Sintesis Nanorod Ba(Nd)xFe12O19 Menggunakan Templat Dari Pati Tapioka
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)xFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Oleh
SYAHWIN
138108001/FIS
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)xFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Oleh
SYAHWIN
138108001/FIS
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
dalam Program Studi Doktor Ilmu Fisika
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
SYAHWIN
138108001/FIS
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN DISERTASI
Judul Disertasi
: SINTESIS
NANOROD
Ba(Nd)xFe12O19
MENGGUNAKAN TEMPLAT DARI PATI
TAPIOKA
Nama Mahasiswa
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Fakultas
:
:
:
:
Syahwin
138108001
Doktor Ilmu Fisika
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui :
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
Promotor Utama
Prof. Dr.Ir. Bambang Sunendar P., M.Eng. Prof. Dr.Nasruddin Noer, M.Eng.Sc.
Co-Promotor I
Co-Promotor II
Mengetahui :
Ketua Program Studi Doktor Ilmu Fisika
Dr. Kurnia Sembiring MS.
Dekan FMIPA USU
Dr. Kerista Sebayang, M.S.
ii
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya disertasi ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, 27 April 2017
Syahwin
NIM. 138108001
iii
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan
di bawah ini:
Nama
: SYAHWIN
NIM
: 138108001
Program Studi
: Doktor Ilmu Fisika
Jenis Karya Ilmiah : Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusif
Royalti Free Right) atas Disertasi saya yang berjudul :
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN TEMPLAT
DARI PATI TAPIOKA
Berserta perangkat yang ada (jika diperlukan) dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan mengalih media,
memformat, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan
Disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama
saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagi pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 27 April 2017
Syahwin
NIM. 138108001
iv
Universitas Sumatera Utara
PENETEPAN PANITIA PENGUJI
Diuji pada Ujian Promosi Doktor (Sidang Terbuka)
Tanggal : 27 April 2017
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Pemimpin Sidang :
Prof. Dr. Runtung, S.H., M.Hum.
(Rektor USU)
Ketua
: Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
USU Medan
Anggota
: Prof. Dr. Ir. Bambang Sunendar P., M.Eng
ITB Bandung
Prof. Dr. Nasruddin Noer, M.Eng.Sc.
USU Medan
Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.
USU Medan
Dr. Kerista Sebayang, M.S.
USU Medan
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama lengkap berikut gelar
: Drs. Syahwin,M.Si
Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan, 17 Juli 1963
Alamat Rumah
: Jl. Rahmadsyah No. 179 Medan.
Telepon/Faks/HP
: 061 7363431/ 081397328419
Email
: [email protected].
Instansi Tempat Bekerja
: FKIP – UISU
Alamat Kantor
: Jl. Sisingamangaraja – Teladan Medan
Telepon/Faks/HP
: 061-7869730
DATA PENDIDIKAN
SD
: SD Swasta Kesatria Medan
Tamat tahun : 1974
SMP
: SMP Swasta Kesatria Medan
Tamat tahun : 1977
SMA
: SMA Negeri 3 Medan
Tamat tahun : 1981
Strara-1 : Fisika FMIPA USU
Tamat tahun : 1990
Strata-2
: Ilmu Fisika FMIPA USU
Tamat tahun : 2008
Strata-3
: Ilmu Fisika FMIPA USU
Tamat tahun : 2017
PENGALAMAN KERJA
1. Tahun 1992 – 2000
Karyawan PT. IPTN Bandung.
2. Tahun 2001 – 2002
Guru Bidang Studi Fisika SMA Swasta AlAzhar Medan.
3. Tahun 2002 – 2005
Kepala Laboratorium Komputer/ Guru
Bidang Studi TIK SMA Swasta Al- Azhar
Medan.
4. Tahun 2008 - 2010
Kepala Lab. Digital dan Mikroprosesor
FT-UISU Medan.
5. Tahun 2006 – Sekarang
Dosen Tetap Yayasan UISU Medan.
(FKIP – UISU)
vi
Universitas Sumatera Utara
UCAPAN TERIMA KASIH
Al-hamdu lillaahi robbil-‘aalamiin, segala puji ke hadirat Allah Swt. atas
limpahan rahmat dan karunia Nya sehingga terselesaikan penulisan disertasi yang
berjudul “Sintesis Nanorod Ba(Nd)xFe12O19 Menggunakan Templat Dari Pati
Tapioka”.
Dengan selesainya disertasi ini, terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Runtung, S.H., M.Hum.
atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan
Program Doktor Ilmu Fisika. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara, Dr. Kerista Sebayang, M.S. atas kesempatan
menjadi mahasiswa Program Studi Doktor Ilmu Fisika FMIPA Universitas
Sumatera Utara. Ketua Program Studi Doktor Ilmu Fisik, Dr. Kurnia Sembiring,
M.S. Sekretaris Program Studi Doktor Ilmu Fisika Prof. Dr. Nasruddin Noer,
M.Eng.Sc, beserta seluruh staf pengajar di Program Studi Doktor Ilmu Fisika
FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya
kepada Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc. selaku Promotor utama dengan penuh
perhatian telah memberikan dorongan dan bimbingannya, demikian juga kepada
Prof. Dr. Ir. Bambang Sunendar P., M.Eng selaku Co-Promotor I dan Prof. Dr.
Nasruddin Noer, M.Eng.Sc. selaku Co-Promotor II dengan penuh kesabaran
menuntun dan mengarahkan memberikan dukungan moril maupun materilnya
hingga selesainya disertasi ini.
Terima kasih juga disampaikan kepada tim penguji: Prof. Dr. Eddy
Marlianto, M.Sc. dan Dr. Kerista Sebayang, M.S. yang telah memberi berbagai
masukan dan saran terkait perbaikan penulisan disertasi ini.
Terima kasih disampaikan kepada Kepala Laboratorium Advanced
Materials Processing, Fakultas Teknologi Industri ITB, Prof. Dr. Ir. Bambang
Sunendar P., M.Eng., yang telah mengizinkan melakukan penelitian ini. Terima
kasih karena Bapak telah bersedia memposisikan diri menjadi orang tua, dosen,
vii
Universitas Sumatera Utara
sekaligus sahabat yang telah menyempatkan diri untuk berbagi banyak ilmu dan
pengalaman di sela-sela kesibukannya. Terima kasih juga disampaikan kepada
segenap penghuni Laboratorium Advanced Materials Processing (para asisten lab
dan mahasiswa yang sedang menyelesaikan tugas akhir S1, S2, dan S3) yang tidak
dapat dituliskan namanya satu per satu, khususnya yang aktif pada periode 2015 –
2016, atas segala perhatian, bantuan, saran, dukungan, dan persahabatan selama
ini sehingga selalu merasa mendapat semangat dan energi untuk menyelesaikan
penelitian dan penulisan disertasi ini.
