ANALISIS SIFAT LISTRIK DAN RELAKSASI NON-DEBYE MATERIAL PB10-XCUX(PO4)6O MELALUI PENDEKATAN COLE-COLE

Abstract

ABSTRACT

Pb_10-xCu_x(PO₄)₆O (LK-99) material has potential applications in advanced electronic devices, including supercapacitors and electrical sensors, due to their complex electrical properties. This study aims to synthesize LK-99 material through the solid-state reaction method and evaluate its electrical properties using Cole-Cole analysis. The material is synthesized in three stages: the formation of Pb₂SO₅ through the sintering of PbO and PbSO₄, Cu₃P formation through Cu and P vacuum reactions, as well as final sintering of Pb₂SO₅ and Cu₃P  at 925°C. The impedance measurement results show that the material has a non-Debye relaxation behavior with a wide relaxation time distribution. Cole-Cole plot analysis shows capacitive dominance at high frequencies and resistive dominance at low frequencies, indicating the limited mobility of the cargo carrier due to structural heterogeneity. The absence of a decrease in resistance towards zero confirms that this material does not exhibit superconductivity properties under test conditions. In contrast, the properties of semiconductors with a combination of resistive and capacitive behavior indicate the potential application of the material in energy storage devices and electrical sensors. Further studies are needed to optimize the synthesis parameters to improve the material's performance.

ABSTRAK

Material Pb_10-xCu_x(PO₄)₆O (LK-99) memiliki potensi aplikasi dalam perangkat elektronik canggih, termasuk superkapasitor dan sensor listrik, karena sifat listriknya yang kompleks. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis material LK-99 melalui metode solid-state reaction serta mengevaluasi sifat listriknya menggunakan analisis Cole-Cole. Material disintesis dalam tiga tahap: pembentukan Pb₂SO₅ melalui sintering PbO dan PbSO₄, pembentukan Cu₃P melalui reaksi vakum Cu dan P, serta sintering akhir Pb₂SO₅ dan Cu₃P pada suhu 925°C. Hasil pengukuran impedansi menunjukkan bahwa material memiliki perilaku relaksasi non-Debye dengan distribusi waktu relaksasi yang luas. Analisis plot Cole-Cole menunjukkan dominasi kapasitif pada frekuensi tinggi dan dominasi resistif pada frekuensi rendah, mengindikasikan keterbatasan mobilitas pembawa muatan akibat heterogenitas struktural. Tidak adanya penurunan resistansi menuju nol menegaskan bahwa material ini tidak menunjukkan sifat superkonduktivitas pada kondisi uji. Sebaliknya, sifat semikonduktor dengan kombinasi perilaku resistif dan kapasitif menunjukkan potensi aplikasi material dalam perangkat penyimpanan energi dan sensor listrik. Studi lanjutan diperlukan untuk mengoptimalkan parameter sintesis guna meningkatkan performa material.