Pembuatan Magnet Permanen Barium Heksaferit Dengan Subsitusi Ion Mn Dan Ti Pada Ion Fe Sebagai Material Penyerap Gelombang Mikro

PEMBUATAN MAGNET PERMANEN BARIUM

HEKSAFERIT DENGAN SUBSITUSI ION Mn

DAN Ti PADA ION Fe SEBAGAI MATERIAL

PENYERAP GELOMBANG MIKRO

TESIS

Oleh

ACHMAD MAULANA SOEHADA SEBAYANG

117026030/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N 2 0 1 4

DAN Ti PADA ION Fe SEBAGAI MATERIAL

PENYERAP GELOMBANG MIKRO

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera

Utara

Oleh

ACHMAD MAULANA SOEHADA SEBAYANG

117026030/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2013

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : PEMBUATAN MAGNET PERMANEN

BARIUM HEKSAFERIT DENGAN

SUBSTITUSI ION Mn DAN Ti PADA ION Fe

SEBAGAI MATERIAL PENYERAP

GELOMBANG MIKRO

Nama Mahasiswa : ACHMAD MAULANA SOEHADA SEBAYANG

Nomor Induk Mahasiswa : 117026030

Program Studi : MAGISTER ILMU FISIKA

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Dr.Kerista Sebayang, M.S) (Prof. Drs. Perdamean Sebayang, M.Sc) Pembimbing 1 Pembimbing 2

Ketua Program Studi, Dekan,

Dr. Nasruddin M.N.,M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.sc NIP. 19950701981021002 NIP. 196310261991031001

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Achmad Maulana Soehada Sebayang

Nim : 117026030

Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Ekslusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul:

PEMBUATAN MAGNET PERMANEN BARIUM HEKSAFERIT DENGAN SUBSTITUSI ION Mn DAN Ti PADA ION Fe SEBAGAI MATERIAL

PENYERAP GELOMBANG MIKRO

Dengan hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak, menyimpan, mengalih media, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 06 Februari 2014

Achmad Maulana Soehada Sebayang NIM. 117026030

PERNYATAAN ORISINALITAS

PEMBUATAN MAGNET PERMANEN BARIUM

HEKSAFERIT DENGAN SUBSTITUSI ION Mn

DAN Ti PADA ION Fe SEBAGAI MATERIAL

PENYERAP GELOMBANG MIKRO

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuannya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 06 Februari 2014

Achmad Maulana Soehada Sebayang NIM. 117026030

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr.Kerista Sebayang, M.S

Anggota : Prof. Perdamean Sebayang, M.Sc Dr. Nasruddin M.N.,M.Eng.Sc Dr. Zuriah Sitorus M.Sc

KATA PENGANTAR

Bismillahirahmanirrahim,

Syukur Alhamdulillah penulis Panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan karunia dan rahmat kepada hamba-Nya. Sholawat serta salam semoga tercurah bagi Nabi besar Muhammad SAW satu-satunya manusia yang patut menjadi teladan. Karena berkat dan bimbingan serta kasih_–Nya penulis dapat menyelesaikan Tesis ini. Manisnya rintangan telah mewarnai penyusunan Tesis ini dan Alhamdulillah telah dapat dilalui.

Penulisan Tesis ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Master Fisika pada Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara - Medan. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan, penelitian sampai penyusunan Tesis ini, sangatlah sulit bagi saya hingga dapat menyelesaikan Tesis ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ayahanda tercinta Prof. H. Perdamean Sebayang, Ibunda tercinta Hj.

Nur’ainun Siregar S.ST. yang selalu mendukung dan memotivasi serta mendoakan dengan penuh keikhlasan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini.

2. The Best brother dr. Andika Chosa Putra Sebayang yang selalu setia menemani, memotivasi dan menghibur penulis ditengah kegalauan saat proses pelaksanaan penelitian ini.

3. Seluruh keluarga yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. Terutama kepada Teteh yang selalu memberikan makanan bergizi tinggi kepada penulis.

4. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), Sp. A(K)., selaku Rektor Universitas Sumatera Utara – Medan.

5. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc., selaku Dekan Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara - Medan.

6. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc., selaku Ketua Program Studi Magister Fisika Universitas Sumatera Utara - Medan.

7. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S., selaku pembimbing satu yang selalu memberikan masukan-masukannya.

8. Bapak Prof. H. Perdamean Sebayang, M.Sc., selaku pembimbing dua, sekaligus orang tua serta pembimbing lapangan saya yang rela meluangkan waktunya kepada penulis ditengah kesibukannya dalam pekerjaannya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini.

9. Kepada pendamping pembimbing lapangan saya Mas Anggit Tetuko yang dengan sabar membimbing penulis dalam proses penelitian hingga akhir, Mbak Ayu Yuswitasari, Mas Candra, Mas Lukman, Mas Deni, dan Bapak

Silvi, Ayu dan Andrian yang selalu membantu penulis.

Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dengan baik, namun demikian penulis menyadari masih ada beberapa kekurangan dari Tesis ini. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyambut baik kritik dan saran dari pembaca demi kesempurnaan Tesis ini.

Akhir kata, saya berharap ALLAH S.W.T. berkenan untuk membalas kebaikan dari semua pihak yang telah membantu. Semoga Tesis ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia, Amin.

Jakarta, 26 Desember 2013

PEMBUATAN MAGNET PERMANEN BARIUM

HEKSAFERIT DENGAN SUBSITUSI ION Mn

DAN Ti PADA ION Fe SEBAGAI MATERIAL

PENYERAP GELOMBANG MIKRO

ABSTRAK

Telah dibuat magnet permanen berbasis BaFe(12-2x)MnxTixO19 dari bahan baku barium carbonate (BaCO3), hematite (Fe2O3), manganese oxide (MnO) dan titanium oxide (TiO2) melalui reaksi padatan. Variabel penelitian yang dilakukan adalah kosentrasi doping ion Mn dan Ti sebagai subsitusi ion Fe pada bahan barium hexaferrite (BaFe12O19) dengan x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 dan 0.6% mol, serta suhu sintering 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, dan 1250oC yang masing-masing ditahan selama 2 jam. Besaran-besaran yang diamati meliputi porositas, densitas, fluks densitas, kurva histerisis, analisa mikrostruktur dengan XRD, SEM, dan µXRF serta uji absorpsi material tersebut dengan menggunakan VNA. Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa suhu kalsinasi dan sintering yang terbaik adalah 1000oC dan 1100oC masing-masing ditahan 2 jam. Doping ion Mn-Ti sebagai subsitusi sebagian ion Fe menghasilkan struktur tunggal BaFe12O19 dengan parameter kisi a = b = 5.892 Å, c = 23.183 Å dan V = 696.404 Å3, dan morfologinya relatif homogen dengan bentuk partikel menyerupai batang dengan ukuran partikel < 2 µm. Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 relatif padat dengan porositas < 0.2%, bulk density berkisar 3.66 _– 4.18 g/cm3, fluks density magnetik berkisar 36.7 – 488 Gauss, remanensi Br < 1.25 kGauss, koersivitas HCB < 1kOe dan BHmax < 0.7MGOe. Material magnetik BaFe(12-2x)MnxTixO19 yang dibuat menghasilkan nilai permeability yang dapat merespon gelombang micro terutama pada 0.6% mol ion Mn-Ti dan daerah frekuensi sekitar 4.3 – 4.33, dan 8.85 GHz. Dari nilai permittivity material ini juga memiliki respon yang baik terutama untuk daerah frekuensi 5 _– 5.05, 5.92 _– 5.95, 8.7 dan 9.94 GHz. Reflection loss, RL komposisi terbaik adalah pada doping 0.4, 0.1 dan 0.2% mol ion Mn-Ti yaitu sebesar -25.6,-22.2 dan -23.2dB masing-masing pada frekuensi 7.9 dan 9.1GHz, serta mampu menyerap > 90%, terutama pada daerah frekuensi 4.75 – 4.96, 5.77 – 5.80, 8.02 _– 8.05 dan 9.07 _– 9. 13 GHz.

Kata kunci: Magnetic Material, BaFe(12-2x)MnxTixO19, Coercivity, Permittivity,

MICROWAVE ABSORBER MATERIALS

ABSTRACT

Has been made permanent magnet based on BaFe12-2x)MnxTixO19 from

technical grade materials of barium carbonate (BaCO3), hematite (Fe2O3),

manganese oxide (MnO) and titanium oxide (TiO2) by solid state reaction method.

Variables of the research is doping concentration of Mn and Ti ions performed for substituting of Fe ion in barium hexaferrite (BaFe12O19) materials which obtained

by x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 and 0.6% mole, and the sintering temperature of 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, and 1250o_{C with holding time of 2 hours.}

Quantities observed were include porosity, density, flux density, hysteresis curves, microstructure analysis by XRD, SEM, and μXRF and the material absorption test by using VNA. From the observations indicate that the best calcination and sintering temperature is 1000oC and 1100oC with holding time for 2 hours. Doping Mn-Ti ions as a partial substitute Fe ion produce a single structure BaFe12O19 with lattice parameters a = b = 5,892 Å, c = 23 183 Å and V = 696

404 Å3_{, and the morphology is relatively homogeneous with the particle shape}

resembles a rod with a particle size < 2 µm. The BaFe(12-2x)MnxTixO19 magnetic

materials is relatively dense with a porosity of < 0.2%, bulk density ranges from 3.66 _– 4.18 g/cm3_{, the flux density magnetic value is a round 36.7 - 488 Gauss,}

remanensi Br < 1.25 kGauss, coercivity HCB < 1kOe and BHmax < 0.7MGOe. The

BaFe(12-2x)MnxTixO19 magnetic materials has been made was given permeability

values wich can be responsibility of microwave frequencies, especially at 0.6% mole Mn-Ti ions and in the frequency range is a round 4.3 – 4.33, and 8.85 GHz. The value of permittivity of that materials also has a particularly good respons at the frequency a round: 5 – 5.05, 5.92 - 5.95, 8.7 and 9.94 GHz. Reflection loss, RL is the best composition of Mn-Ti ions dopant at 0.4, 0.1 and 0.2% mole is equal to -25.6, -22.2 and -23.2dB, at frequency 7.9 and 9.1GHz respectively, and able to absorb > 90%, especially in the frequency range 4.75 - 4.96, 5.77 - 5.80, 8.02 to 8.05 and 9.07 - 9. 13 GHz.