Terima kasih disampaikan kepada kepala Laboratorium Computational
Materials Design (CMD), Fakultas Teknologi Industri ITB, Prof.Ir. Hermawan K.
Dipojono, MSEE., Ph.D, yang telah memberi izin untuk belajar komputasi
material pada Dr. Fadjar Fathurrahman, dengan demikian terima kasih sampaikan
kepada Dr. Fadjar Fathurrahman yang telah menyediakan waktu dan bimbingan
untuk belajar membuat simulasi Ba2Fe24O38 dan Ba2NdFe24O38.
Terima kasih juga diucapkan atas dukungan dan do’a dari Abang kakak
dan adik : Prof. Safwan Hadi, Ph.D, Drs. Sofnir Ali, Safrina Hanum, B.A., Dra.
Nila Kesuma, Ilda Hafni, S.H., Dra. Sri Kami Yanti, Drg. Kesuma Wardhani,
M.BioMed., Ir. Indra Gunawan, M.P.
Terkhusus, terima kasih yang tak terhingga diucapkan kepada istri
tersayang, Dra. Sri Rahayu, beserta putra-putri tercinta Muhammad Miftahul
Huda, Azizatul Mardhiyyah, Muhammad Shiddiq atas segala cinta kasih, bantuan,
dukungan, pengorbanan, dan doanya sehingga terselesaikan penelitian dan
penulisan disertasi ini, kepada kalian semualah tulisan ini dipersembahkan,
semoga putra-putri tercinta mampu melampaui pencapaian abi dan umi. Aamiin.
Terima kasih disampaikan kepada Ketua Pembina Yayasan Universitas
Islam Suamtera Utara, T. Hamdy Osman Delikhan Al Haj. Ketua Umum Yayasan
Universitas Islam Suamtera Utara, Prof. Dr. Zainuddin, M.Pd. dan Rektor
Universitas Islam Sumatera Utara, Prof. Dr. Ir. Mhd Assad, M.Si atas izin yang
diberikan untuk melaksanakan studi lanjut dan bantuan penuh biaya pendidikan
lanjut hingga selesai termasuk bantuan biaya penelitian disertasi Doktor.
Penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan tanpa adanya izin dan dukungan dana
viii
Universitas Sumatera Utara
dari Pimpinan Yayasan Universitas Islam Sumatera Utara dan Rektor Universitas
Islam Sumatera Utara, demikian juga terima kasih disampaikan kepada pimpinan
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UISU, ketua Program Studi Pendidikan
Fisika FKIP – UISU yang turut memberi izin dan do’a untuk melanjutkan studi.
Terima kasih pula disampaikan kepada rekan mahasiswa S3 angkatan
2013 dan sekretariat Program Studi Doktor Ilmu Fisika FMIPA-USU, serta rekanrekan sejawat di Program studi Pendidikan Fisika FKIP – UISU.
Terima kasih pula disampaikan kepada pihak-pihak lain yang tidak dapat
disebutkan satu per satu. Semoga Allah SWT membalasnya dengan pahala yang
berlipat ganda. Aamiin.
Medan, 27 April 2017
Syahwin
NIM. 138108001
ix
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATITAPIOKA
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian sintesis Nanorod Ba(Nd)xFe12O19 dengan variasi x =
(0; 0,5; 1; dan 1,5) % mol berbasis metode sol-gel menggunakan larutan kitosan 1
% (weight per volume) sebanyak 10 % (volume per volume) sebagai dispersant
dan larutan tapioka 0.5% (weight per volume) dengan variasi (0, 5, 10 dan 15) %
(volume per volume) sebagai templat. Sebagai prekursor digunakan Ba(NO3)2,
Fe(NO3)3.9H2O dan NdCl3.6H2O dengan perbandingan mol (1:12:x). Larutan
perkursor dikondensasi melalui proses pengeringan pada temperatur 1000C selama
48 jam untuk menghasilkan xerogel. Xerogel dihaluskan terlebih dahulu menjadi
serbuk selanjutnya dikalsinasi pada temperatur 10000C dan ditahan selama 2 jam
untuk mendapatkan fasa barium heksaferit. Hasil uji sampel menggunakan X-Ray
Diffractometer (XRD) menunjukkan fasa yang terbentuk adalah fasa barium
heksaferit. Hasil uji sampel menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM)
diperoleh morfologi bervariasi yakni : heksagonal, bulat dan nanorod dengan
ukuran bervariasi sesuai dengan jumlah larutan tapioka yang digunakan.
Berdasarkan kurva histerisis hasil uji sampel menggunakan Vibrating Sample
Magnetometer (VSM) menunjukkan bahwa rata-rata sifat magnet
Ba(Nd)xFe12O19 terbaik diperoleh pada penggunaan larutan tapioka 0.5% (wight
per volome) sebanyak 10% (volume per volume). Hasil simulasi komputasi
menggunakan Quantum Espresso menerapkan teori kerapatan fungsional
menunjukkan struktur molekul Ba2(Nd)xFe24O38 tidak berbeda dengan teori, nilai
magnetik Ba2Fe24O38 sebesar 102,69 Bohr mag/cell.
Kata kunci:Ba(Nd)xFe12O19, Sol-gel, Kitosan, Tapioka.
x
Universitas Sumatera Utara
SYNTHESIS NANOROD Ba(Nd)xFe12O19 USE
TEMPLATE FROM STRACH
ABSTRACT
Has conducted research synthesis of nanorod Ba (Nd)xFe12O19with variations of x
= (0; 0.5; 1; and 1.5) mol % based sol-gel method using chitosan solution 1%
(weight per volume) by 10% (volume per volume) as a dispersant and 0.5% starch
solution (weight per volume) with a variation of (0, 5, 10 and 15)% (volume per
volume) as template.As a precursor used Ba(NO3)2, Fe(NO3)3.9H2O and
NdCl3.6H2O mole ratio (1: 12: x). Condensed precursor solution through a drying
process at a temperature of 1000C for 48 hours to produce a xerogel. Xerogel first
pulverized into powder subsequently calcined at a temperature of 10000C and
held for 2 hours to obtain barium hexaferrite phase. The test sample results using
X-Ray Diffractometer (XRD) indicates the phase that is formed is a phase barium
hexaferrite. The test sample results using Scanning Electron Microscopy (SEM)
was obtained morphology varies namely: hexagonal, spherical and nanorod with
size varies according to the amount of starch solution used. Based on the
hysteresis curve of the test results sample using Vibrating Sample Magnetometer
(VSM) shows that the average magnetic properties of Ba(Nd)xFe12O19 obtained at
the best use starch solution of 0.5% (wight per volome) 10% (volume per volume).
