PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT
PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe Mn O ) SEBAGAI PENYERAP 12-x x
19 GELOMBANG MIKRO SKRIPSI SILVIANA SIMBOLON 090801048 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe Mn O ) SEBAGAI PENYERAP 12-x x
19 GELOMBANG MIKRO SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
SILVIANA SIMBOLON 090801048 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PERSETUJUAN
Judul : PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn
PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe Mn O ) SEBAGAI 12-x x
19 PENYERAP GELOMBANG MIKRO
Kategori : SKRIPSI Nama : SILVIANA SIMBOLON Nomor Induk Mahasiswa : 090801048 Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan, Agustus 2013
Komisi Pembimbing Pembimbing II Pembimbing I Anggito Pringgo Tetuko,M.Eng Dr. Kerista Sebayang, MS NIP. 198111022006041003 NIP. 195806231986011001
Diketahui Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua Dr. Marhaposan Situmorang
NIP: 195510301980031003
PERNYATAAN PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe Mn O ) SEBAGAI PENYERAP 12-x x
19 GELOMBANG MIKRO SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2013 SILVIANA SIMBOLON 090801048
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala anugerah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Komposisi Doping Ion Mn Pada Pembuatan Magnet Barium Heksaferit (BaFe Mn O ) Sebagai Penyerap Gelombang Mikro”.
12-x x
19 Skripsi ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program
Sarjana (S1) Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukungan serta saran yang telah diberikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS, Bapak Anggito Pringgo Tetuko, M.Eng, dan Bapak Drs. Herli Ginting, MS, sebagai Dosen Pembimbing yang dengan sabar dan bijaksana memberikan saran/masukan, motivasi serta waktunya dalam membimbing penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai Ketua Jurusan , Bapak Drs.
Syahrul Humaidi, M. Si, sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA USU, Bapak Dekan dan Pembantu Dekan Fisika FMIPA USU, dan seluruh Bapak / Ibu staff pengajar Fisika USU serta para pegawai administrasi.
3. Kedua orang tua tercinta Ibunda Farida Hanim dan Ayahanda Ramlan ZA Simbolon, dan adik tersayang Kiki Tristiwanti Simbolon yang telah banyak membantu dan memberikan dukungan penuh serta doa yang tiada pernah terputus kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara ini.
4. Ayah – ayah angkat ku tersayang Bapak Prof. Perdamean Sebayang, Bapak Prof. Masbah RT Siregar, Prof. Masno Ginting, dan Bapak Ir.
Mulijadi yang telah memberikan arahan dan perhatiannya kepada penulis selama proses pembuatan skripsi ini.
5. Keluarga besar ku di P2F LIPI : Bapak Nur Muhammad, Mas Candra Kurniawa, Mbak Ayu Yuswita Sari, Mas Lukman, Mas Fakhi dan Mas Deni Mahadi dan seluruh staff di LIPI yang telah banyak membantu penulis selama melaksanakan penelitiannya disana.
6. Sahabat – sahabat terbaik : Istas Pratomo Manalu, Zainaluddin Rambe, Fitri Yuniati Harahap, Ade Irma Yuliana Nasution, Valentina Ginting, dan Rieni Kalesta Sitanggang, yang selalu menjadi tempat berbagi kasih sayang dan suka duka selama masa perkuliahan.you are the best and thank’s for all.
7. Teman - teman seperjuangan Fisika angkatan 2009 : Arvilla Mikartini, Herdiana Purba, Agus P, Ferdy Aulia, Masria Pane, Eldo Jones, Yosua Pinem, Esrawati Siregar, Septiana Xaveria, Andico Sihaloho, Andrian Anshari, Helen Manurung, Yenny Toguan, Wenny Yoweri Gulo, Resdina Silalahi, Emy Alemmita, Stevani Sigiro, Enra Tambunan, Kalam Siregar, Suhartina Malau, Natanael Saragih, Timbul Mulya dan Poltak Simarmata yang telah memberikan kesan dan kenangan manis dan pahit bagi penulis selama masa perkuliahan.
8. Dan seluruh mahasiswa Fisika (senior/junior) terima kasih atas kerja sama dan dukungannya selama ini.
Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mohon maaf apabila terdapat banyak kekurangan dan kesalahan. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis maupun orang lain yang membacanya. Amin.