Key Words: Magnetic Material, BaFe(12-2x)MnxTixO19, Coercivity, Permittivity,

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... ii

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 5

1.3 Batasan Masalah ... 5

1.4 Tujuan Penelitian ... 6

1.5 Manfaat Penelitian ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7

2.1 Magnet Keramik ... 7

2.2 Sifat-sifat Magnet Keramik ... 8

2.2.1 Koersivitas ... 9

2.2.2 Remanen atau Ketertabatan ... 9

2.2.3 Saturasi Magnetisasi ... 9

2.2.4 Medan Anisotropi ... 10

2.2.5 Temperatur Curie (ƟC) ... 12

2.3 Barium Heksaferit (BaO.6Fe2O3) ... 13

2.5 Sifat Titanium Oksida (TiO2) ... 14

2.6 Material Magnetik ... 15

2.6.1 Magnet Tetap ... 15

2.6.2 Magnet Tidak Tetap ... 16

2.6.3 Magnet Buatan ... 16

2.7 Sifat Kemagnetan Bahan ... 16

2.7.1 Bahan Diamagnetik ... 16

2.7.2 Bahan Paramagnetik ... 17

2.7.3 Bahan Ferromagnetik ... 18

2.7.4 Bahan Anti Ferromagnetik ... 20

2.7.5 Bahan Ferrimagnetik ... 21

2.8 Karakterisasi dan Evaluasi Magnet Permanen ... 22

2.8.1 Pengujian Differential Thermal Analysis (DTA) ... 23

2.8.2 Uji Difraksi Sinar-X (XRD) ... 23

2.8.3 Scanning Electron Microscope (SEM) ... 25

2.8.4 X-Ray Fluoresence (XRF) ... 26

2.8.5 Permagraph ... 26

2.8.6 Uji Densitas ... 27

2.8.7 Porositas ... 28

2.8.8 Vector Network Analyzer (VNA) ... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 34

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 34

3.2 Alat Dan Bahan ... 34

3.2.1 Alat ... 34

3.2.2 Bahan ... 36

3.3 Diagram Alir Penelitian ... 36

3.4 Preparasi Sampel ... 37

3.4.1 Preparasi Serbuk Bafe12o19 ... 41

3.4.2 Proses Kalsinasi ... 41

3.5 Karakterisasi Sampel Uji ... 43

3.5.1 Densitas ... 42

3.5.2 Porositas ... 44

3.5.3 X-Ray Difraction (XRD) ... 44

3.5.4 Scanning Electron Microscope (SEM) ... 45

3.5.5 X – Ray Flourecent (XRF) ... 45

3.5.6 Pengujian Vector Network Analyzer (VNA) ... 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 48

4.1 Diffrential Thermal Analysis (DTA) ... 48

4.2 Porositas ... 49

4.3 Bulk Density ... 51

4.4 Flux Density Magnetik ... 53

4.5 Kurva Histeresis ... 55

4.6 Analisa X-Ray Diffraction (XRD) ... 57

4.7 Scanning Electron Microscope (SEM) ... 59

4.8 Micro X-Ray Fluorescene (µXRF) ... 62

4.9 Complex Permeability ... 64

4.10 Complex Permittivity ... 65

4.11 Reflection Loss (Rl) ... 67

4.12 Absorption (A) ... 68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 71

5.1 Kesimpulan ... 71

5.2 Saran ... 72

DAFTAR PUSTAKA ... 73

DAFTAR TABEL

No. Tabel Judul Halaman

2.1 Nilai Kerapatan dari Beberapa Jenis Ferrite ...10 2.2 NRW Technique, Input S-Parameters dan Output

Attributes.

...31 3.1 Subsitusi Sebagian Ion Mn dan Ti Terhadap Ion Fe

Pada Pembuatan BaFe12-2xMnxTixO19 dalam % mol.

...37

3.2 Jumlah Bahan Baku: MnO, TiO2, Fe2O3 dan BaCO3 Pada Pembuatan BaFe12-2xMnxTixO19 dalam gram.

...37

3.3 Jumlah Bahan Baku: MnO, TiO2, Fe2O3 dan BaCO3 Pada Pembuatan BaFe12-2xMnxTixO19 Untuk Sebanyak 150 gram.

...38

4.1 Data Porositas dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1000, 1050, 1100, 1150, 1200 dan 1250oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...50

4.2 Data Bulk Density dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1000, 1050, 1100, 1150, 1200 dan 1250oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...52

4.3 Data Flux Density Magnetic dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1000, 1050, 1100, 1150, 1200 dan 1250oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...53

4.4 Sifat Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC (2 jam).

...55

L.1.2 Data Pengukuran Porosity dengan Metoda Archimedes.

...79 L.2.2 Data Pengukuran Bulk Density dengan Metoda

Archimedes. ...84

L.4.1 Sifat Magnet dari BaFe(12-2x)MnxTixO19 dengan Suhu Sintering 1100oC

DAFTAR GAMBAR

No. Gambar Judul Halaman

2.1 Struktur Kristal BaO.6Fe2O3 ...13

2.2 Struktur Kristal MnO ...14

2.3 Struktur Kristal Rutile, Anatase dan Brookite ...15

2.4 Arah Domain dan Kurva Bahan Diamagnetik ...16

2.5 Arah Domain dan Kurva Bahan Paramagnetik (a). Sebelum Diberi Medan Magnet Luar, (b). Setelah Diberi Medan Magnet Luar. ...17

2.6 Arah Domain dan Kurva Bahan Ferromagnetik ...18

2.7 Arah domain dan Kurva Bahan Anti Ferromagnetik, (a). Sebelum Diberi Medan Luar, (b) Setelah Diberi Medan Luar ...20

2.8 Arah Domain dan Kurva Bahan Ferrimagnetik ...20

2.9 Kurva Histerisis. ...21

2.10 Geometri Sebuah Difraktometer Sinar -X ...23

2.11 (a). Konsep Perambatan Gelombang Elektromagnetik Pada Material dan, (b). Scatering Parameter ( S11, S12, S21, dan S22) Pada VNA. ...28

2.12 Rangkaian alat Vector Network Analizer (VNA) ...29

3.1 (a). Mortar, (b). Timbangan, (c). Test Sieve, (d). Fixed Electromagnetic. ...33

3.2 Diagram Alir Proses Penelitian ...34

3.3 (a). Fe2O3, (b). BaCO3, (c). BaFe12O19.. ...39

3.4 Alat X-Ray Difraction (XRD) ...41

3.5 Naval Reseach Laboratory (NRL) Metode Lengkungan Setengah Lingkaran. ...43

3.6 Sistem Pengukuran Teknik Saluran: (a). Vektor Jaringan Analyzer (VNA), (b). Sistem Waveguide Tertutup Persegi Panjang dan Posisi Sampel Dalam Waveguide. ...45

4.1 Kurva DTA dari Bahan Magnet Keramik BaFe12O19 dengan Menggunakan Bahan Baku BaCO3 dan Fe2O3 Teknis. ...48

4.2 Hubungan Porosity (%) Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol). ...49

4.3 Hubungan Bulk Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol). ...50

4.4 Hubungan Flux Density Terhadap Suhu Sintering dari BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol). ...51

4.5 Kurva Histerisis (B-H Curve) dari Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) yang Disinter Pada Suhu 1100oC (2 jam).

...53

4.6 Pola XRD dari Serbuk BaCO3 + Fe2O3 Setelah Dikalsinasi Pada Suhu 1000oC Selama 2 jam.

...55 4.7 Pola XRD dari BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2,

0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) yang Disintering Pada Suhu 1100oC Selama 2 jam.

...56

4.8 Foto Morfologi dari Bahan Magnet, a). BaFe12O19 dan b). BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan Menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) yang Disintering Pada Suhu 1100oC Selama 2 jam.

...57

4.9 Foto morfologi dari bahan magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (a).(x = 0.1% mol), (b). (x = 0.2% mol), (c). (x = 0.3% mol), (d). (x = 0.4% mol), (e). (x = 0.5% mol), (f). (x = 0.6% mol) dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) yang disintering pada suhu 1100oC selama 2 jam.

...60

4.10 Hasil Karakterisasi dari Bahan Baku Hematite (Fe2O3) Menggunakan µXFR.

...58 4.11 Hasil Karakterisasi Menggunakan µXFR dari

Bahan Magnet BaFe12O19 yang Disinter Pada Suhu 1100oC Selama 2 jam.

...59

4.12 Hasil Karakterisasi dengan µXFR dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1) yang Disinter Pada Suhu 1100oC Selama 2 jam.

...59

4.13 Hubungan antara Complex Permeability (µ*) sebagai Fungsi Frekuensi dari BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) yang Disintering Pada Suhu 1100oC Selama 2 jam.

...60

4.14 Hubungan antara Complex Permittivity (*) sebagai Fungsi Frekuensi dari BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) yang Disintering Pada Suhu 1100oC Selama 2 jam.