The results of computational simulations using Quantum Espresso applying
density functional theory shows the molecular structure of Ba2(Nd)xFe24O38 no
different to theory, the magnetic values Ba2Fe24O38of 102.69 Bohr mag / cell.
Key word : Ba(Nd)xFe12O19, Sol-gel, Chitosan, Starch.
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN DISERTASI
i
PERNYATAAN ORISINALITAS
ii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
iii
PENETEPAN PANITIA PENGUJI
iv
RIWAYAT HIDUP
v
UCAPAN TERIMA KASIH
vi
ABSTRAK
ix
ABSTRACT
x
DAFTAR ISI
xi
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR GAMBAR
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
xxi
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Rumusan Masalah
7
1.3
Batasan Masalah
7
1.4
Tujuan Penelitian
8
1.5
Manfat Penelitian
9
1.6
Asumsi
9
1.7
Espektasi
9
TINJAUAN PUSTAKA
10
2.1
Konsep Magnetik
10
2.1.1 Diamagnetik
12
2.1.2 Paramagnetik
12
2.1.3 Feromagnetik
13
2.1.4 Antiferomagnetik
14
2.1.5 Ferimagnetik
15
xii
Universitas Sumatera Utara
2.2
Sifat Bahan Magnet
15
2.2.1 Temperatur Curie
16
2.2.2 Kurva Histerisis
16
Barium Heksaferit
20
2.3.1 Struktur Barium Heksaferit
21
2.3.2 Fasa Barium Heksaferit
21
2.3.3 Sifat Magnetik Barium Heksaferit
23
Pembuatan Barium Heksaferit
24
2.4.1 Metode Sol-gel
24
2.4.2 Kalsinasi
27
Prekursor
28
2.5.1 Barium Nitrat (Ba(NO3)2)
28
2.5.2 Ferric Nitrate Nonahydrate (Fe(NO3)3.9H2O)
29
2.5.3 Neodymium(III) Chloride Hexahydrate (NdCl3.6H2O)
30
2.6
Kitosan
31
2.7
Pati Tapioka
33
2.8
Karakterisasi
34
2.8.1 X-Ray Deffractometer (XRD)
34
2.3
2.4
2.5
2.8.2 Scannning Electron Microscope (SEM) dan
Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS).
2.9
38
2.8.3 Vibrating Sample Magnetometer (VSM)
41
Komputasi Material
42
2.9.1 Quantum Espresso
43
2.9.2 Density Fuctional Theory (DFT)
44
2.10 Penelitian Terdahulu dan Keterbaruan Penelitian
45
2.11 Kerangka Konseptual
50
2.12 Hipotesa
51
BAB III METODE PENELITIAN
52
3.1
Lokasi Penelitian
52
3.2
Bahan dan Perlatan
52
3.2.1 Bahan
52
xiii
Universitas Sumatera Utara
3.3
3.2.2 Peralatan
53
Prosedur Penelitian
53
3.3.1 Preparasi Larutan Kitosan
53
3.3.2 Preparasi Larutan Tapioka
53
3.3.3 Sintesis Ba(Nd)xFe12O19
55
3.3.4 Metode Krakterisasi
62
3.3.5 Simulasi
64
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB V
65
4.1
Serbuk Ba(Nd)xFe12O19
65
4.2
Hasil X-Ray Deffractrometer (X-RD)
66
4.3
Hasil SEM dan EDS
71
4.4
Hasil VSM
85
4.5
Simulasi
100
KESIMPULAN DAN SARAN
102
5.1
Kesimpulan
102
5.2
Saran
103
DAFTAR PUSTAKA
104
LAMPIRAN
A
Peta Penelitian Terdahulu yang Relevan
L-1
B
Dasar Penentuan Temperatur Kalsinasi Ba(Nd)xFe12O19
L-3
C
Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)xFe12O19
L-6
D
Bentuk Input Program Quantum Espresso
L-10
E
Program Input dan Output Simulasi
L-15
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
1.1
Kebutuhan Magnet Dunia
2
2.1
Contoh Material Berdasarkan Bahan Magnet
15
2.2
Konversi Satuan Sifat Magnet
19
2.3
Sifat Fisika dan Kimia Barium Nitrat
29
2.4
Sifat Fisika dan Kimia Ferric Nitrate Nonahydrate
30
2.5
Sifat Fisika dan Kimia Neodymium (III) Chloride Hexahydrate
31
3.1
Bahan yang Digunakan Pada Penelitian
52
3.2
Larutan Prekursor
57
4.1
Jenis Serbuk Hasil Sintesis
65
4.2
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel BaFe12O19
67
4.3
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
68
4.4
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
69
4.5
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
71
4.6
Morfologi Sampel Ba(Nd)xFe12O19
80
4.7
Persentase Komposisi Atom Sampel BaFe12O19
82
4.8
Persentase Komposisi Atom Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
83
4.9
Persentase Komposisi Atom Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
83
4.10
Persentase Komposisi Atom Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
84
4.11
Sifat Magnet Sampel BaFe12O19
87
4.12
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
90
4.13
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
93
4.14
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
96
4.15
Perbandingan Sifat Magnet Hasil Pelitian BaFe12O19
Sebelummnya dengan Hasil Penelitian Ini yang Menghasilkan
Partikel Bermorfologi Nanorod/ Seperti Nanorod.
98
xv
Universitas Sumatera Utara
4.16
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)xFe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka) Berdasarkan Jumlah Atom Nd
99
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
Judul
Halaman
2.1
Atom model Bohr Elektron Mengorbit Inti
10
2.2
Ilustrasi Momen Dipol Magnetik m
11
2.3
Ilustrasi Dipol Magnetik Diamagnetik
12
2.4
Ilustrasi Dipol Magnetik Paramagnetik
13
2.5
Ilustrasi Dipol Magnetik Feromagnetik
13
2.6
Ilustrasi Dipol Magnetik Antiferomagnetik
14
2.7
Ilustrasi Anti Paralel Momen Magnetik Spin Antiferromagnetik
MnO
14
2.8
Ilustrasi Dipol Magnetik Ferimagnetik
15
2.9
Kurva Perubahan Nilai B (feromagnetik dan ferimagnetik)
Terhadap Perubahan H pada Proses Magnetisasi
17
2.10
Kurva Histerisis Material Feromagnetik
17
2.11
Perbandingan Kurva Histerisis Berbasarkan Jenis Magnet
18
2.12
Tipikal Kurva Histerisis pada a.Hard Magnet dan b.Soft Magnet
19
2.13
Struktur Kristal BaFe12O19 (a) Susunan S blok dan R blok.