Penulis, (Silviana Simbolon)
NIM : 090801048
BARIUM HEKSAFERIT(BaFe Mn O ) SEBAGAI PENYERAP
12-x x
19 GELOMBANG MIKRO ABSTRAK
Telah diakukan pembuatan magnet permanen Barium M-Heksaferit yang didoping ion Mn dengan variasi x = 0,1-1,5 (%mol) menggunakan metoda mechanical alloying. Dari hasil analisa XRD menunjukkan bahwa telah terbentuk struktur kristal Barium M-Heksaferit
3 (BaFe Mn O ) dengan parameter kisi a = b =5,865Å , c = 23,099 Å dan V = 794,25 Å . 12-x x
19 Karakterisasi yang dilakukan meliputi sifat fisis yaitu densitas dan porositas dengan metode Archimedes, dan analisa mikro struktur dengan menggunakan SEM/EDX dan XRD.
Sedangkan untuk analisis sifat magnet dengan menggunakan hasil pengukuran permagraf dan karakterisasi absorber dengan menggunakan VNA. Dari hasil pengukuran densitas dan porositas magnet BaFe Mn O menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung menurun dan
12-x x
19
porositas meningkat sebanding dengan jumlah doping ion Mn. Kondisi optimum dicapai pada suhu sintering1100 C dengan nilai x = 0,1 – 1,5(%mol) Mn, menghasilkan densitas = 4,77 -
3
4,54 g/cm dan porositas = 5,1 – 11,1%. Dari hasil foto SEM/EDX terlihat adanya cacat berupa retakan berbentuk garis dengan lebar 2,05 µm dan berpori yang memiliki diameter sebesar 2,88 µm. Dari hasil analisis unsur menunjukkan bahwa kandungan Fe =53,51%, Ba = 12,11%, O = 28,58%, Al = 3,42% dan C = 2,39% (wt%). Dari hasil pengukuran karakterisasi sifat magnet untuk magnet BaFe Mn O menunjukkan nilai koersivitas meningkat akibat
12-x x
19
adanya pengaruh dari pengotor ion Al yaitu pada x = 0,1 – 1,3 (%mol) Mn sebesar 3,271 – 7,152 kOe dan memiliki remanensi yang semakin menurun yaitu 1,62 – 0,92 kG Kg pada kondisi optimum. Sedangkan analisis dari karakteristik material absorber memiliki nilai
Reflection Loss untuk komposisi x = 0,1 (%mol) Mn mencapai 0,902 dB sedangkan untuk x = 1,5 (%mol) Mn mencapai 24,15 dB pada kondisi temperatur sintering optimum.
Kata Kunci: Magnet Barium M-Heksaferit, Sintering, Koersivitas, Remanensi, Reflection Loss
BARIUM HEKSAFERIT (BaFe Mn O ) SEBAGAI PENYERAP
12-x x
19 GELOMBANG MIKRO ABSTRACT
Barium M-Hexaferitte permanent magnet doped byMn ions have been made with the variation of x = 0.1 - 1.5 (mol%) byusing mechanical alloying method. The results of XRD analysis showed that the crystal structure of Barium M-Heksaferit (BaFe Mn O ) has been
12-x x
19
3 formed with the lattice parameters of a = b = 5.865, c = 23.099 Å and V = 794,25 Å .The characterizations was conducted on the physical properties, such as density and porosity by using Archimedes method, morphology and microstructure analysis using SEM/EDX and
XRD. As for the magnetic properties analysis by using the results of measurements permagraf and characterization absorber by using VNA. Based on the density and porosity measurement, it can be concluded that BaFe Mn O magnet have a density values that
12-x x
19 tend to decrease and the porosity values increase as the increasing of doping Mn ions. The optimum condition is achieved at 1100 C with a value of x = 0.1 – 1.5 (%mol), where
3 thedensity value = 4.77- 4.54 g/cm and the porosity =5,1 – 11.1%.Based on the photos of SEM/EDX, it is obtained a line crack defect with a width of 2.05µm and pores with a diameter of 2.88 µm. The elemental analysis shows that the compound of Fe =53,51%, Ba = 12,11%, O = 28,58%, Al =3,38 % dan C =2,39% (wt%). Based on the magnetic properties measurement, it can be concluded that BaFe Mn O magnet have a coercivity values that
12-x x
19 tend to decreasedue to the effected of impurity ions Alwith a value of x = 0.1 – 1.3 (%mol), the coercivity value 3.271 – 7.152 kOe. the remanence values increase =1.62 - 0.92kG at optimum conditions. While the analysis of the characteristics of the absorber material has a value of Reflection Loss for composition x=0.1 (mol%) Mn = 0.902 dB while for x =1.5 (mol%) Mn=24.15 dB at optimum conditions.
