Sintesis dan Karakterisasi Bahan Ni1+xFe2-xO4 (x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) Sebagai Bahan Absorber Gelombang Elektromagnetik
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
PUTRI ASTARI RAHMY
110801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains
PUTRI ASTARI RAHMY
110801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
OLEH :
PUTRI ASTARI RAHMY
NIM : 110801019
DISETUJUI OLEH :
Komisi Pembimbing
Dra. Manis Sembiring, M.Si
Drs. Yunasfi, M.Eng
NIP : 195511291987032001
NIP : 196206041988011001
DIKETAHUI OLEH :
Departemen Fisika FMIPA USU
Kepala Pusat Sains dan Teknologi
Ketua,
Bahan Maju - BATAN
Dr. Marhaposan Situmorang
Drs. Gunawan, M.Sc
NIP : 195510301980131003
NIP : 195708281983031004
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Sintesis dan Karakterisasi Bahan Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) Sebagai Bahan
Absorber Gelombang Elektromagnetik
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Skripsi
: Putri Astari Rahmy
: 110801019
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Agustus 2015
Disetujui Oleh
Pembimbing 2,
Drs. Yunasfi, M.Eng
NIP: 196206041988011001
Pembimbing 1,
Dra. Manis Sembiring, M.Si
NIP: 195511291987032001
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr.Marhaposan Situmorang
NIP: 195510301980131003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebut sumbernya.
Medan,
PUTRI ASTARI RAHMY
110801019
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkat dan
anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan studi selama perkuliahan
dengan lancar dan dapat menyelesaikan skripsi dengan judul : “SINTESIS DAN
KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4 (x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1)
SEBAGAI BAHAN ABSORBER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK”.
Yang dilaksanakan di Lab. Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBMBATAN), Serpong, Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan.
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 penulisan hingga terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dalam kesempatan ini saya ucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar –
besarnya kepada:
1. Kedua orang tua saya Ayahanda Amin Rahmad dan Ibunda Emmy Waty
Jambak dan seluruh keluarga yang terus mendampingi, memberi kasih
sayang kepada penulis serta memberikan nasihat, mendoakan, memotivasi
serta dorongan materi maupun moril terhadap penulis.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara,
Medan.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara, Medan.
4. Bapak Drs. Yunasfi, M.Eng, Bapak Dr. Wisnu Ari Adi, M.Si dan Ibu Dra.
Manis Sembiring, M.Si. selaku dosen pembimbing yang telah bersedia
meluangkan waktu membimbing, memberikan arahan kepada penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini.
Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Drs. Gunawan, M.Sc selaku Kepala Pusat Sains dan Teknologi
Bahan Maju (PSTBM-BATAN) Serpong.
6. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. selaku dosen wali penulis selama
mengikuti perkuliahan.
7. Seluruh Staff dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Tata Usaha Departemen
Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara.
8. Sahabat – sahabat terdekat selama kuliah, WWRHP (William-Wahyu
Solafide Sipahutar-Russell-Henni Setia Ningsih-Putri Astari Rahmy).
9. Teman-teman seperjuangan di Physics Prolix (2011) : Prahmadyana, Sri
Handika, Intan, Tri, David Hutajulu, Togar (Komting), Dosni, Ilham,
Ancela, Fahmi, Darma, Eman, Widya, Lilis, Nova, Desi, Nensi, Tabita,
Trisno, Juliana, Indah, Jepri, Jansius, Jerri, Hendri, Rinto, Simon, Hendra
Panggabean, Misael, Parasian, Ivo, Rusti, Hendra Damos, Fitriyani, Ita,
Pestaria, Rahel, Lurani, Edi, Hendra Nababan, David L, Jusprin, Iwan,
Stefen yang memberikan kesan dan kenangan selama masa perkuliahan.
10. Bapak Drs. Achiruddin, M.Si sebagai Kepala Lab. Fisika Modern yang
telah memberikan do’a dan semangat kepada penulis.
11. Adik-adik FISIKA USU stambuk 2012 (Dewi, dkk), stambuk 2013 (Andi,
dkk) dan stambuk 2014 (Ifrah, Yola, Devi, Elvy, Andrian, Windy dkk).
12. Terima Kasih buat teman-teman yang ada di BATAN : Ryan, Furqon,
Luthfi, Kak Pipin, Reno, Dika, Agrin atas bantuan dalam pembuatan
skripsi ini.
13. Dan Teman – teman dekat : Kak Nazwa, Kak Anggun, Kak Destri, Kak
Supiyani dan Kak Endang.