(b) dan (c) Perspektif Dilihat dari Sel Satuan Molekul.
21
2.14
Diagram Fasa BaO-Fe2O3-MeO
22
2.15
Diagram Fasa Sistem Fe2O3-BaO
23
2.16
Kurva Histerisis Variasi Suhu Sintering Barium Heksaferit.
24
2.17
Penerapan Proses Sol-gel
25
2.18
Ultra Turrax Homogenizer
26
2.19
Skematik Proses Sol-gel
27
2.20
Barium Nitrat
28
2.21
Struktur Kimia Barium Nitrat
28
2.22
Ferric Nitrate Nonahydrate
29
xvii
Universitas Sumatera Utara
2.23
Struktur Kimia Ferric Nitrate Nonahydrate
30
2.24
Neodymium (III) Chloride Hexahydrate
30
2.25
Struktur Kimia Neodymium (III) Chloride Hexahydrate
31
2.26
Proses Produksi Kitosan dari Limbah Udang
32
2.27
Struktur Kimia Kitosan
32
2.28
Ilustrasi Kitosan Sebagai Dispersant
33
2.29
Struktur Kimia Amilosa dan Amilopektin
34
2.30
Prinsip Dasar Hukum Bragg
35
2.31
Diagram Skematik dari Beberapa Komponen Difraktometer
yang Khas
37
2.32
Contoh Pola Difraksi Sinar-X BaFe12O19
38
2.33
(a) Skema Komponen SEM, (b) Hamburan Berkas Elektron
Setelah Megenai Sampel.
39
2.34
Contoh Foto Hasil SEM Barium Heksaferit
40
2.35
Contoh Foto Hasil EDS Barium Heksaferit
41
2.36
Diagram Skematik VSM
41
2.37
Contoh Hasil VSM Kurva Histerisis BaFe12O19
42
2.38
Tampilan Situs Quantum Espresso
43
2.39
Tampilan Sistem Operasi Ubuntu 15.04
44
3.1
Diagram Alir Penelitian
54
3.2
Diagram Alir Preparasi Larutan Kitosan 1% w/v
54
3.3
Diagram Alir Preparasi Larutan Tapioka 0,5 % w/v
55
3.4
Diagram Alir Sisntesis Ba(Nd)xFe12O19
56
3.5
Warna Larutan Prekursor
57
3.6
Diagram Alir Pembuatan Larutan Prekursor
58
3.7
Ultra Turax Homogeneizer yang Digunakan
60
3.8
Larutan Prekursor dalam Oven (kondensasi) dan Endapan
Kering (Xerogel)
60
3.9
Mortar Tempat Pembuatan Serbuk dari Xerogel
61
3.10
Furnace yang Digunakan
61
3.11
Perangkat XRD yang Digunakan
62
xviii
Universitas Sumatera Utara
3.12
Perangkat SEM-EDS yang Digunakan
63
3.13
Perangkat VSM yang Digunakan
64
4.1
Foto Serbuk Ba(Nd)xFe12O19 (a) Sebelum Dikalsinasi
(b) Setelah Dikalsinasi 1000 0C dan Ditahan Selama Dua Jam
66
4.2
Pola Difraksi Sinar -X Sampel BaFe12O19
66
4.3
Pola Difraksi Sinar -X Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
68
4.4
Pola Difraksi Sinar -X Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
69
4.5
Pola Difraksi Sinar -X Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
70
4.6
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (Tanpa Larutan Kitosan dan
Larutan Tapioka)
71
4.7
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (Tanpa Larutan Tapioka)
72
4.8
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (5% v/v Larutan Tapioka)
72
4.9
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (10% v/v Larutan Tapioka)
73
4.10
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (15% v/v Larutan Tapioka)
73
4.11
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.12
74
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.13
75
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.14
75
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.15
76
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.16
76
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.17
77
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.18
77
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.19
78
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (Tanpa Larutan
xix
Universitas Sumatera Utara
Tapioka)
4.20
78
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.21
79
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.22
79
Foto morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
80
4.23
Hasil EDS Sampel BaFe12O19
81
4.24
Hasil EDS Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
82
4.25
Hasil EDS Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
83
4.26
Hasil EDS Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
84
4.27
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (Tanpa Larutan Tapioka)
85
4.28
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (5% v/v Larutan Tapioka)
85
4.29
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (10% v/v Larutan Tapioka)
86
4.30
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (15% v/v Larutan Tapioka)
86
4.31
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel BaFe12O19 Dengan
Variasi Jumlah Larutan Tapioka
4.32
87
Grafik Koersivitas Sampel BaFe12O19 Dengan Variasi Jumlah
Larutan Tapioka
4.33
87
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.34
88
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.35
88
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.36
89
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapiok)
4.37
89
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
Dengan Variasi Jumlah Larutan Tapioka
4.38
90
Grafik Koersivitas Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 Dengan Variasi
Jumlah Larutan Tapioka
90
xx
Universitas Sumatera Utara
4.39
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.40
91
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.41
91
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.42
92
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.43
92
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
Dengan Variasi Jumlah Larutan Tapioka
4.44
93
Grafik Koersivitas Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 Dengan Variasi
Jumlah Larutan Tapioka
4.45
93
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.46
94
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.47
94
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.48
95
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.49
95
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
Dengan Variasi Jumlah larutan Tapioka
4.50
96
Grafik Koersivitas Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 Dengan Variasi
Jumlah Larutan Tapioka
4.51
96
Sifat Maget (Ms dan Mr) Sampel Ba(Nd)xFe12O19 (10% v/v
Larutan Tapioka) Berdasarkan Jumlah Atom Nd
4.52
99
Sifat Maget (Hc) Sampel Ba(Nd)xFe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka) Berdasarkan Jumlah Atom Nd
99
4.53
Struktur Molekul (a)Ba2Fe24O38 (b) Ba2NdFe24O38
4.54
Struktur Molekul (a)Ba2Nd2Fe24O38 (b)Ba2Nd3Fe24O38
(c) Ba2Nd4Fe24O38
100
101
xxi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
Judul
Halaman
A
Peta Penelitian Terdahulu yang Relevan
L-1
B
Dasar Penentuan Temperatur Kalsinasi Ba(Nd)xFe12O19
L-3
C
Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)xFe12O19
L-6
D
Bentuk Input Program Quantum Espresso
L-10
E
Program Input dan Output Simulasi
L-15
xxii
Universitas Sumatera Utara
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Oleh
SYAHWIN
138108001/FIS
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)xFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Oleh
SYAHWIN
138108001/FIS
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
dalam Program Studi Doktor Ilmu Fisika
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
SYAHWIN
138108001/FIS
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN DISERTASI
Judul Disertasi
: SINTESIS
NANOROD
Ba(Nd)xFe12O19
MENGGUNAKAN TEMPLAT DARI PATI
TAPIOKA
Nama Mahasiswa
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Fakultas
:
:
:
:
Syahwin
138108001
Doktor Ilmu Fisika
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui :
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
Promotor Utama
Prof. Dr.Ir. Bambang Sunendar P., M.Eng. Prof. Dr.Nasruddin Noer, M.Eng.Sc.