...62

4.15 Hubungan antara Reflection Loss (RL) sebagai Fungsi Frekuensi dari BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) yang Disintering Pada Suhu 1100o_{C Selama 2 jam.}

...63

4.16 Hubungan antara Absorption (A) sebagai Fungsi Frekuensi dari BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2,

0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) yang Disintering Pada Suhu 1100oC Selama 2 jam.

L.1.1 Hubungan Porositas Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol).

...78

L.1.2 Hubungan Porositas Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol).

...78

L.1.3 Hubungan Porositas Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol).

...79

L.1.4 Hubungan Porositas Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol).

...79

L.1.5 Hubungan Porositas Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol).

...80

L.1.6 Hubungan Porositas Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol).

...80

L.2.1 Hubungan Bulk Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol).

...83

L.2.2 Hubungan Bulk Density Terhadap Suhu Sintering dari

Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol).

...83

L.2.3 Hubungan Bulk Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol).

...84

L.2.4 Hubungan Bulk Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol).

...84

L.2.5 Hubungan Bulk Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol).

...85

L.2.6 Hubungan Bulk Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol).

...85

L.3.1 Hubungan Flux Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol).

...86

L.3.2 Hubungan Flux Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol).

L.3.3 Hubungan Flux Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol).

...87

L.3.4 Hubungan Flux Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol).

...88

L.3.5 Hubungan Flux Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol).

...88

L.3.6 Hubungan Flux Density Terhadap Suhu Sintering dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol).

...89

L.4.1 B-H Curve dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19

(x = 0.0% mol).

...90

L.4.2 B-H Curve dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19

(x = 0.1% mol).

...90

L.4.3 B-H Curve dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19

(x = 0.2% mol).

...91

L.4.4 B-H Curve dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19

(x = 0.3% mol).

...91

L.4.5 B-H Curve dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol).

...92 L.4.6 B-H Curve dari Bahan Magnet

BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol).

...92 L.4.7 B-H Curve dari Bahan Magnet BaFe

(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol).

...93 L.5.1 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet

BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.0% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...94

L.5.2 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...94

L.5.3 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...95

L.5.4 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...95

L.5.5 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

L.5.6 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...96

L.5.7 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...97

L.5.8 Pola X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe12O19 dengan Suhu Kalsinasi 1000oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...97

L.6.1 Foto SEM dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan Suhu Sintering 1100o_{C yang} Ditahan Selama 2 jam.

...98

L.6.2 Foto SEM dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...98

L.6.3 Foto SEM dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...99

L.6.4 Foto SEM dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...99

L.6.5 Foto SEM dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...100

L.6.6 Foto SEM dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...100

L.7.1 Hubungan antara Absorption (A) Terhadap

Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang

Ditahan Selama 2 jam.

...101

L.7.2 Hubungan antara Absorption (A) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...101

L.7.3 Hubungan antara Absorption (A) Terhadap

Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan Suhu Sintering 1100o_{C yang}

Ditahan Selama 2 jam.

...102

L.7.4 Hubungan antara Absorption (A) Terhadap

Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang

Ditahan Selama 2 jam.

...102

L.7.5 Hubungan antara Absorption (A) Terhadap

Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 ...103

(x = 0.5% mol) dengan Suhu Sintering 1100o_{C yang} Ditahan Selama 2 jam.

L.7.6 Hubungan antara Absorption (A) Terhadap

Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang

Ditahan Selama 2 jam.

...103

L.8.1 Hubungan antara Complex Permeability (µ*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...104

L.8.2 Hubungan antara Complex Permeability (µ*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...104

L.8.3 Hubungan antara Complex Permeability (µ*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan Suhu Sintering 1100o_{C yang Ditahan Selama 2 jam.}

...105

L.8.4 Hubungan antara Complex Permeability (µ*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...105

L.8.5 Hubungan antara Complex Permeability (µ*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...106

L.8.6 Hubungan antara Complex Permeability (µ*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...106

L.9.1 Hubungan antara Complex Permittivity (*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...107

L.9.2 Hubungan antara Complex Permittivity (*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...107

L.9.3 Hubungan antara Complex Permittivity (*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...108

L.9.4 Hubungan antara Complex Permittivity (*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan Suhu

Sintering 1100o_{C yang Ditahan Selama 2 jam.} L.9.5 Hubungan antara Complex Permittivity (*)

Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol) dengan Suhu Sintering 1100o_{C yang Ditahan Selama 2 jam.}

...109

L.9.6 Hubungan antara Complex Permittivity (*) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...109

L.10.1 Hubungan antara Reflection Loss (RL) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...110

L.10.2 Hubungan antara Reflection Loss (RL) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...110

L.10.3 Hubungan antara Reflection Loss (RL) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan Suhu Sintering 1100o_{C yang} Ditahan Selama 2 jam.

...111

L.10.4 Hubungan antara Reflection Loss (RL) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...111

L.10.5 Hubungan antara Reflection Loss (RL) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...112

L.10.6 Hubungan antara Reflection Loss (RL) Terhadap Frekuensi dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

DAFTAR LAMPIRAN

No. Lampiran Judul Halaman

1 Porosity dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 ...79 2 Bulk Density dari Bahan Magnet

BaFe(12-2x)MnxTixO19

...84 L.3 Flux Density Magnetik Magnet BaFe

(12-2x)MnxTixO19

...89 L.4 B-H Curve dari Bahan Magnet BaFe

(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...93

L.5 X-Ray Diffraction (XRD) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam dan Powder (BaCO3 + Fe2O3) Dikalsinasi 1000oC (2 jam).

...97

L.6 Foto SEM dari Bahan Magnet BaFe (12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...101

L.7 Kurva Absorption (A) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam

...104

L.8 Kurva Complex Permeability (µ*) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...107

L.9 Kurva Complex Permittivity (*) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

...110

L.10 Kurva Reflection Loss (RL) dari Bahan Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol) dengan Suhu Sintering 1100oC yang Ditahan Selama 2 jam.

PEMBUATAN MAGNET PERMANEN BARIUM

HEKSAFERIT DENGAN SUBSITUSI ION Mn

DAN Ti PADA ION Fe SEBAGAI MATERIAL

PENYERAP GELOMBANG MIKRO

ABSTRAK

Telah dibuat magnet permanen berbasis BaFe(12-2x)MnxTixO19 dari bahan baku barium carbonate (BaCO3), hematite (Fe2O3), manganese oxide (MnO) dan titanium oxide (TiO2) melalui reaksi padatan. Variabel penelitian yang dilakukan adalah kosentrasi doping ion Mn dan Ti sebagai subsitusi ion Fe pada bahan barium hexaferrite (BaFe12O19) dengan x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 dan 0.6% mol, serta suhu sintering 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, dan 1250oC yang masing-masing ditahan selama 2 jam. Besaran-besaran yang diamati meliputi porositas, densitas, fluks densitas, kurva histerisis, analisa mikrostruktur dengan XRD, SEM, dan µXRF serta uji absorpsi material tersebut dengan menggunakan VNA. Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa suhu kalsinasi dan sintering yang terbaik adalah 1000oC dan 1100oC masing-masing ditahan 2 jam. Doping ion Mn-Ti sebagai subsitusi sebagian ion Fe menghasilkan struktur tunggal BaFe12O19 dengan parameter kisi a = b = 5.892 Å, c = 23.183 Å dan V = 696.404 Å3, dan morfologinya relatif homogen dengan bentuk partikel menyerupai batang dengan ukuran partikel < 2 µm. Magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 relatif padat dengan porositas < 0.2%, bulk density berkisar 3.66 _– 4.18 g/cm3, fluks density magnetik berkisar 36.7 – 488 Gauss, remanensi Br < 1.25 kGauss, koersivitas HCB < 1kOe dan BHmax < 0.7MGOe. Material magnetik BaFe(12-2x)MnxTixO19 yang dibuat menghasilkan nilai permeability yang dapat merespon gelombang micro terutama pada 0.6% mol ion Mn-Ti dan daerah frekuensi sekitar 4.3 – 4.33, dan 8.85 GHz. Dari nilai permittivity material ini juga memiliki respon yang baik terutama untuk daerah frekuensi 5 _– 5.05, 5.92 _– 5.95, 8.7 dan 9.94 GHz. Reflection loss, RL komposisi terbaik adalah pada doping 0.4, 0.1 dan 0.2% mol ion Mn-Ti yaitu sebesar -25.6,-22.2 dan -23.2dB masing-masing pada frekuensi 7.9 dan 9.1GHz, serta mampu menyerap > 90%, terutama pada daerah frekuensi 4.75 – 4.96, 5.77 – 5.80, 8.02 _– 8.05 dan 9.07 _– 9. 13 GHz.

Kata kunci: Magnetic Material, BaFe(12-2x)MnxTixO19, Coercivity, Permittivity,

MICROWAVE ABSORBER MATERIALS

ABSTRACT

Has been made permanent magnet based on BaFe12-2x)MnxTixO19 from

technical grade materials of barium carbonate (BaCO3), hematite (Fe2O3),

manganese oxide (MnO) and titanium oxide (TiO2) by solid state reaction method.