Keywords: Barium M-Heksaferit, sintering, coercivity, Remanence, Reflection Loss
DAFTAR ISI Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak v Abstract vi Daftar isi vii Daftar Tabel x Daftar Gambar xi Daftar Lampiran xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
2
1.3 Batasan Masalah
3
1.4 Tujuan
3
1.5 Manfaat
4
1.6 Sistematika Penulisan
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Magnet Keramik
6
2.2 Sifat – Sifat Magnet Permanen
8
2.2.1 Koersivitas
8
2.2.2 Remanen
8
2.2.3 Temperatur Curie
9
2.2.4 Medan Anisotropi (HA)
9
2.3 Sifat Kemagnetan Bahan
9
2.3.1 Ferromagnetik
3.2.3 Tahapan Penelitian/ Diagram Alir Penelitian
23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
24
3.2 Peralatan dan Bahan
24
3.2.1 Peralatan
24
3.2.2 Bahan
25
26 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
22
4.1 Hasil Karakterisasi DTA
28
4.2 Hasil Karakterisasi XRD
29
4.3 Hasil Karakterisasi Densitas dan Porositas
31
4.4 Hasil Karakterisasi SEM
35
4.5 Hasil Karakterisasi Permagraf
2.9.4 Porositas
2.9.3 Densitas
10
14
2.3.2 Ferrimagnetik
10
2.3.3 Paramagnetik
11
2.3.4 Diamagnetik
11
2.4 Kurva Histerisis
12
2.5 Mechanical Milling
2.6 Kalsinasi
21
15
2.7 Sintering
16
2.8 Material Penyerap Gelombang mikro
16
2.9 Karakterisasi dan Evaluasi Material Magnet
20
2.9.1 XRD ( X-Ray Diffraction )
20
2.9.2 VNA ( Vector Network Analyzer )
37
4.6 Hasil Karakterisasi VNA
40 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
42
5.2 Saran
43 DAFTAR PUSTAKA
44 LAMPIRAN
47
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Pembagian Daerah Jangkauan Gelombang Mikro19 Tabel 4.1 Data Parameter Kisi Bahan BaFe Mn O
31
12-x x
19 Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Densitas
31 Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Densitas Terhadap Variasi Temperatur Pembakaran Pada Komposisi Mn (x) = 1,3 % mol
33 Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Porositas
34 Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian SEM/EDAX Komposisi Unsur Pada Sampel BaFe Mn O
36
12-x x
19 Tabel 4.6 Data Pengujian Sifat Magnetik Sampel Pada Variasi o
Temperatur Sintering ( 1100, 1150 dan 1200
C)
38 Tabel 4.7 Data Pengujian Gauss Pada Variasi Temperatur Sintering Dan Komposisi Doping Ion Mn
38 Tabel 4.8 Data Pengujian Sifat Magnetik Sampel Pada Variasi Komposisi Doping Ion Mn
40
DAFTAR GAMBAR
12-x
Mn
x
O
19 Pada Variasi
Temperatur Sintering ( 1100, 1150 dan 1200
o
C)
37 Gambar 4.10 Histerisis Sampel Magnet BaFe
Mn
37 Gambar 4.9 Histerisis Sampel Magnet BaFe
x
O
19 Pada Variasi Komposisi Doping Ion Mn ( x = 0,5 , 1, 1.3 (% mol))
Pada Temperatur Sintering 1100
o
C
39 Gambar 4.11 Grafik Reflection Loss VS Frekuensi pada X = 0, dan X = 1,5 pada temperatur sintering 1100
o
C
12-x
35 Gambar 4.8 Garfik Unsur Pada Sampel
Gambar 2.1 Momen Magnetik Dari Sifat FerromagnetikMn
10 Gambar 2.2 Momen Magnetik Dari Sifat Ferrimagnetik
10 Gambar 2.3 Momen Magnetik Dari Sifat Paramagnetik
11 Gambar 2.4 Kurva Induksi Normal
12 Gambar 2.5 Kurva Histerisis
13 Gambar 2.6 Tumbukkan Bola-Material-Bola Selama Proses Mechanical Milling
14 Gambar 2.7 Jenis Intraksi Gelombang Pada Material
19 Gambar 2.8 Difraksi Bidang Atom
21 Gambar 4.1 Grafik Defferensial Temperature Analyzer ( DTA ) BaFe
12-x
x
35 Gambar 4.7 (a) Poros Permukaan Sampel (b) Retakan Pada Sampel
O
19
28 Gambar 4.2 Grafik Pola XRD BaFe 12-x Mn x O 19 Pada T=1000
o
C Dengan Komposisi Doping Ion Mn (0,1, 0,7, dan 1,5)
29 Gambar 4.3 Diagram Fasa Barium Heksaferit
30 Gambar 4.4 Densitas VS Komposisi Doping Ion Mn ( x )
32 Gambar 4.5 Grafik Densitas vs Temperatur Pembakaran
33 Gambar 4.6 Grafik Porositas VS Komposisi Doping Ion Mn ( x )
40