Co-Promotor I
Co-Promotor II
Mengetahui :
Ketua Program Studi Doktor Ilmu Fisika
Dr. Kurnia Sembiring MS.
Dekan FMIPA USU
Dr. Kerista Sebayang, M.S.
ii
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATI TAPIOKA
DISERTASI
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya disertasi ini adalah
hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah
dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, 27 April 2017
Syahwin
NIM. 138108001
iii
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan
di bawah ini:
Nama
: SYAHWIN
NIM
: 138108001
Program Studi
: Doktor Ilmu Fisika
Jenis Karya Ilmiah : Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusif
Royalti Free Right) atas Disertasi saya yang berjudul :
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN TEMPLAT
DARI PATI TAPIOKA
Berserta perangkat yang ada (jika diperlukan) dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan mengalih media,
memformat, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan
Disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama
saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagi pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 27 April 2017
Syahwin
NIM. 138108001
iv
Universitas Sumatera Utara
PENETEPAN PANITIA PENGUJI
Diuji pada Ujian Promosi Doktor (Sidang Terbuka)
Tanggal : 27 April 2017
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Pemimpin Sidang :
Prof. Dr. Runtung, S.H., M.Hum.
(Rektor USU)
Ketua
: Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc.
USU Medan
Anggota
: Prof. Dr. Ir. Bambang Sunendar P., M.Eng
ITB Bandung
Prof. Dr. Nasruddin Noer, M.Eng.Sc.
USU Medan
Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.
USU Medan
Dr. Kerista Sebayang, M.S.
USU Medan
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama lengkap berikut gelar
: Drs. Syahwin,M.Si
Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan, 17 Juli 1963
Alamat Rumah
: Jl. Rahmadsyah No. 179 Medan.
Telepon/Faks/HP
: 061 7363431/ 081397328419
: [email protected].
Instansi Tempat Bekerja
: FKIP – UISU
Alamat Kantor
: Jl. Sisingamangaraja – Teladan Medan
Telepon/Faks/HP
: 061-7869730
DATA PENDIDIKAN
SD
: SD Swasta Kesatria Medan
Tamat tahun : 1974
SMP
: SMP Swasta Kesatria Medan
Tamat tahun : 1977
SMA
: SMA Negeri 3 Medan
Tamat tahun : 1981
Strara-1 : Fisika FMIPA USU
Tamat tahun : 1990
Strata-2
: Ilmu Fisika FMIPA USU
Tamat tahun : 2008
Strata-3
: Ilmu Fisika FMIPA USU
Tamat tahun : 2017
PENGALAMAN KERJA
1. Tahun 1992 – 2000
Karyawan PT. IPTN Bandung.
2. Tahun 2001 – 2002
Guru Bidang Studi Fisika SMA Swasta AlAzhar Medan.
3. Tahun 2002 – 2005
Kepala Laboratorium Komputer/ Guru
Bidang Studi TIK SMA Swasta Al- Azhar
Medan.
4. Tahun 2008 - 2010
Kepala Lab. Digital dan Mikroprosesor
FT-UISU Medan.
5. Tahun 2006 – Sekarang
Dosen Tetap Yayasan UISU Medan.
(FKIP – UISU)
vi
Universitas Sumatera Utara
UCAPAN TERIMA KASIH
Al-hamdu lillaahi robbil-‘aalamiin, segala puji ke hadirat Allah Swt. atas
limpahan rahmat dan karunia Nya sehingga terselesaikan penulisan disertasi yang
berjudul “Sintesis Nanorod Ba(Nd)xFe12O19 Menggunakan Templat Dari Pati
Tapioka”.
Dengan selesainya disertasi ini, terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Runtung, S.H., M.Hum.
atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan
Program Doktor Ilmu Fisika. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara, Dr. Kerista Sebayang, M.S. atas kesempatan
menjadi mahasiswa Program Studi Doktor Ilmu Fisika FMIPA Universitas
Sumatera Utara. Ketua Program Studi Doktor Ilmu Fisik, Dr. Kurnia Sembiring,
M.S. Sekretaris Program Studi Doktor Ilmu Fisika Prof. Dr. Nasruddin Noer,
M.Eng.Sc, beserta seluruh staf pengajar di Program Studi Doktor Ilmu Fisika
FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya
kepada Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc. selaku Promotor utama dengan penuh
perhatian telah memberikan dorongan dan bimbingannya, demikian juga kepada
Prof. Dr. Ir. Bambang Sunendar P., M.Eng selaku Co-Promotor I dan Prof. Dr.
Nasruddin Noer, M.Eng.Sc. selaku Co-Promotor II dengan penuh kesabaran
menuntun dan mengarahkan memberikan dukungan moril maupun materilnya
hingga selesainya disertasi ini.
Terima kasih juga disampaikan kepada tim penguji: Prof. Dr. Eddy
Marlianto, M.Sc. dan Dr. Kerista Sebayang, M.S. yang telah memberi berbagai
masukan dan saran terkait perbaikan penulisan disertasi ini.
Terima kasih disampaikan kepada Kepala Laboratorium Advanced
Materials Processing, Fakultas Teknologi Industri ITB, Prof. Dr. Ir. Bambang
Sunendar P., M.Eng., yang telah mengizinkan melakukan penelitian ini. Terima
kasih karena Bapak telah bersedia memposisikan diri menjadi orang tua, dosen,
vii
Universitas Sumatera Utara
sekaligus sahabat yang telah menyempatkan diri untuk berbagi banyak ilmu dan
pengalaman di sela-sela kesibukannya. Terima kasih juga disampaikan kepada
segenap penghuni Laboratorium Advanced Materials Processing (para asisten lab
dan mahasiswa yang sedang menyelesaikan tugas akhir S1, S2, dan S3) yang tidak
dapat dituliskan namanya satu per satu, khususnya yang aktif pada periode 2015 –
2016, atas segala perhatian, bantuan, saran, dukungan, dan persahabatan selama
ini sehingga selalu merasa mendapat semangat dan energi untuk menyelesaikan
penelitian dan penulisan disertasi ini.
Terima kasih disampaikan kepada kepala Laboratorium Computational
Materials Design (CMD), Fakultas Teknologi Industri ITB, Prof.Ir. Hermawan K.