Variables of the research is doping concentration of Mn and Ti ions performed for substituting of Fe ion in barium hexaferrite (BaFe12O19) materials which obtained

by x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 and 0.6% mole, and the sintering temperature of 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, and 1250o_{C with holding time of 2 hours.}

Quantities observed were include porosity, density, flux density, hysteresis curves, microstructure analysis by XRD, SEM, and μXRF and the material absorption test by using VNA. From the observations indicate that the best calcination and sintering temperature is 1000oC and 1100oC with holding time for 2 hours. Doping Mn-Ti ions as a partial substitute Fe ion produce a single structure BaFe12O19 with lattice parameters a = b = 5,892 Å, c = 23 183 Å and V = 696

404 Å3_{, and the morphology is relatively homogeneous with the particle shape}

resembles a rod with a particle size < 2 µm. The BaFe(12-2x)MnxTixO19 magnetic

materials is relatively dense with a porosity of < 0.2%, bulk density ranges from 3.66 _– 4.18 g/cm3_{, the flux density magnetic value is a round 36.7 - 488 Gauss,}

remanensi Br < 1.25 kGauss, coercivity HCB < 1kOe and BHmax < 0.7MGOe. The

BaFe(12-2x)MnxTixO19 magnetic materials has been made was given permeability

values wich can be responsibility of microwave frequencies, especially at 0.6% mole Mn-Ti ions and in the frequency range is a round 4.3 – 4.33, and 8.85 GHz. The value of permittivity of that materials also has a particularly good respons at the frequency a round: 5 – 5.05, 5.92 - 5.95, 8.7 and 9.94 GHz. Reflection loss, RL is the best composition of Mn-Ti ions dopant at 0.4, 0.1 and 0.2% mole is equal to -25.6, -22.2 and -23.2dB, at frequency 7.9 and 9.1GHz respectively, and able to absorb > 90%, especially in the frequency range 4.75 - 4.96, 5.77 - 5.80, 8.02 to 8.05 and 9.07 - 9. 13 GHz.

Key Words: Magnetic Material, BaFe(12-2x)MnxTixO19, Coercivity, Permittivity,

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi memerlukan dukungan sumber daya manusia (SDM), sarana dan prasarana pendukung yang terkait di dalamnya, tentunya termasuk fasilitas peralatan. Perkembangan teknologi juga menuntut kebutuhan akan bahan/material yang mempunyai sifat tertentu agar dapat diaplikasikan sesuai dengan kebutuhan, baik dibidang mekanik, elektronik, mekatronik dan lain-lain. Perkembangan teknologi material khususnya bidang material maju (advanced material) menjadi perhatian karena keunikan sifat-sifatnya, seperti: dielectric, ferro-electric, piezo-electric, ferro-magnetic, magneto-resistive, ionical, electronical, super-conducting, electro-optical dan lainnya. Penggunaan perangkat elektronik dewasa ini jumlahnya semakin meningkat, mulai dari perangkat telepon portable, handphone (Vlack Van ,2004), local area network (LAN), intelligent transport system (ITS) (Priyono K dan Azwar Manaf ,2007), dan masih banyak yang lainnya. Hal ini berakibat semakin banyak gelombang elektromagnetik dalam bentuk radiasi gelombang mikro yang teradiasi ke lingkungan. Radiasi gelombang elektromagnetik yang melebihi batas dosis yang diijinkan (safe limit) akan mengganggu lingkungan terutama kesehatan manusia (Vlack Van ,2004).

Jumlah radiasi gelombang mikro ke lingkungan perlu untuk dikurangi. Untuk tujuan tersebut sekarang telah dikembangkan teknologi penyerapan terhadap radiasi gelombang mikro ke lingkungan. Jenis material tertentu dapat digunakan untuk teknologi tersebut. Material yang sering digunakan adalah golongan ferit, seperti barium heksaferit, BaM yang tersubstitusi, dan masih

banyak material lainnya. Keefektifan terhadap kamuflase radar bergantung pada seberapa besar energi gelombang elektromagnetik yang diserap oleh material absorber yang digunakan. Faktor dominan yang mempengaruhi performa material absorber adalah sifat magnetik dan dielektriknya. Barium hexaferrite yang memiliki sifat lossy material, mempunyai faktor loss dieletrik dan loss magnetik yang tinggi sehingga membuat material tersebut mempunyai sifat yang baik untuk absorbsi gelombang elektromagnetik. Barium heksaferit memiliki anisotropi uniaxial. Magnetisasi membuat bulir-bulirnya terorientasi secara teratur sepanjang sumbu-c. Medan anisotropi yang tinggi membuatnya sesuai untuk digunakan pada frekuensi yang lebih tinggi (Priyono K dan Azwar Manaf ,2007).

Barium heksaferit sebagai magnet ferit, disamping memiliki permeabilitas, permitivitas dan magnetisasi spontan yang relatif tinggi, juga tersusun oleh komponen-komponen oksida sehingga juga memiliki resistivitas listrik yang tinggi atau isolator yang baik. Kombinasi sifat intrinsik antara sifat magnetik dan sifat listrik dari ferit seperti itu menempatkan material magnet ferit sebagai penyanggah gelombang-gelombang mikro termasuk gelombang dengan frekuensi yang digunakan dalam RADAR (www.frd.cn, 2013). Ion-ion ferit pada barium heksaferit sebagian dapat disubstitusi oleh ion-ion divalen seperti Co2+, Ti4+ dan Mn2+ dan lainnya. Substitusi dapat mengubah anisotropi magnetik dari uniaxial menjadi planar. Selain itu, substitusi juga mengubah permitivitas dielektrik dan permeabilitas magnetiknya (lairdtech, 2013).

Teknologi microwave absorber tidak hanya berguna untuk hal-hal yang tersebut di atas. Sekarang, teknologi tersebut juga digunakan dalam bidang kemiliteran seperti untuk tujuan mereduksi tampang lintang radar (radar cross section), dan kamuflase pesawat tempur dan misil dari deteksi radar (Spaldin, Nicola, 2011).

Keramik adalah bahan-bahan yang tersusun dari senyawa anorganik bukan logam yang pengolahannya melalui perlakuan dengan temperatur tinggi (Priyono K dan Azwar Manaf ,2007). Pada awal perkembangan proses produksi dan sintesis material keramik dari bahan baku alam hanya dibuat sampai orde mikron dan tingkat kemurniannya sangat rendah. Saat ini kecenderungan sintesis material

3

keramik mengarah ke teknologi nano processing sehingga diperoleh material keramik nano size dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi.

Keramik magnet adalah salah satu bahan yang umumnya merupakan golongan ferit, mempunyai sifat magnetik dan penting bagi industri automotif, komputer, pembangkit energi, kelistrikan dan elektronika. Bahan keramik yang bersifat magnetik, mempunyai struktur kristal tertentu yang sangat tergantung pada komposisinya, sehingga penggunaannya menjadi lebih luas. Meskipun demikian terdapat kesamaan yang umum, yaitu: semuanya adalah oksida logam yang disusun oleh Fe2O3 sebagai komponen utama, komponen ini dapat menghasilkan induksi magnetik spontan meskipun medan magnet luar dihilangkan (lairdtech, 2013). Magnet dapat diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu soft magnetic dan hard magnetic (www.frd.cn, 2013). Soft magnetic (magnet lunak) adalah merupakan suatu sifat bahan yang akan berubah menjadi magnet apabila ada arus yang diberikan pada bahan tersebut dan sifat magnetnya akan hilang bila arus dilepaskan. Sedangkan bahan hard magnetic (magnet keras) merupakan suatu sifat bahan yang sengaja dibuat bersifat magnet secara permanen (Spaldin, Nicola, 2011), walaupun pengaruh medan magnet luar sudah dilepaskan. Magnet permanen dapat dibuat dari bahan keramik berbasis oksida besi seperti: feroxdure (SrO.6Fe2O3) dan Barium Heksa ferrit (BaO.6Fe2O3). Bahan magnet

tersebut memiliki kemampuan menghasilkan maximum energy product magnet (BHmax) sampai: 3-20 MGOe. Magnet permanen berbasis BaO.6Fe2O3 dibuat dengan ukuran butiran sekitar 1 – 2 μm dan dibakar pada suhu sintering sekitar 1250 _– 1300oC.

Hard ferrite termasuk magnet yang memiliki kurva histerisis (BH Curve) yang lebar dan mempunyai nilai coercitivitas (HC) yang tingi, magnet ferrite juga memiliki struktur kristal hexagonal dengan formulasi MO6Fe2O3. M adalah

unsur-unsur dari Ba, Sr dan Pb, keramik maget ferrite terdiri atas tiga macam, yaitu Barium Hexa Ferrite (BaO6Fe2O3), Stronsium Hexa Ferrite SrOFe2O3 dan

Lead Hexa Ferrite (www.frd.cn, 2013).

Pembuatan magnet keramik dapat juga dilakukan dengan dua metoda yaitu isotropi dan anisotropi. Pada pembuatan magnet secara isotropi adalah dengan

proses cetak kering, dengan bahan aditif polyvinil alkohol (PVA) sebagai perekatnya dan kemudian tanpa dilakukan orientasi partikel dengan menggunakan medan magnet. Sedangkan pada proses anisotropi, dimana dalam pembuatan magnetnya digunakan orientasi partikel dengan medan magnet dan pada pembentukannya ditambahkan bahan perekat PVA (Spaldin, Nicola, 2011).

Perkembangan teknologi elektronik dan informasi yang pesat mengakibatkan ruang sekitar semakin terpolusi gelombang elektromagnetik (EM) dengan beragam frekuensi. Untuk mengimbangi dampak tersebut maka diperlukan sistem material yang dapat berperan sebagai penyanggah/penyerap gelombang mikro. Dari hasil penelitian dapat diketahui bahwa material berbasis barium heksaferit telah diperkenalkan sebagai material magnet untuk aplikasi pada frekuensi ultra tinggi (UHF) (Vlack Van ,2004). Selain itu, material magnet berbasis ferit merupakan salah satu bahan magnet yang menduduki peringkat pertama dalam pangsa pasar magnet dunia. Perkembangan magnet berbasis ferit tetap dikembangkan secara luas meskipun karakteristik kuat magnetnya lebih kecil daripada jenis magnet logam tanah jarang. Perbandingan rasio karakteristik antara magnet berbasis ferit dan magnet tanah jarang adalah, 1 : 3 untuk remanensi (Br), 1 : 3 untuk koersivitas (Hc) dan 1 : 10 untuk maxium energy product (BH max)(Priyono K dan Azwar Manaf ,2007).

