolusi berbagai bidang, menghasilkan terobosan yang luar biasa dan peluang inovasi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Dalam konteks ini, tujuan studi ini adalah berkontribusi pada pengetahuan yang berkembang dengan menyajikan pendekatan baru dan inovatif untuk mengatasi tantangan yang dihadapi dalam kinerja penyimpanan energi yang bergantung pada suhu dari keramik multifungsi untuk aplikasi sensor piezoelektrik.
Pada penelitian ini, keramik dihasilkan melalui teknik reaksi padat. Keramik BNKT–ST yang didoping dengan La2O3 menunjukkan struktur perovskite murni dengan struktur fasa tetragonal (P4bm). Sifat struktural komputasi dari keramik dihitung menggunakan program VESTA. Morfologi permukaan dengan ukuran butir rata-rata mengalami penurunan seiring dengan peningkatan substitusi ion La2O3 ke dalam keramik BNKT–ST.
Penurunan polarisasi remanen dan medan koersif dengan peningkatan konsentrasi La2O3 disebabkan oleh perubahan dalam urutan feroelektrik jarak jauh. Ketika jumlah La2O3 mencapai 0.020 mol%, sampel yang didoping menunjukkan koefisien piezoelektrik (d33) yang baik dengan nilai maksimum sekitar ~187 pC/N. Sampel yang disiapkan menunjukkan kepadatan penyimpanan energi dan efisiensi sebesar 0.90 J/cm3 dan η (70%) pada komposisi 0.97BNKT–0.030ST. Keramik BNKT–ST yang didoping La2O3 memiliki prospek aplikasi optimis dalam bidang kapasitor penyimpanan energi berkepadatan tinggi dan aplikasi sensor piezoelektrik.
Meskipun penelitian yang sudah ada telah membuat kemajuan signifikan dalam menangani beberapa isu kritis dalam domain ini, beberapa batasan masih bertahan, menghambat realisasi penuh manfaat potensial. Oleh karena itu, penelitian ini mengambil arah yang cukup memberikan awalan dan inisiasi, memperkenalkan perspektif baru dan metodologi yang inovatif yang menjanjikan untuk menyelesaikan kesenjangan yang ada dan membuka pintu pemahaman baru.
Kebaruan inti dari hasil studi ini terletak pada penelitian pada keramik piezoelektrik penyimpanan energi. Berbeda dengan pendekatan sebelumnya yang terutama berfokus pada teknik reaksi padat, namun dalam studi ini mengadopsi suatu kerangka kerja yang sangat berbeda yang memanfaatkan aplikasi kapasitor penyimpanan energi. Keberangkatan ini berawal dari metodologi konvensional yang tidak hanya meningkatkan kelengkapan analisis akan tetapi juga memungkinkan kami untuk menjelajahi wilayah yang sebelumnya belum terjamah, akhirnya membawa pada pemahaman yang lebih mendalam tentang mekanisme yang mendasari.
Selain itu, hasil dalam studi ini memperkenalkan dataset yang inovatif, dengan perhatian khusus yang jauh lebih besar dibandingkan dengan studi sebelumnya. Kekayaan informasi ini memberdayakan hasil analisis untuk menyimpulkan secara kuat, mengungkap pola-pola rumit yang selama ini sulit dipahami. Selain itu, penelitian ini juga menyajikan evaluasi komprehensif dari pendekatan yang diusulkan melalui penelitian yang ekstensif.
Eksperimen dan analisis perbandingan terhadap metode terkini telah dilakukan. Hasil yang diperoleh menunjukkan peningkatan signifikan dalam metrik kinerja, dengan kokoh menetapkan keefektifan dan keunggulan kerangka kerja inovatif dalam studi ini.
Pola domain, struktur fasa, sifat listrik, dan penyimpanan energi pada keramik bebas pada stui ini yang didoping dengan oksida lantanum diselidiki menggunakan teknik reaksi padat. Pengaruh doping oksida lantanum terhadap sifat struktural, listrik, dan penyimpanan energi dari keramik piëzoelektrik bebas timbal BNKT–ST juga diselidiki.
Morfologi permukaan bahan diamati menggunakan SEM, dan ukuran butir berkurang dengan peningkatan kandungan lantanum. Loop histeresis P–E yang sangat baik untuk keramik mengkonfirmasi sifat ferroelektrik yang baik, menunjukkan maksimum 3 kV/cm. Pr dan Ec menunjukkan trend peningkatan, penurunan, dan kemudian peningkatan berurutan dengan peningkatan konsentrasi lantanum. Koefisien piezoelektrik (d33) yang diukur pada sampel yang dipolakan menunjukkan maksimum sekitar ~187 pC/N.
Densitas penyimpanan energi besar W (0.90 J/cm3) dan efisiensi penyimpanan energi tinggi η (70%) berhasil dicapai secara simultan untuk keramik 0.97BNKT-0.030ST, menunjukkan kinerja penyimpanan energi yang superior. Oleh karena itu, keramik bebas timbal BNKT–ST yang didoping oksida lantanum merupakan kandidat yang menjanjikan yang dapat digunakan dalam kapasitor penyimpanan energi dan aplikasi sensor piezoelektrik.
Implikasi temuan ini sangat bermanfaat dan akan mampu membantu pengembangan penelitian berikutnya . Dengan potensi untuk merevolusi transduser di bawah air dan aplikasi penyimpanan energi, hasil dalam penelitian ini menetapkan dasar untuk penelitian dan implementasi praktis di masa depan, sehingga mendorong kemajuan dan merangsang inovasi dalam aplikasi kapasitor penyimpanan energi berkepadatan tinggi dan sensor piezoelektrik.
Penulis: Herri Trilaksana, SSi., MSi., PhD.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Grace M.A.L., Suvitha A., Trilaksana H., Athikesavan V., Prathap K., Jayarani AJ. Temperature‑dependent energy storage performance of La2O3‑doped(1−x) Bi0.5(Na0.84K0.16)0.5TiO3–xSrTiO3 multifunctional ceramics for piezoelectric sensor applications. Journal of Materials Research. 2023. p. 1-11. DOI:10.1557/s43578-023-01200-9