Dipojono, MSEE., Ph.D, yang telah memberi izin untuk belajar komputasi
material pada Dr. Fadjar Fathurrahman, dengan demikian terima kasih sampaikan
kepada Dr. Fadjar Fathurrahman yang telah menyediakan waktu dan bimbingan
untuk belajar membuat simulasi Ba2Fe24O38 dan Ba2NdFe24O38.
Terima kasih juga diucapkan atas dukungan dan do’a dari Abang kakak
dan adik : Prof. Safwan Hadi, Ph.D, Drs. Sofnir Ali, Safrina Hanum, B.A., Dra.
Nila Kesuma, Ilda Hafni, S.H., Dra. Sri Kami Yanti, Drg. Kesuma Wardhani,
M.BioMed., Ir. Indra Gunawan, M.P.
Terkhusus, terima kasih yang tak terhingga diucapkan kepada istri
tersayang, Dra. Sri Rahayu, beserta putra-putri tercinta Muhammad Miftahul
Huda, Azizatul Mardhiyyah, Muhammad Shiddiq atas segala cinta kasih, bantuan,
dukungan, pengorbanan, dan doanya sehingga terselesaikan penelitian dan
penulisan disertasi ini, kepada kalian semualah tulisan ini dipersembahkan,
semoga putra-putri tercinta mampu melampaui pencapaian abi dan umi. Aamiin.
Terima kasih disampaikan kepada Ketua Pembina Yayasan Universitas
Islam Suamtera Utara, T. Hamdy Osman Delikhan Al Haj. Ketua Umum Yayasan
Universitas Islam Suamtera Utara, Prof. Dr. Zainuddin, M.Pd. dan Rektor
Universitas Islam Sumatera Utara, Prof. Dr. Ir. Mhd Assad, M.Si atas izin yang
diberikan untuk melaksanakan studi lanjut dan bantuan penuh biaya pendidikan
lanjut hingga selesai termasuk bantuan biaya penelitian disertasi Doktor.
Penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan tanpa adanya izin dan dukungan dana
viii
Universitas Sumatera Utara
dari Pimpinan Yayasan Universitas Islam Sumatera Utara dan Rektor Universitas
Islam Sumatera Utara, demikian juga terima kasih disampaikan kepada pimpinan
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UISU, ketua Program Studi Pendidikan
Fisika FKIP – UISU yang turut memberi izin dan do’a untuk melanjutkan studi.
Terima kasih pula disampaikan kepada rekan mahasiswa S3 angkatan
2013 dan sekretariat Program Studi Doktor Ilmu Fisika FMIPA-USU, serta rekanrekan sejawat di Program studi Pendidikan Fisika FKIP – UISU.
Terima kasih pula disampaikan kepada pihak-pihak lain yang tidak dapat
disebutkan satu per satu. Semoga Allah SWT membalasnya dengan pahala yang
berlipat ganda. Aamiin.
Medan, 27 April 2017
Syahwin
NIM. 138108001
ix
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS NANOROD Ba(Nd)XFe12O19 MENGGUNAKAN
TEMPLAT DARI PATITAPIOKA
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian sintesis Nanorod Ba(Nd)xFe12O19 dengan variasi x =
(0; 0,5; 1; dan 1,5) % mol berbasis metode sol-gel menggunakan larutan kitosan 1
% (weight per volume) sebanyak 10 % (volume per volume) sebagai dispersant
dan larutan tapioka 0.5% (weight per volume) dengan variasi (0, 5, 10 dan 15) %
(volume per volume) sebagai templat. Sebagai prekursor digunakan Ba(NO3)2,
Fe(NO3)3.9H2O dan NdCl3.6H2O dengan perbandingan mol (1:12:x). Larutan
perkursor dikondensasi melalui proses pengeringan pada temperatur 1000C selama
48 jam untuk menghasilkan xerogel. Xerogel dihaluskan terlebih dahulu menjadi
serbuk selanjutnya dikalsinasi pada temperatur 10000C dan ditahan selama 2 jam
untuk mendapatkan fasa barium heksaferit. Hasil uji sampel menggunakan X-Ray
Diffractometer (XRD) menunjukkan fasa yang terbentuk adalah fasa barium
heksaferit. Hasil uji sampel menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM)
diperoleh morfologi bervariasi yakni : heksagonal, bulat dan nanorod dengan
ukuran bervariasi sesuai dengan jumlah larutan tapioka yang digunakan.
Berdasarkan kurva histerisis hasil uji sampel menggunakan Vibrating Sample
Magnetometer (VSM) menunjukkan bahwa rata-rata sifat magnet
Ba(Nd)xFe12O19 terbaik diperoleh pada penggunaan larutan tapioka 0.5% (wight
per volome) sebanyak 10% (volume per volume). Hasil simulasi komputasi
menggunakan Quantum Espresso menerapkan teori kerapatan fungsional
menunjukkan struktur molekul Ba2(Nd)xFe24O38 tidak berbeda dengan teori, nilai
magnetik Ba2Fe24O38 sebesar 102,69 Bohr mag/cell.
Kata kunci:Ba(Nd)xFe12O19, Sol-gel, Kitosan, Tapioka.
x
Universitas Sumatera Utara
SYNTHESIS NANOROD Ba(Nd)xFe12O19 USE
TEMPLATE FROM STRACH
ABSTRACT
Has conducted research synthesis of nanorod Ba (Nd)xFe12O19with variations of x
= (0; 0.5; 1; and 1.5) mol % based sol-gel method using chitosan solution 1%
(weight per volume) by 10% (volume per volume) as a dispersant and 0.5% starch
solution (weight per volume) with a variation of (0, 5, 10 and 15)% (volume per
volume) as template.As a precursor used Ba(NO3)2, Fe(NO3)3.9H2O and
NdCl3.6H2O mole ratio (1: 12: x). Condensed precursor solution through a drying
process at a temperature of 1000C for 48 hours to produce a xerogel. Xerogel first
pulverized into powder subsequently calcined at a temperature of 10000C and
held for 2 hours to obtain barium hexaferrite phase. The test sample results using
X-Ray Diffractometer (XRD) indicates the phase that is formed is a phase barium
hexaferrite. The test sample results using Scanning Electron Microscopy (SEM)
was obtained morphology varies namely: hexagonal, spherical and nanorod with
size varies according to the amount of starch solution used. Based on the
hysteresis curve of the test results sample using Vibrating Sample Magnetometer
(VSM) shows that the average magnetic properties of Ba(Nd)xFe12O19 obtained at
the best use starch solution of 0.5% (wight per volome) 10% (volume per volume).
The results of computational simulations using Quantum Espresso applying
density functional theory shows the molecular structure of Ba2(Nd)xFe24O38 no
different to theory, the magnetic values Ba2Fe24O38of 102.69 Bohr mag / cell.