Bahan magnet berbasis ferit relatif lebih murah dibandingkan magnet permanen jenis lain, sifatnya yang stabil dan tahan korosi sehingga membuat bahan magnet ferit paling banyak digunakan dan diproduksi di industri terutama untuk komponen elektronik dan penyerap gelombang mikro. Beberapa tahun terakhir ini senyawa BaFe12O19 telah diaplikasikan dalam bidang industri material elektronik dan magnetik karena senyawa ini mempunyai magnetisasi total dan medan anisotropi yang relatif tinggi, stabil terhadap suhu tinggi dan relatif tahan terhadap bahan kimia. Sifat semacam ini sangat diperlukan sebagai material strategis di dunia industri yang merupakan material magnetik, apalagi dengan adanya subsitusi ion lain yang dapat mempengaruhi karakteristiknya terutama untuk aplikasi penyerap gelombang mikro.

5

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang akan dibahas dalam laporan ini adalah bagaimana proses pembuatan magnet permanen ferit jenis BaFe(12-2x)MnxTixO19 yang disubsitusi ion Mn dan Ti terhadap ion Fe dan proses pencetakannya cara anisotropi, dimana subsitusi ion Mn dan Ti adalah 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 dan 0.6% (dalam persen mol). Selanjutnya akan diamati suhu sintering yang terbaik (1000, 1050, 1100, 1150, 1200 dan 1250 o_{C yang} masing-masing ditahan selama 2 jam) berdasarkan hasil karakterisasi yang diperoleh. Setelah dapat suhu sintering yang terbaik maka kajian selanjutnya adalah terhadap mikrostruktur, sifat magnet dan responnya terhadap gelombang mikro.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah untuk proses pembuatan magnet permanen jenis BaFe(12-2x)MnxTixO19 terbatas pada :

1. Membuat magnet permanen dari bahan baku BaCO3, Fe2O3, TiO2 dan MnO2 dengan nilai x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 dan 0,6 % (dalam persen mol). Melalui proses pencetakan secara anisotropi, dan suhu sintering 1000, 1050, 1100, 1150, 1200 dan 1250 oC yang masing-masing ditahan selama 2 jam.

2. Analisis struktur mikro dengan X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscope (SEM), pengujian sifat fisis densitas dan porositas. 3. Pengujian sifat magnet dengan Permagraph dan pengukuran absorpsi

gelombang mikro dengan menggunakan Vector Network Analyzer (VNA) 4. Membandingkan hasil pengujian dengan hasil teoritis atau dengan hasil

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian adalah:

1. Pembuatan magnet permanen berbasis Barium Hexa Ferrite (BaFe12O19) dan merubahnya menjadi BaFe(12-2x)MnxTixO19, dimana ion Mn dan Ti mensubstitusi sebagian ion Fe, sehingga material tersebut dapat diaplikasikan sebagai penyerap gelombang mikro.

2. Mengetahui karakteristik magnet permanen BaFe(12-2x)MnxTixO19 sebelum dan setelah subsitusi ion Mn dan Ti pada ion Fe sebagai penyerap gelombang mikro, antara lain: porositas, densitas dan mikrostrukturnya dengan XRD dan SEM.

3. Mengetahui perubahan sifat magnet permanen BaFe(12-2x)MnxTixO19 sebelum dan setelah subsitusi ion Mn dan Ti pada ion Fe untuk aplikasi penyerap gelombang mikro, antara lain kurva histerisis, pengukuran refleksi loss, absorpsi, permittivity, dan permeability untuk daerah frekuensi ultra tinggi (UHF).

1.5 Manfaat Penelitian

Dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam merekayasa material magnetik berupa magnet permanen berbasis Barium Hexa Ferrite (BaO6Fe2O3) setelah adanya subsitusi ion Mn dan Ti terhadap ion Fe yang akan

diaplikasikan sebagai penyerap gelombang mikro. Produk hasil penelitian ini direncanakan nantinya untuk dapat digunakan sebagai bahan unuk penyerap gelombang mikro (rentang frekuensi 4 _– 10 GHz) baik untuk diaplikasikan pada handphone, pesawat terbang dan kapal selam.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Magnet Keramik

Magnet keramik memiliki peran yang sangat penting dalam berbagai aplikasi, khususnya dalam rangkaian-rangkaian frekuensi tinggi dimana rugi-rugi arus eddy dalam logam sangat tinggi. Keramik sendiri adalah bahan-bahan yang tersusun dari senyawa anorganik bukan logam yang pengolahannya melalui perlakuan dengan temperatur tinggi. Kegunaannya adalah untuk dibuat berbagai keperluan desain teknis khususnya dibidang kelistrikan, elektronika, dan mekanik, serta memanfaatkan material keramik tersebut sebagai bahan magnet permanen. Material ini dapat menghasilkan medan magnet tanpa harus diberi arus listrik yang mengalir dalam sebuah kumparan atau solenoida untuk mempertahankan medan magnet yang dimilikinya. Disamping itu, magnet permanen jenis ini juga dapat memberikan medan yang konstan tanpa mengeluarkan daya yang kontinyu.

Bahan keramik yang bersifat magnetik umumnya merupakan golongan ferit, merupakan oksida yang disusun oleh hematit (_α-Fe2O3) sebagai komponen

utama. Bahan ini menunjukkan induksi magnetik spontan meskipun medan magnet luar yang diberikan dihilangkan. Material ferit dikenal sebagai magnet keramik, bahan itu tidak lain adalah oksida besi yang disebut ferit besi (ferrous ferrite) dengan rumus kimia MO.(Fe2O3)6, dimana M adalah Ba, Sr atau Pb.

6Fe2O3+ BaCO3

BaO.6Fe2O3+ CO2

Pada umumnya ferit dibagi menjadi tiga kelas (P. Sebayang, dkk, 2011):

1. Ferit lunak, ferit ini mempunyai formula MFe2O4, dimana M = Cu, Zn, Ni,

bahan ini mempunyai permeabilitas, hambatan jenis yang tinggi dan koersivitas yang rendah.

2. Ferit keras, ferit jenis ini adalah turunan dari struktur magneto plumbit yang dapat ditulis sebagai MFe12O19, dimana M = Ba, Sr, Pb. Bahan ini

mempunyai gaya koersivitas dan remanen yang tinggi dan mempunyai struktur kristal heksagonal dengan momen-momen magnetik yang sejajar dengan sumbu c.

3. Ferit berstruktur Garnet, magnet ini mempunyai magnetisasi spontan yang bergantung pada tempratur secara khas. Strukturnya sangat rumit, berbentuk kubik dengan sel satuan disusun tidak kurang dari 160 atom. Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur hexagonal close-pakced (HCP). Dalam hal ini bahan yang sering digunakan adalah Barrium Ferrite (BaO.6Fe2O3), dapat juga barium digantikan bahan yang

menyerupai (segolongan) dengannya, yaitu seperti Strontium (Priyono, dkk, 2004). Material magnetik ferit yang memiliki sifat-sifat campuran beberapa oksida logam valensi II, dimana oksida besi valensi III (Fe2O3) merupakan

komponen yang utama.

Ferit lunak mempunyai struktur kristal kubik dengan rumus umum MO.Fe2O3dimana M adalah Fe, Mn, Ni, dan Zn atau gabungannya seperti Mn-Zn

dan Ni-Zn. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, memori komputer, induktor, recording heads, microwave dan lain-lain. Ferit keras banyak digunakan dalam komponen elektronik, diantaranya motor-motor DC kecil, pengeras suara (loud speaker), meteran air, KWH-meter, telephone receiver, circulator dan rice cooker (Angelo, P.C., 2008).

2.2 Sifat-Sifat Magnet Permanen

Sifat-sifat magnet permanen (hard ferrite) dipengaruhi oleh kemurnian bahan, ukuran bulir (grain size), dan orientsi kristal. Parameter kemagnetan juga dipengaruhi oleh temperatur. Koersivitas dan remenensi akan berkurang apabila

9

temperaturnya mendekati temperatur curie (Tc) dan akan kehilangan sifat kemagnetannya (Kerista Sebayang, dkk, 2013).

2.2.1 Koersivitas

Koersivitas digunakan untuk membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin besar gaya koersivitasnya maka semakin tinggi sifat magnetnya. Bahan dengan koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang kemagnetannya. Untuk menghilangkan kemagnetannya diperlukan intensitas magnet H yang besar. Tidak seperti bahan soft magnet yang mempunyai medan magnet B _{sebesar μo}M, dalam magnet permanen. Magnetisasi bukan merupakan fungsi linier yang sederhana dari rapat fluks karena nilai dari medan magnet H yang digunakan dalam magnet permanen secara umum jauh lebih besar dari pada dalam bahan soft magnet (Young Joon An, 2008).

2.2.2 Remanen atau Ketertambatan

Remanen atau ketertambatan adalah sisa medan magnet B dalam proses magnetisasi pada saat medan magnet H dihilangkan, atau remanensi terjadi pada saat intensitas medan magnetik H berharga nol dan medan magnet B menunjukkan harga tertentu. Bagaimanapun juga koersivitas pada magnet permanen akan menjadi kecil, jika remanensi dalam magnetisasi juga kecil. Oleh karena itu besar nilai remanensi yang dikombinasikan dengan besar koersivitas menjadi sangat penting [(Priyono, dkk, 2004), (Angelo, P.C., 2008)].