Penulis juga mengharapkan saran yang membangun untuk penyempurnaan
apabila terdapat kesalahan. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
kita semua.
Medan, Agustus 2015
Penulis
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 DAN 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang Sintesis dan Karakterisasi Bahan Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) Sebagai Bahan Absorber Gelombang
Elektromagnetik. Bahan Nikel Ferit ini dibuat dengan menggunakan metode
kopresipitasi dan pencampurannya menggunakan reaksi padatan. Bahan-bahan di
milling selama 5 jam, di keringkan pada suhu 110oC selama 5 jam dan di sintering
pada suhu 1000oC selama 5 jam. Selanjutnya karakterisasi sampel menggunakan
alat XRD, SEM-EDS, VSM dan VNA. Identifikasi single fasa dilihat melalui
XRD, struktur morfologinya homogen dilihat melalui SEM-EDS, sifat magnetik
dilihat melalui VSM, dan penyerapan gelombang elektromagnetik dilihat melalui
VNA. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa fasa Nikel Ferit terbentuk dengan
struktur spinel. Penambahan konsentrasi Ni dan Fe pada Nikel Ferit membuat sifat
magnet dari magnet lunak menjadi magnet keras. Namun variasi optimum
diperoleh pada x = 0,5 yang ditandai dengan nilai medan koersivitas (Hc) yang
paling besar 261 Oe dan memiliki nilai remanen magnetik (Mr) besar yaitu 11,3
emu/gr. Dari pengujian VNA (Vector Network Analyzer) didapatkan kemampuan
absorpsi gelombang elektromagnetiknya sebesar -27 dB terjadi pada frekuensi
10,91 GHz. Bahan ini dapat menyerap gelombang elektromagnetik sebesar 80 %.
Kata Kunci : Nikel Ferit, Struktur Kristal, Sifat Magnetik, Absorpsi Gelombang
Elektromagnetik
Universitas Sumatera Utara
SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF Ni1+xFe2-xO4
MATERIALS AS ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBER
MATERIAL (x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 AND 1)
ABSTRACT
Has done research on the synthesis and characterization of Ni1+xFe2-xO4 materials
as electromagnetic wave absorber material (x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 and 1).
Manufacture of Nickel Ferrite material is synthesized by coprecipitation method
and mixed by solid state reaction. The process is milling for 5 hours, drying at
temperature of 110oC for 5 hours and sintering at temperature 1000oC for 5
hours. XRD, SEM-EDS, VSM and VNA use for characterization. Single phase
identification visible by XRD, the structure of morphology has been homogeneous
visible by SEM-EDS, magnetic properties visible by VSM and electromagnetic
wave absorption visible by VNA. Characterization results showed Nickel Ferrite
phase is formed with spinel structure. The effect of the concentration Ni and Fe on
Nickel Ferrite magnetic properties that originally made soft magnetic into hard
magnetic. But the optimum variation optained at x = 0,5 which is characterized
by the value of coertivitas field (Hc) is the largest 261 Oe and the magnetic
remanent (Mr) big there are 11,3 emu/gr. VNA (Vector Network Analyzer)
characterization show the ability electromagnetic wave absorption of -27 dB
occurs at a frequency of 10,91 GHz. This material can absorb electromagnetic
wave by 80 %.