Key word : Ba(Nd)xFe12O19, Sol-gel, Chitosan, Starch.
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN DISERTASI
i
PERNYATAAN ORISINALITAS
ii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
iii
PENETEPAN PANITIA PENGUJI
iv
RIWAYAT HIDUP
v
UCAPAN TERIMA KASIH
vi
ABSTRAK
ix
ABSTRACT
x
DAFTAR ISI
xi
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR GAMBAR
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
xxi
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Rumusan Masalah
7
1.3
Batasan Masalah
7
1.4
Tujuan Penelitian
8
1.5
Manfat Penelitian
9
1.6
Asumsi
9
1.7
Espektasi
9
TINJAUAN PUSTAKA
10
2.1
Konsep Magnetik
10
2.1.1 Diamagnetik
12
2.1.2 Paramagnetik
12
2.1.3 Feromagnetik
13
2.1.4 Antiferomagnetik
14
2.1.5 Ferimagnetik
15
xii
Universitas Sumatera Utara
2.2
Sifat Bahan Magnet
15
2.2.1 Temperatur Curie
16
2.2.2 Kurva Histerisis
16
Barium Heksaferit
20
2.3.1 Struktur Barium Heksaferit
21
2.3.2 Fasa Barium Heksaferit
21
2.3.3 Sifat Magnetik Barium Heksaferit
23
Pembuatan Barium Heksaferit
24
2.4.1 Metode Sol-gel
24
2.4.2 Kalsinasi
27
Prekursor
28
2.5.1 Barium Nitrat (Ba(NO3)2)
28
2.5.2 Ferric Nitrate Nonahydrate (Fe(NO3)3.9H2O)
29
2.5.3 Neodymium(III) Chloride Hexahydrate (NdCl3.6H2O)
30
2.6
Kitosan
31
2.7
Pati Tapioka
33
2.8
Karakterisasi
34
2.8.1 X-Ray Deffractometer (XRD)
34
2.3
2.4
2.5
2.8.2 Scannning Electron Microscope (SEM) dan
Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS).
2.9
38
2.8.3 Vibrating Sample Magnetometer (VSM)
41
Komputasi Material
42
2.9.1 Quantum Espresso
43
2.9.2 Density Fuctional Theory (DFT)
44
2.10 Penelitian Terdahulu dan Keterbaruan Penelitian
45
2.11 Kerangka Konseptual
50
2.12 Hipotesa
51
BAB III METODE PENELITIAN
52
3.1
Lokasi Penelitian
52
3.2
Bahan dan Perlatan
52
3.2.1 Bahan
52
xiii
Universitas Sumatera Utara
3.3
3.2.2 Peralatan
53
Prosedur Penelitian
53
3.3.1 Preparasi Larutan Kitosan
53
3.3.2 Preparasi Larutan Tapioka
53
3.3.3 Sintesis Ba(Nd)xFe12O19
55
3.3.4 Metode Krakterisasi
62
3.3.5 Simulasi
64
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB V
65
4.1
Serbuk Ba(Nd)xFe12O19
65
4.2
Hasil X-Ray Deffractrometer (X-RD)
66
4.3
Hasil SEM dan EDS
71
4.4
Hasil VSM
85
4.5
Simulasi
100
KESIMPULAN DAN SARAN
102
5.1
Kesimpulan
102
5.2
Saran
103
DAFTAR PUSTAKA
104
LAMPIRAN
A
Peta Penelitian Terdahulu yang Relevan
L-1
B
Dasar Penentuan Temperatur Kalsinasi Ba(Nd)xFe12O19
L-3
C
Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)xFe12O19
L-6
D
Bentuk Input Program Quantum Espresso
L-10
E
Program Input dan Output Simulasi
L-15
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
1.1
Kebutuhan Magnet Dunia
2
2.1
Contoh Material Berdasarkan Bahan Magnet
15
2.2
Konversi Satuan Sifat Magnet
19
2.3
Sifat Fisika dan Kimia Barium Nitrat
29
2.4
Sifat Fisika dan Kimia Ferric Nitrate Nonahydrate
30
2.5
Sifat Fisika dan Kimia Neodymium (III) Chloride Hexahydrate
31
3.1
Bahan yang Digunakan Pada Penelitian
52
3.2
Larutan Prekursor
57
4.1
Jenis Serbuk Hasil Sintesis
65
4.2
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel BaFe12O19
67
4.3
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
68
4.4
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
69
4.5
Data Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
71
4.6
Morfologi Sampel Ba(Nd)xFe12O19
80
4.7
Persentase Komposisi Atom Sampel BaFe12O19
82
4.8
Persentase Komposisi Atom Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
83
4.9
Persentase Komposisi Atom Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
83
4.10
Persentase Komposisi Atom Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
84
4.11
Sifat Magnet Sampel BaFe12O19
87
4.12
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
90
4.13
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
93
4.14
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
96
4.15
Perbandingan Sifat Magnet Hasil Pelitian BaFe12O19
Sebelummnya dengan Hasil Penelitian Ini yang Menghasilkan
Partikel Bermorfologi Nanorod/ Seperti Nanorod.
98
xv
Universitas Sumatera Utara
4.16
Sifat Magnet Sampel Ba(Nd)xFe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka) Berdasarkan Jumlah Atom Nd
99
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
Judul
Halaman
2.1
Atom model Bohr Elektron Mengorbit Inti
10
2.2
Ilustrasi Momen Dipol Magnetik m
11
2.3
Ilustrasi Dipol Magnetik Diamagnetik
12
2.4
Ilustrasi Dipol Magnetik Paramagnetik
13
2.5
Ilustrasi Dipol Magnetik Feromagnetik
13
2.6
Ilustrasi Dipol Magnetik Antiferomagnetik
14
2.7
Ilustrasi Anti Paralel Momen Magnetik Spin Antiferromagnetik
MnO
14
2.8
Ilustrasi Dipol Magnetik Ferimagnetik
15
2.9
Kurva Perubahan Nilai B (feromagnetik dan ferimagnetik)
Terhadap Perubahan H pada Proses Magnetisasi
17
2.10
Kurva Histerisis Material Feromagnetik
17
2.11
Perbandingan Kurva Histerisis Berbasarkan Jenis Magnet
18
2.12
Tipikal Kurva Histerisis pada a.Hard Magnet dan b.Soft Magnet
19
2.13
Struktur Kristal BaFe12O19 (a) Susunan S blok dan R blok.
(b) dan (c) Perspektif Dilihat dari Sel Satuan Molekul.
21
2.14
Diagram Fasa BaO-Fe2O3-MeO
22
2.15
Diagram Fasa Sistem Fe2O3-BaO
23
2.16
Kurva Histerisis Variasi Suhu Sintering Barium Heksaferit.