2.2.3 Saturasi Magnetisasi

Saturasi magnetisasi adalah keadaan dimana terjadi kejenuhan, nilai medan magnet B akan selalu konstan walaupun medan eksternal H dinaikkan terus. Remanensi bergantung pada saturasi magnetisasi, untuk magnet permanen saturasi magnetisasi seharusnya lebih besar dari pada soft magnet. Kerapatan dari bahan ferit lebih rendah dibandingkan logam-logam lain dengan ukuran yang sama. Oleh karenanya nilai saturasi dari bahan ferit relatif rendah, hal ini

menguntungkan untuk dapat dihilangkan. Nilai kerapatan ferit dapat dilihat dalam daftar tabel 2.1 dan perbandingannya dengan material megnetik yang lain.

Tabel 2.1 Nilai Kerapatan dari beberapa jenis Ferrite [13] No Ferrite Kerapatan,  (g/cm3)

1 Zinc Ferrite 5,4

2 Cadmium 5,76

3 Ferrous 5,24

Hexagonal

4 Barium 5,3

5 Strontium 5,12

6 MnZn (high permiability) 4,29 7 MnZn (recording head) 4,7 _– 4,75

2.2.4 Medan Anistropi

Medan anisotropi (HA), juga merupakan nilai instrinsik yang sangat penting dari magnet permanen karena nilai ini dapat didefinisikan sebagai koersivitas maksimum yang menunjukkan besar medan magnet luar yang diberikan dengan arah berlawanan untuk menghilangkan medan magnet permanen. Anisotropi salah satu metode dalam pembuatan magnet, dimana hal ini dilakukan untuk menyearahkan domain daripada magnet tersebut. Dalam proses pembentukan magnet dengan anisotropi dilakukan dalam medan magnet sehingga partiket-partikel pada magnet terorientasi dan umumnya dilakukan dengan cara basah (Young Joon An, 2008).

Anisotropi pada magnet dapat muncul disebabkan oleh beberapa faktor seperti bentuk magnet, struktur kristal, efek stress dan sebagainya. Anisotropi kristal banyak dimiliki oleh material feromagnetik yang disebut sebagai Magnetocrystalline Anisotropy, yaitu bahan magnet yang mempunyai sumbu mudah (easy axis) sehingga mudah dimagnetisasi (soft magnetic). Spin momen magnet terarah dan searah dengan sumbu mudah ini. Pada keadaan stabil, energi

11

total magnet atau magnetisasi kristal sama dengan sumbu mudah. Selain itu, ada juga yang disebut hard magnetic dimana diperlukan suatu energi untuk merubah vektor dari sumbu mudah ke sumbu keras (hard axis). Energi yang dibutuhkan untuk mengarahkan arah momen magnet menjauhi sumbu mudah disebut magnetocrystalline energy atau anisotropy energy (EA). Besarnya nilai EA dapat ditulis dalam persamaan (S. Puneet, 2008):

E_{A = Σ Kn} sin2n_θ

Dimana θ adalah sudut yang terbentuk dari easy axis ke hard axis, sedangkan Kn disebut konstanta anisotropi. Rumus molekul umum magnet ferit adalah MO.6Fe2O3, dengan M dapat disubtitusi dengan Ba, Sr dan Pb. Untuk struktur BaO.6Fe2O3 atau lebih dikenal dengan sebutan barium heksaferit telah diketahui sebagai senyawa magnetik yang memiliki fasa tepat untuk aplikasi magnet permanen (Yue Liu, dkk, 2011). Berdasarkan rumus kimia dan struktur kristalnya, barium heksaferit dikelompokkan 5 tipe, yaitu: tipe-M (BaFe12O19), tipe-W (BaMe2Fe16O27), tipe-X (Ba2Me2Fe28O46), tipe-Y(Ba2Me2Fe12O22) dan tipe-Z (Ba2Me2Fe24O41), Me merupakan ion logam transisi bivalen. Tipe-M yang lebih dikenal dengan sebutan barium heksagonal ferit (BaM) merupakan oksida keramik yang paling banyak dimanfaatkan secara komersial. Kurva histerisis magnet permanen jenis ini memiliki koersivitas yang relatif tidak besar sehingga senyawa tersebut juga berpeluang cukup baik untuk aplikasi media penyimpan data (magnetic recording) dan magneto optic materials (R. Nowosielski, dkk, 2007).

Beragam penelitian dasar untuk meningkatan sifat magnetik barium heksagonal ferit masih terus dikembangkan. Sifat magnetik meliputi medan magnet remanensi, koersivitas dan medan magnet saturasi. Beberapa cara untuk meningkatkan sifat-sifat tersebut antara lain mengoptimalkan metode pembuatan magnet, seperti menghasilkan produk magnet dengan proses pembuatan pada temperatur rendah dengan waktu reaksi pendek, kemurnian tinggi, dan kristalinitas yang lebih baik. Selain itu dengan memperkecil ukuran butir atau substitusi ion Fe+3 dengan berbagai ion lain seperti Zn+2, Ni+2,Co+2, Ti+4 dan Mn+2 juga dapat meningkatkan sifat magnetiknya. Subtitusi ion Fe+3 pada magnet

heksagonal ferit tersebut yang dapat digunakan untuk aplikasi pada frekuensi ultra tinggi (UHF) (Darminto, dkk, 2011).

Divalen logam transisi seperti Mn, Co dan Ti sering digunakan karena persamaan jari-jari ionik dan konfigurasi elektron. Selain memiliki sifat magnetik, magnet ferit juga dapat bersifat sebagai isolator baik atau resistivitas listriknya tinggi (Muhammad Javed Iqbal, dkk, 2010). Sifat ini muncul karena material ini memiliki komponen-komponen oksida. Perpaduan sifat intrinsik antara sifat magnetik dan sifat listrik memungkinkan material heksagonal ferit digunakan sebagai penyerap gelombang mikro. Kemampuan magnet heksagonal ferit sebagai penyerap gelombang elektromagnetik inilah yang diharapkan dapat diaplikasikan sebagai absorber gelombang mikro. Namun masih diperlukan struktur mikro yang tepat untuk menjadikan material ini sebagai material absorber.

Pengaruh subtitusi parsial ion Fe oleh Mn sedikit menurunkan nilai magnetisasi total tetapi secara signifikan menurunkan nilai koersivitas. Dari referensi penelitian sebelumnya mengenai barium heksaferit yang disubtitusi ion Mn dan Ti menjadi BaFe(12-2x)MnxTixO19, nilai koersivitas magnet turun dengan bertambahnya fraksi ion subtitusi (P. Sardjono, dkk, 2012). Penurunan nilai koersivitas ini diperkirakan berasal dari perubahan medan anisotropi kristal karena pengaruh subtitusi ion Fe. Perubahan konstanta anisotropi pada barium heksaferrite substitusi Mn dan Ti yang memberikan peluang kepada barium heksaferit termodifikasi untuk menjadi material magnetik yang dapat digunakan untuk aplikasi penyerapan energi gelombang mikro pada frekuensi tinggi.

2.2.5 Temperatur Curie (ƟC)

Temperature Curie (ƟC) didefinisikan sebagai temperatur kritis dimana

fase magnetik bertransisi dari konfigurasi struktur magnetik yang teratur menjadi tidak teratur. Takanori, 2011 menganalisa sifat magnet dan pengaruhnya terhadap temperatur Curie dengan pensubsitusian ion Ti dan Co. Dari hasil penelitiannya pada komposisi x = 2,5, sifat ferrimagnetik berubah menjadi paramagnetik dan nilai temperatur Curie naik seiring naiknya komposisi subsitusi Ti dan Co. Dimana untuk x = 2,5 temperatur curienya adalah 692 oC sedangkan pada x = 5

13

temperatur Curienya 730 oC. Hal tersebut juga mempengaruhi penurunan nilai remanensinya.

2.3 Barium Heksaferit (BaO.6Fe2O3)

Cara paling sederhana untuk memahami kisi kristal adalah dengan membayangkan atom-atom dalam kristal berupa titik-titik. Setiap titik-titik mempunyai lingkungan yang seba sama, sehingga satu sama lain tidak dapat dibedakan walaupun dipandang dari segala arah. Bila tiap titik tersebut dihubungkan maka akan diperoleh kisi-kisi yang teratur dan periodik memenuhi ruang. Berikut ilustrasi yang menunjukan kisi sebuah sistem kristal Barium heksaferit pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Struktur kristal BaO.6Fe2O3 [22].

Barium heksaferit (BaO.6Fe2O3) yang memiliki parameter kisi a = b = 5,8920 Angstrom, dan c = 23,1830 Angstrom. Barium heksaferit (BaFe12O19) dikenal sebagai magnet permanen dengan struktur heksagonal yang sesuai dengan space group P 63/mmc (Babalola, O.A, 2010). Seperti kelompok oksida lainnya, material ini memiliki sifat mekanik yang sangat kuat dan tidak mudah terkorosi. Senyawa ini biasanya digunakan sebagai perekam magnetik, divais gelombang mikro (microwave) dan absorber (Perdamean Sebayang, Achmad

Maulana Soehada S., 2013). Magnet ini sangat diminati, sehingga banyak usaha dilakukan untuk memproduksi subtitusi kation yang mungkin ke dalam BaFe12O19 guna meningkatkan sifat magnetiknya.