Keyword : Nickel Ferrite, Structure
Electromagnetic Wave Absorption
Crystal,
Magnetic
Properties,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
xiii
ii
iii
iv
vi
vii
viii
x
Bab 1 Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Tujuan Penelitian
1.4. Batasan Masalah
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
1
2
3
3
3
3
Bab 2 Tinjauan Pustaka
2.1. Fe2O3 dari Pasir Besi
2.2. Nikel Oxide (NiO)
2.3. Sifat – Sifat Magnet
2.3.1. Diamagnetik
2.3.2. Paramagnetik
2.3.3. Ferromagnetik
2.3.4. Antiferromagnetik
2.3.5. Ferrimagnetik
2.4. Kurva Histerisis
2.5. Bahan Soft Magnetik
2.6. Bahan Hard Magnetik
2.7. Absorpsi Gelombang Elektromagnetik
5
6
7
11
12
12
14
15
15
17
18
18
Bab 3 Metodologi Penelitian
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1. Tempat Penelitian
3.1.2. Waktu Penelitian
3.2. Alat dan Bahan
3.3. Prosedur Penelitian
3.3.1. Proses Pengendapan Fe3O4
3.3.2. Proses Annealing
3.3.3. Proses Pencampuran (Mixing)
3.3.4. Proses High Energy Milling (HEM)
3.3.5. Proses Sintering
21
21
21
21
22
22
24
24
25
26
Universitas Sumatera Utara
3.4. Karakterisasi
3.4.1. XRD (X-Ray Diffraction)
3.4.2. SEM (Scanning Electron Microscope)
3.4.3. VSM (Vibrating Sample Magnetometer)
3.4.4. VNA (Vector Network Analyzer)
3.5. Diagram Alir
26
26
29
32
34
37
Bab 4 Hasil dan Pembahasan
4.1. Hasil Analisis Fasa Sampel Sistem Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1)
4.1.1. Sampel NiFe2O4 (x = 0)
4.1.2. Sampel Ni1,25Fe1,75O4 (x = 0,25)
4.1.3. Sampel Ni1,5Fe1,5O4 (x = 0,5)
4.1.4. Sampel Ni1,75Fe1,25O4 (x = 0,75)
4.1.5. Sampel Ni2FeO4 (x = 1)
4.2. Hasil Analisa Magnetik dengan Menggunakan Vibrating
Sample Magnetometer (VSM)
4.2.1. Sampel NiFe2O4 (x = 0)
4.2.2. Sampel Ni1,25Fe1,75O4 (x = 0,25)
4.2.3. Sampel Ni1,5Fe1,5O4 (x = 0,5)
4.2.4. Sampel Ni1,75Fe1,25O4 (x = 0,75)
4.2.5. Sampel Ni2FeO4 (x = 1)
4.3. Hasil Analisa Absorpsi Gelombang Elektromagnetik Menggunakan
Vector Network Analyzer (VNA)
4.3.1. Sampel NiFe2O4 (x = 0)
4.3.2. Sampel Ni1,25Fe1,75O4 (x = 0,25)
4.3.3. Sampel Ni1,5Fe1,5O4 (x = 0,5)
4.3.4. Sampel Ni1,75Fe1,25O4 (x = 0,75)
4.3.5. Sampel Ni2FeO4 (x = 1)
4.4. Pembahasan
4.4.1. Gabungan Hasil Karakterisasi XRD pada Sampel Ni1+xFe2-xO4
4.4.2. Gabungan Hasil Karakterisasi VSM pada Sampel Ni1+xFe2-xO4
4.4.3. Gabungan Hasil Karakterisasi VNA pada Sampel Ni1+xFe2-xO4
4.4.4. Hasil Komposisi Optimal Ni1,5Fe1,5O4
38
38
40
43
45
47
50
50
51
52
52
53
54
54
55
56
56
57
57
57
58
61
63
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
66
67
Daftar Pustaka
68
Lampiran
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Difraktogram: (a) CaF2, (b) 2,5% NiO/CaF2, (c) 5% NiO/CaF2,
(d) 7,5% NiO/CaF2, (e) 10% NiO/CaF2 dan (f) 15% NiO/CaF2
6
Gambar 2.2. Arah domain : (a) paramagnetik (b) ferromagnetik
(c) antiferromagnetik (d) ferrimagnetik
11
Gambar 2.3. Histerisis bahan ferromagnetik
13
Gambar 2.4. Kurva Induksi Normal
15
Gambar 2.5. Kurva Histerisis Magnetik
16
Gambar 2.6. Skematik kurva magnetisasi untuk bahan soft dan
hard magnetik
17
Gambar 3.1. Proses pengendapan Fe3O4
23
Gambar 3.2. Alat HEM (High Energy Milling) TOSHIBA
25
Gambar 3.3. Alat Furnace Advanced KL-600
26
Gambar 3.4. Difraksi sinar-X oleh atom-atom pada bidang
28
Gambar 3.5. Alat XRD PHILIPS Panalytical Empyrean PW1710
29
Gambar 3.6. (a) Preparasi Sampel pada hand blower, (b) Sampel diletakkan
pada sample chamber
29
Gambar 3.7. Alat SEM-EDS (Scanning Electron Microscope) SU3500
HITACHI
31
Gambar 3.8. Preparasi Sampel VSM
32
Gambar 3.9. Alat VSM (Vibrating Sample Magnotemeter)
33
Gambar 3.10. Alat VNA ADVANTEST R3770 300 KHz-20 GHz
36
Gambar 4.1. NiFe2O4
38
Gambar 4.2. Pola Difraksi Sinar-X NiFe2O4
39
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel NiFe2O4
Gambar 4.4. Ni1,25Fe1,75O4
39
41
Gambar 4.5. Pola Difraksi Sinar-X Ni1,25Fe1,75O4