24
2.17
Penerapan Proses Sol-gel
25
2.18
Ultra Turrax Homogenizer
26
2.19
Skematik Proses Sol-gel
27
2.20
Barium Nitrat
28
2.21
Struktur Kimia Barium Nitrat
28
2.22
Ferric Nitrate Nonahydrate
29
xvii
Universitas Sumatera Utara
2.23
Struktur Kimia Ferric Nitrate Nonahydrate
30
2.24
Neodymium (III) Chloride Hexahydrate
30
2.25
Struktur Kimia Neodymium (III) Chloride Hexahydrate
31
2.26
Proses Produksi Kitosan dari Limbah Udang
32
2.27
Struktur Kimia Kitosan
32
2.28
Ilustrasi Kitosan Sebagai Dispersant
33
2.29
Struktur Kimia Amilosa dan Amilopektin
34
2.30
Prinsip Dasar Hukum Bragg
35
2.31
Diagram Skematik dari Beberapa Komponen Difraktometer
yang Khas
37
2.32
Contoh Pola Difraksi Sinar-X BaFe12O19
38
2.33
(a) Skema Komponen SEM, (b) Hamburan Berkas Elektron
Setelah Megenai Sampel.
39
2.34
Contoh Foto Hasil SEM Barium Heksaferit
40
2.35
Contoh Foto Hasil EDS Barium Heksaferit
41
2.36
Diagram Skematik VSM
41
2.37
Contoh Hasil VSM Kurva Histerisis BaFe12O19
42
2.38
Tampilan Situs Quantum Espresso
43
2.39
Tampilan Sistem Operasi Ubuntu 15.04
44
3.1
Diagram Alir Penelitian
54
3.2
Diagram Alir Preparasi Larutan Kitosan 1% w/v
54
3.3
Diagram Alir Preparasi Larutan Tapioka 0,5 % w/v
55
3.4
Diagram Alir Sisntesis Ba(Nd)xFe12O19
56
3.5
Warna Larutan Prekursor
57
3.6
Diagram Alir Pembuatan Larutan Prekursor
58
3.7
Ultra Turax Homogeneizer yang Digunakan
60
3.8
Larutan Prekursor dalam Oven (kondensasi) dan Endapan
Kering (Xerogel)
60
3.9
Mortar Tempat Pembuatan Serbuk dari Xerogel
61
3.10
Furnace yang Digunakan
61
3.11
Perangkat XRD yang Digunakan
62
xviii
Universitas Sumatera Utara
3.12
Perangkat SEM-EDS yang Digunakan
63
3.13
Perangkat VSM yang Digunakan
64
4.1
Foto Serbuk Ba(Nd)xFe12O19 (a) Sebelum Dikalsinasi
(b) Setelah Dikalsinasi 1000 0C dan Ditahan Selama Dua Jam
66
4.2
Pola Difraksi Sinar -X Sampel BaFe12O19
66
4.3
Pola Difraksi Sinar -X Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
68
4.4
Pola Difraksi Sinar -X Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
69
4.5
Pola Difraksi Sinar -X Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
70
4.6
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (Tanpa Larutan Kitosan dan
Larutan Tapioka)
71
4.7
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (Tanpa Larutan Tapioka)
72
4.8
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (5% v/v Larutan Tapioka)
72
4.9
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (10% v/v Larutan Tapioka)
73
4.10
Foto Morfologi Sampel BaFe12O19 (15% v/v Larutan Tapioka)
73
4.11
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.12
74
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.13
75
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.14
75
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.15
76
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.16
76
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.17
77
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.18
77
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.19
78
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (Tanpa Larutan
xix
Universitas Sumatera Utara
Tapioka)
4.20
78
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.21
79
Foto Morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.22
79
Foto morfologi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
80
4.23
Hasil EDS Sampel BaFe12O19
81
4.24
Hasil EDS Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
82
4.25
Hasil EDS Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
83
4.26
Hasil EDS Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
84
4.27
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (Tanpa Larutan Tapioka)
85
4.28
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (5% v/v Larutan Tapioka)
85
4.29
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (10% v/v Larutan Tapioka)
86
4.30
Kurva Histerisis Sampel BaFe12O19 (15% v/v Larutan Tapioka)
86
4.31
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel BaFe12O19 Dengan
Variasi Jumlah Larutan Tapioka
4.32
87
Grafik Koersivitas Sampel BaFe12O19 Dengan Variasi Jumlah
Larutan Tapioka
4.33
87
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.34
88
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.35
88
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.36
89
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapiok)
4.37
89
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19
Dengan Variasi Jumlah Larutan Tapioka
4.38
90
Grafik Koersivitas Sampel Ba(Nd)0,005Fe12O19 Dengan Variasi
Jumlah Larutan Tapioka
90
xx
Universitas Sumatera Utara
4.39
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.40
91
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.41
91
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.42
92
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.43
92
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19
Dengan Variasi Jumlah Larutan Tapioka
4.44
93
Grafik Koersivitas Sampel Ba(Nd)0,010Fe12O19 Dengan Variasi
Jumlah Larutan Tapioka
4.45
93
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (Tanpa Larutan
Tapioka)
4.46
94
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (5% v/v Larutan
Tapioka)
4.47
94
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka)
4.48
95
Kurva Histerisis Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 (15% v/v Larutan
Tapioka)
4.49
95
Grafik Saturasi dan Remanensi Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19
Dengan Variasi Jumlah larutan Tapioka
4.50
96
Grafik Koersivitas Sampel Ba(Nd)0,015Fe12O19 Dengan Variasi
Jumlah Larutan Tapioka
4.51
96
Sifat Maget (Ms dan Mr) Sampel Ba(Nd)xFe12O19 (10% v/v
Larutan Tapioka) Berdasarkan Jumlah Atom Nd
4.52
99
Sifat Maget (Hc) Sampel Ba(Nd)xFe12O19 (10% v/v Larutan
Tapioka) Berdasarkan Jumlah Atom Nd
99
4.53
Struktur Molekul (a)Ba2Fe24O38 (b) Ba2NdFe24O38
4.54
Struktur Molekul (a)Ba2Nd2Fe24O38 (b)Ba2Nd3Fe24O38
(c) Ba2Nd4Fe24O38
100
101
xxi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
Judul
Halaman
A
Peta Penelitian Terdahulu yang Relevan
L-1
B
Dasar Penentuan Temperatur Kalsinasi Ba(Nd)xFe12O19
L-3
C
Pola Difraksi Sinar-X Sampel Ba(Nd)xFe12O19
L-6
D
Bentuk Input Program Quantum Espresso
L-10
E
Program Input dan Output Simulasi
L-15
xxii
Universitas Sumatera Utara