2.4 Sifat Mangan Oksida (MnO)

Mangan Oksida adalah suatu unsur kimia yang mempunyai nomor atom 25 dan memiliki melting point 1250 °C. MnO merupakan oksida logam transisi yang memiliki anisotropi yang kuat, keras dan merupakan material yang bersifat antiferomagnetik. Warnanya merah kehitam-hitaman dan memiliki sistem kristal tetragonal. Selain itu juga MnO memiliki daya hantar listrik yang baik. Berikut ini struktur kristal dari MnO yang diperlihatkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Struktur Kristal MnO [24].

2.5 Sifat Titanium Oksida (TiO2)

Titanium Oksida merupakan kristal berwarna putih dengan indeks bias yang sangat tinggi dan memiliki melting point 1855 °C. Kristal ini merupakan bahan semikonduktor yang memiliki selisih band gap sebesar 3,2 eV (energi celah) dengan rentang -1.2 eV _– 2 eV. Titanium Oksida (TiO2) digunakan sebagai bahan absorber karena inert, tidak berbahaya dan merupakan semikonduktor yang murah. Titanium Oksida (TiO2) mempunyai 3 bentuk kristal rutile, anatase dan brookite. Rutile dan anatase mempunyai struktur tetragonal dengan kisi kristal dan sifat fisika yang berbeda.

Struktur rutile lebih stabil pada temperatur tinggi, sedangkan anatase lebih stabil pada temperatur rendah. Brookite mempunyai struktur ortorombik yang sulit

15

dibuat dan jarang ditemukan. Titanium Oksida (TiO2) relatif melimpah dalam

kulit bumi yaitu sekitar 0,6%. Berikut ini struktur kristal dari rutile, anatase dan brookite yang diperlihatkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Struktur kristal rutile, anatase dan brookite (R. Nowosielski, 2007).

2.6 Material Magnetik

Magnet yang paling banyak dikenal adalah mengandung besi metalik. Beberapa elemen lain juga memperlihatkan sifat magnet, tapi tidak semua magnet berwujud logam. Teknologi mutakhir sekarang telah menggunakan keduanya, baik magnet metalik maupun keramik. Teknologi mutakhir ini juga memanfaatkan elemen-elemen lain untuk meningkatkan kemampuan magnetik. Magnet terdiri dari tiga kriteria, bisa berwujud magnet tetap atau magnet permanen, magnet tidak tetap, dan magnet buatan.

2.6.1 Magnet Tetap

Magnet tetap adalah magnet yang tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk menghasilkan daya magnet (berelektromagnetik). Magnet jenis ini dapat mempertahankan kemagnetannya dalam waktu yang sangat lama (Adiguzel, H.I., 2008). Jenis magnet tetap selama ini yang diketahui terdapat pada:

a) Magnet Keramik (hard ferrite)

b) Magnet Alnico (Alumunium, Nikel, dan Cobalt) c) Magnet Samarium-Cobalt (Samarium Cobalt/SmCo) d) Magnet Neodymium (Neodymium Iron Boron/NdFeB/NIB)

2.6.2 Magnet Tidak Tetap

Magnet tidak tetap (remanen) tergantung pada medan listrik untuk menghasilkan medan magnet. Contoh magnet tidak tetap adalah elektromagnet, yang mana akan memiliki daya magnet bila diberi arus listrik dan daya magnetnya akan hilang ketika arus listrik dihilangkan (Adiguzel, H.I., 2008)..

2.6.3 Magnet Buatan

Magnet buatan meliputi hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini. Bentuk magnet buatan antara lain (Alberto Ubaldini, 2008):

a. Magnet U b. Magnet ladam c. Magnet batang d. Magnet lingkaran e. Magnet jarum (kompas)

2.7 Sifat Kemagnetan Bahan

Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen pembentuknya. Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan, bahan magnet ini dapat digolongkan menjadi 5 yaitu bahan Diamagnetik, bahan Paramagnetik, bahan Ferromagnetik, bahan anti Ferromagnetik, dan bahan Ferrimagnetik (Alberto Ubaldini, 2008).

2.7.1 Bahan Diamagnetik

Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik dari masing-masing atom/molekulnya adalah nol, tetapi medan magnet akibat orbit dan spin elektronnya tidak nol (Basoglu, M, 2009). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan mengubah gerakannya sedemikian rupa sehingga menghasilkan resultan medan magnet atomik yang arahnya berlawanan dengan medan magnet luar tersebut, seperti terlihat pada Gambar 2.4.

17

Gambar 2.4 Arah domain dan kurva bahan Diamagnetik

Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital electron karena atom mempunyai elektron orbital, maka semua bahan bersifat diamagnetik. Suatu bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas bahan ini: µ < µo dengan suseptibilitas magnetik bahan:

m  0. Nilai bahan diamagnetik mempunyai orde -10-5 m3/kg. Contoh bahan

diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng (El-Lawindy,2009).

2.7.2 Bahan Paramagnetik

Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomik masing-masing atomnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomik total seluruh atomnya dalam bahan nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atomnya acak, sehingga resultan medan magnet atomik masing-masing atom saling meniadakan. Di bawah pengaruh medan eksternal, bahan tersebut akan mensejajarkan diri karena adanya torsi yang dihasilkan, seperti terlihat pada Gambar 2.5. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar (Indrani Coondoo, 2011).

Gambar 2.5 Arah domain dan kurva bahan paramagnetik (a).sebelum diberi medan magnet luar, (b). Setelah diberi medan magnet luar.

Bahan ini jika diberi medan magnet luar, elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomiknya searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil.

Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan paramagnetik, medan B yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya dalam hampa udara. Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif dan berada dalam rentang 10-5 _{sampai 10}-3 _m3_{/kg, sedangkan permeabilitasnya adalah} µ > µo. Contoh bahan paramagnetik: alumunium, magnesium dan wolfram (Rosler, S., 2003).

2.7.3 Bahan Ferromagnetik

Bahan Ferromagnetik mempunyai resultan medan magnet atomik besar, hal ini disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ini banyak spin elektron yang tidak berpasangan, masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan menimbulkan medan magnetik, sehingga medan magnet total yang dihasilkan oleh satu atom menjadi lebih besar (Nita Dilawar, 2008). Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan Ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar

19

atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok, kelompok inilah yang dikenal dengan domain (Novizal, 2013), diperlihatkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Arah domain dan kurva bahan Ferromagnetik

Bahan Ferromagnetik juga memiliki susebtibilitas yang tinggi, sangat berguna karena menghasilkan medan magnet B yang kuat dengan arus yang relatif kecil dalam koil. Bahan ini memiliki banyak domain kecil dengan dimensi linier sekitar 1μm (10-6 _{m). Tiap domain berisi beberapa dipol magnet hasil spin} elektron, yang disusun secara paralel oleh gaya yang kuat antara dipol-dipol yang berdekatan. Arah susunan dari dipol magnet dari domain yang satu dengan yang lainnya berbeda, sehingga biasanya tidak terdapat gabungan medan magnet dalam bahan tersebut sebagai satu-kesatuan. Domain-domain dalam bahan Ferromagnetik, dalam ketiadaan medan eksternal, momen magnet dalam tiap domain akan paralel, tetapi domain-domain diorientasikan secara acak, dan yang lain akan terdistorsi karena pengaruh medan eksternal. Domain dengan momen magnet paralel terhadap medan eksternal akan mengembang, sementara yang lain mengerut. Semua domain akan mensejajarkan diri dengan medan eksternal pada titik saturasi. Artinya bahwa setelah seluruh domain sudah terarahkan, penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang perlu disearahkan, keadaan ini disebut dengan penjenuhan (saturasi).

Bahan ini juga mempunyai sifat remanensi, artinya bahwa setelah medan magnet luar dihilangkan, akan tetap memiliki medan magnet, karena itu bahan ini sangat baik sebagai sumber magnet permanen. Permeabilitas bahan: µ » µo dengan suseptibilitas bahan: m » 0. Contoh bahan Ferromagnetik: besi, baja. Sifat

kemagnetan bahan Ferromagnetik akan hilang pada temperatur Curie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 770oC dan untuk baja adalah 1043oC

Sifat bahan Ferromagnetik biasanya terdapat dalam bahan ferit. Ferit merupakan bahan dasar magnet permanen yang banyak digunakan dalam industri-industri elektronika, seperti dalam loudspeaker, motor-motor listrik, dynamo dan KWH-meter. Bahan-bahan Ferromagnetik dapat dikategorikan menjadi dua bagian yaitu:

a. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, rilai (relay), peralatan sonar atau radar.

b. Bahan Ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula disebut bahan magnetik keras, bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen (Rosika, K., 2005).

2.7.4 Bahan Anti Ferromagnetik

Bahan anti Ferromagnetik adalah suatu bahan yang memiliki susebtibilitas positif yang kecil pada segala temperatur, tetapi perubahan suscepbilitas karena tempratur adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan dwikutubnya adalah sejajar tetapi berlawanan arah (Manigandan, A., 2011), diperlihatkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Arah domain dan kurva bahan Anti Ferromagnetik, (a) Sebelum diberi medan luar, (b) Setelah diberi medan luar

(b) (a)

21

2.7.5 Bahan Ferrimagnetik

Bahan ferrimagnetik memiliki resisitivitas yang jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnet. Oleh karena itu ferrimagnet (ferrit) arus-eddy yang terjadi pada bahan ini kecil (Moto, keba., 2003). Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya (Ramajo L, 2009), diperlihatkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Arah domain dan kurva bahan Ferrimagnetik.