41
Gambar 4.6. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni1,25Fe1,75O4
42
Gambar 4.7. Ni1,5Fe1,5O4
43
Gambar 4.8. Pola Difraksi Sinar-X Ni1,5Fe1,5O4
43
Gambar 4.9. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni1,5Fe1,5O4
44
Gambar 4.10. Ni1,75Fe1,25O4
45
Gambar 4.11. Pola Difraksi Sinar-X Ni1,75Fe1,25O4
46
Gambar 4.12. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni1,75Fe1,25O4
46
Gambar 4.13. Ni2FeO4
47
Gambar 4.14. Pola Difraksi Sinar-X Ni2FeO4
48
Gambar 4.15. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni2FeO4
48
Gambar 4.16. Struktur dari Nikel Ferrite
49
Gambar 4.17. Kurva Histerisis NiFe2O4
50
Gambar 4.18. Kurva Histerisis Ni1,25Fe1,75O4
51
Gambar 4.19. Kurva Histerisis Ni1,5Fe1,5O4
52
Gambar 4.20. Kurva Histerisis Ni1,75Fe1,25O4
53
Gambar 4.21. Kurva Histerisis Ni2FeO4
53
Gambar 4.22. Reflection Loss NiFe2O4
55
Gambar 4.23. Reflection Loss Ni1,25Fe1,75O4
55
Gambar 4.24. Reflection Loss Ni1,5Fe1,5O4
56
Gambar 4.25. Reflection Loss Ni1,75Fe1,25O4
56
Gambar 4.26. Reflection Loss Ni2FeO4
57
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.27. Hasil Identifikasi Fasa Pola Difraksi sinar-X sampel Ni1+xFe2-xO4 58
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1)
Gambar 4.28. Kurva Histerisis Material Ferromagnet
59
Gambar 4.29. Kurva Histerisis Hasil VSM Bahan Ni1+xFe2-xO4
60
Gambar 4.30. Ilustrasi Sifat Magnetik Hasil Rekayasa Struktur dari Bahan
60
Ni1+xFe2-xO4
Gambar 4.31. Skematik Proses Absorpsi Gelombang Elektomagnetik
61
Gambar 4.32. Grafik Absorpsi Gelombang Elektromagnetik Bahan Ni1+xFe2-xO4 62
Gambar 4.33. Foto Hasil Pengamatan Morfologi Partikel Sampel Ni1,5Fe1,5O4
64
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Perhitungan Stoikiometri Sampel Ni1+xFe2-xO4
25
Tabel 4.1. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel NiFe2O4
40
Tabel 4.2. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni1,25Fe1,75O4
42
Tabel 4.3. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni1,5Fe1,5O4
44
Tabel 4.4. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni1,75Fe1,25O4
47
Tabel 4.5. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni2FeO4
49
Tabel 4.6. Sifat Intrinsik Magnet NiFe2O4
50
Tabel 4.7. Sifat Intrinsik Magnet Ni1,25Fe1,75O4
51
Tabel 4.8. Sifat Intrinsik Magnet Ni1,5Fe1,5O4
52
Tabel 4.9. Sifat Intrinsik Magnet Ni1,75Fe1,25O4
53
Tabel 4.10. Sifat Intrinsik Magnet Ni2FeO4
54
Tabel 4.11. Serapan Gelombang Elektromagnetik
Tabel 4.12. Hasil Pengamatan Morfologi Partikel
57
64
Universitas Sumatera Utara
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
PUTRI ASTARI RAHMY
110801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains
PUTRI ASTARI RAHMY
110801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
OLEH :
PUTRI ASTARI RAHMY
NIM : 110801019
DISETUJUI OLEH :
Komisi Pembimbing
Dra. Manis Sembiring, M.Si
Drs. Yunasfi, M.Eng
NIP : 195511291987032001
NIP : 196206041988011001
DIKETAHUI OLEH :
Departemen Fisika FMIPA USU
Kepala Pusat Sains dan Teknologi
Ketua,
Bahan Maju - BATAN
Dr. Marhaposan Situmorang
Drs. Gunawan, M.Sc
NIP : 195510301980131003
NIP : 195708281983031004
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Sintesis dan Karakterisasi Bahan Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) Sebagai Bahan
Absorber Gelombang Elektromagnetik
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Skripsi
: Putri Astari Rahmy
: 110801019
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Agustus 2015
Disetujui Oleh
Pembimbing 2,
Drs. Yunasfi, M.Eng
NIP: 196206041988011001
Pembimbing 1,
Dra. Manis Sembiring, M.Si
NIP: 195511291987032001
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr.Marhaposan Situmorang
NIP: 195510301980131003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebut sumbernya.