Untuk karakterisasi sifat magnet digunakan alat permagraph yaitu alat yang dapat menghasilkan kurva histerisis loop yang dilengkapi dengan nilai induksi remanen (Br) dan Gaya koersif (Hc). Pada saat pengukuran berlangsung terjadi proses magnetisasi pada bahan/sampel, selesai pengukuran bahan sudah memiliki sifat magnetik yang permanen. Sifat-sifat magnet permanen berdasarkan kurva histerisis adalah sebagai berikut: sulit dimagnetisasi dan didemagnetisasi, Koersivitas tinggi (Hc), dengan Hc yang tinggi maka dapat mempertahankan orientasi momen magnetiknya untuk waktu yang lama, sebagai sumber gaya gerak magnet dalam kumparan magnetik, remanensi tinggi (Br), histeris loss besar, permeabilitas (μ) kecil (Moto, keba., 2003).

Besarnya sifat magnet suatu bahan dapat diketahui melalui kurva histerisis seperti pada gambar 2.9. Dari kurva tersebut dapat diketahui besarnya induksi remanen (Br), dan koersivitas (Hc). Apabila suatu bahan magnet yang berada dalam keadaan dimagnetisasi (B = 0), diberi medan magnet luar H yang membesar secara kontinu akan mencapai titik maksimum pada titik A (garis OA). Harga B pada saat itu adalah Bs (magnetisasi jenuh). Jika medan magnet luar ini diturunkan secara kontinu, maka kurva B-H tidak mengikuti garis OA tetapi mengikuti garis AB. Pada saat H berharga 0 maka induksi magnet B akan mempunyai harga Br (induksi magnet remanen). Untuk mengembalikan B menjadi 0 diperlukan medan negatif _–Hc (gaya koersifitas) di titik C. Jika medan magnet diturunkan terus maka akan dicapai titik induksi magnet jenuh bernilai negatif (-Bs) pada titik D. Jika medan negatif H dibalik maka kurva akan mengikuti garis DEFA sampai mencapai harga Bs lagi, sehingga diperoleh kurva histerisis (Ramajo L, 2009).

2.8 Karakterisasi Dan Evaluasi Magnet Permanen

Karakterisasi dan evaluasi material magnet permanen sangat diperlukan setelah produk magnet permanen BaFe(12-2x) MnxTixO19 dihasilkan, karena melalui proses ini maka produk magnet permanen yang dihasilkan dapat lebih dipertanggung jawabkan secara ilmiah. Analisa serbuk yang digunakan dalam penelitian ini juga perlu dilakukan untuk mengetahui suhu kalsinasi yang dibutuhkan.

Karakterisasi material yang akan dibahas disini adalah karakterisasi struktur kristal dengan menggunakan alat difraksi sinar-X dan SEM dan karakterisasi sifat kemagnetan menggunakan alat Gaussmeter dan vibrating sample magnetometer (VSM) atau dengan Permagraph, sedangkan evaluasi sifat fisis magnet dibatasi oleh densitas dan porositas. Pengujian material terhadap absorber gelombang elektromagnetik sebagai fungsi frekuensi juga diamati dengan menggunakan Vector Network Analizer (VNA).

23

2.8.1 Pengujian Differential Thermal Analysis (DTA)

Serbuk hasil sintesis yang telah dikeringkan selanjutnya diuji DTA untuk mengetahui temperatur terjadinya transformasi fasa pada bahan. DTA (Differential Termal Analizer) merupakan analisis termal yang mengukur perbedaan suhu (ΔT) antara sampel dan material acuan yang inert sebagai fungsi dari suhu. DTA adalah alat untuk melakukan analisis termal dengan tujuan penentuan reaksi keadaan padat, dekomposisi termal, terjadinya transisi fasa dan menunjukkan adanya reaksi endotermik maupun eksotermik akibat adanya perubahan temperatur (Achmad Maulana Soehada, Nasruddin M.N2013).

2.8.2 Uji Difraksi Sinar-X (XRD)

Uji difraksi sinar-X (XRD) dilakukan untuk menentukan fasa yang terbentuk setelah serbuk mengalami proses kalsinasi. Dari data yang akan dihasilkan dapat diprediksi ukuran kristal serbuk dengan bantuan software X-powder dan Match. Ukuran kristalin ditentukan berdasarkan pelebaran puncak difraksi sinar-X yang muncul. Makin lebar puncak difraksi yang dihasilkan maka makin kecil ukuran kristal serbuk. Hubungan antara ukuran kristal dengan lebar puncak difraksi sinar-X dapat diproksimasi dengan persamaan Schrerer berikut :

dengan D adalah ukuran (diameter) kristal, λ adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan (λ = 0,154056 nm), Ɵ adalah sudut Bragg, B adalah FWHM satu puncak yang dipilih. Geometri peralatan difraksi sinar – X diperlihatkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Geometri sebuah Difraktometer sinar – X [39]. Ada 3 komponen dasar suatu difraktometer sinar X yaitu:

1. Sumber Sinar X 2. Spesimen (Bahan Uji) 3. Detektor sinar X

Ketiganya terletak pada keliling sebuah lingkaran yang disebut lingkaran pemfokus. Sudut antara permukaan bidang spesimen dan sumber sinar X adalah sudut Bragg (Ө). Sudut antara projeksi sumber sinar X dan detektor adalah 2Ө. Atas dasar ini pola difraksi sinar X yang dihasilkan dengan geometri ini sering dikenal sebagai penyidikan (scans) Ө - 2Ө (theta-dua theta). Pada geometri Ө - 2Ө sumber sinar X-nya tetap, dan detektor bergerak melalui suatu jangkauan (range) sudut. Jejari (radius) lingkaran pemfokus tidak konstan tetapi bertambah besar bila 2Ө berkurang. Range pengukuran 2Ө biasanya dari 00 hingga sekitar 1700. Pada eksperimen tidak diperlukan menyidik seluruh sudut tersebut, pemilihan rangenya tergantung pada struktur kristal material (jika dikenal) dan waktu yang diperlukan untuk memperoleh pola difraksinya. Untuk spesimen yang tak dikenal range sudut yang besar sering dilakukan karena posisi refleksi-refleksinya belum diketahui.

Geometri Ө - 2Ө umumnya digunakan, walaupun masih ada geometri yang lain seperti geometri Ө - Ө (theta-theta) dimana detektor dan sumber sinar-X

Lampiran L.9 Kurva complex permittivity (*) dari bahan magnet

BaFe(122x)MnxTixO19 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, dan 0.6% mol)

dengan suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

4 5 6 7 8 9 10

0 1 2 3

C

o

mp

lex p

ermi

tti

vity

(



*)

Frekuensi (GHz)

x = 0.1

4 5 6 7 8 9 10

0 2 4 6 8 10

C

o

mp

lex p

ermi

tti

vity

(



*)

Frekuensi (GHz)

x = 0.2

Gambar L.9.1 Hubungan antara complex permittivity (*) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan

suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

Gambar L.9.2 Hubungan antara complex permittivity (*) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.2% mol) dengan suhu

4 5 6 7 8 9 10 0

2 4 6 8

C

o

mp

lex p

ermi

tti

vity

(



*)

Frekuensi (GHz)

x = 0.3

4 5 6 7 8 9 10

0 2 4 6 8 10

C

o

mp

lex p

ermi

tti

vity

(



*)

Frekuensi (GHz)

x = 0.4

Gambar L.9.3 Hubungan antara complex permittivity (*) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan

suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

Gambar L.9.4 Hubungan antara complex permittivity (*) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan

4 5 6 7 8 9 10 0

2 4 6 8 10

C

o

mp

lex p

ermi

tti

vity

(



*)

Frekuensi (GHz)

x = 0.5

4 5 6 7 8 9 10

0 2 4 6 8 10

C

o

mp

lex p

ermi

tti

vity

(*

)

Frekuensi (GHz)

x = 0.6

Gambar L.9.5 Hubungan antara complex permittivity (*) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol) dengan

suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

Gambar L.9.6 Hubungan antara complex permittivity (*) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan

dengan suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

Gambar L.10.1 Hubungan antara reflection loss (RL) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.1% mol) dengan

suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

4 5 6 7 8 9 10

-40 -32 -24 -16 -8 0

R

e3flecti

o

n

l

o

ss (d

B

)

Frekuensi (GHz)

x = 0.2

4 5 6 7 8 9 10

-40 -32 -24 -16 -8 0

R

eflecti

o

n

l

o

ss (d

B

)

Frekuensi (GHz)

x = 0.1

4 5 6 7 8 9 10 -40

-32 -24 -16 -8 0

R

eflecti

o

n

l

o

ss (d

B

)

Frekuensi (GHz)

)

x = 0.3

Gambar L.10.3 Hubungan antara reflection loss (RL) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.3% mol) dengan

suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

4 5 6 7 8 9 10

-40 -32 -24 -16 -8 0

R

eflecti

o

n

l

o

ss (d

B

)

Frekuensi (GHz)

x = 0.4

Gambar L.10.4 Hubungan antara reflection loss (RL) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.4% mol) dengan

4 5 6 7 8 9 10 -40

-32 -24 -16 -8

R

eflecti

o

n

l

o

ss (d

B

)

Frekuensi (GHz)

x = 0.5

Gambar L.10.5 Hubungan antara reflection loss (RL) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.5% mol) dengan

suhu sintering 1100oC yang ditahan selama 2 jam.

4 5 6 7 8 9 10

-40 -32 -24 -16 -8 0

R

eflecti

o

n

l

o

ss (d

B

)

Frekuensi (GHz)

x = 0.6

Gambar L.10.6 Hubungan antara reflection loss (RL) terhadap frekuensi dari bahan magnet BaFe(12-2x)MnxTixO19 (x = 0.6% mol) dengan