Medan,
PUTRI ASTARI RAHMY
110801019
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkat dan
anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan studi selama perkuliahan
dengan lancar dan dapat menyelesaikan skripsi dengan judul : “SINTESIS DAN
KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4 (x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1)
SEBAGAI BAHAN ABSORBER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK”.
Yang dilaksanakan di Lab. Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBMBATAN), Serpong, Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang ditetapkan.
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 penulisan hingga terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dalam kesempatan ini saya ucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar –
besarnya kepada:
1. Kedua orang tua saya Ayahanda Amin Rahmad dan Ibunda Emmy Waty
Jambak dan seluruh keluarga yang terus mendampingi, memberi kasih
sayang kepada penulis serta memberikan nasihat, mendoakan, memotivasi
serta dorongan materi maupun moril terhadap penulis.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara,
Medan.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara, Medan.
4. Bapak Drs. Yunasfi, M.Eng, Bapak Dr. Wisnu Ari Adi, M.Si dan Ibu Dra.
Manis Sembiring, M.Si. selaku dosen pembimbing yang telah bersedia
meluangkan waktu membimbing, memberikan arahan kepada penulis
dalam menyelesaikan skripsi ini.
Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Drs. Gunawan, M.Sc selaku Kepala Pusat Sains dan Teknologi
Bahan Maju (PSTBM-BATAN) Serpong.
6. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. selaku dosen wali penulis selama
mengikuti perkuliahan.
7. Seluruh Staff dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Tata Usaha Departemen
Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara.
8. Sahabat – sahabat terdekat selama kuliah, WWRHP (William-Wahyu
Solafide Sipahutar-Russell-Henni Setia Ningsih-Putri Astari Rahmy).
9. Teman-teman seperjuangan di Physics Prolix (2011) : Prahmadyana, Sri
Handika, Intan, Tri, David Hutajulu, Togar (Komting), Dosni, Ilham,
Ancela, Fahmi, Darma, Eman, Widya, Lilis, Nova, Desi, Nensi, Tabita,
Trisno, Juliana, Indah, Jepri, Jansius, Jerri, Hendri, Rinto, Simon, Hendra
Panggabean, Misael, Parasian, Ivo, Rusti, Hendra Damos, Fitriyani, Ita,
Pestaria, Rahel, Lurani, Edi, Hendra Nababan, David L, Jusprin, Iwan,
Stefen yang memberikan kesan dan kenangan selama masa perkuliahan.
10. Bapak Drs. Achiruddin, M.Si sebagai Kepala Lab. Fisika Modern yang
telah memberikan do’a dan semangat kepada penulis.
11. Adik-adik FISIKA USU stambuk 2012 (Dewi, dkk), stambuk 2013 (Andi,
dkk) dan stambuk 2014 (Ifrah, Yola, Devi, Elvy, Andrian, Windy dkk).
12. Terima Kasih buat teman-teman yang ada di BATAN : Ryan, Furqon,
Luthfi, Kak Pipin, Reno, Dika, Agrin atas bantuan dalam pembuatan
skripsi ini.
13. Dan Teman – teman dekat : Kak Nazwa, Kak Anggun, Kak Destri, Kak
Supiyani dan Kak Endang.
Penulis juga mengharapkan saran yang membangun untuk penyempurnaan
apabila terdapat kesalahan. Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
kita semua.
Medan, Agustus 2015
Penulis
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BAHAN Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 DAN 1) SEBAGAI BAHAN ABSORBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang Sintesis dan Karakterisasi Bahan Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1) Sebagai Bahan Absorber Gelombang
Elektromagnetik. Bahan Nikel Ferit ini dibuat dengan menggunakan metode
kopresipitasi dan pencampurannya menggunakan reaksi padatan. Bahan-bahan di
milling selama 5 jam, di keringkan pada suhu 110oC selama 5 jam dan di sintering
pada suhu 1000oC selama 5 jam. Selanjutnya karakterisasi sampel menggunakan
alat XRD, SEM-EDS, VSM dan VNA. Identifikasi single fasa dilihat melalui
XRD, struktur morfologinya homogen dilihat melalui SEM-EDS, sifat magnetik
dilihat melalui VSM, dan penyerapan gelombang elektromagnetik dilihat melalui
VNA. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa fasa Nikel Ferit terbentuk dengan
struktur spinel. Penambahan konsentrasi Ni dan Fe pada Nikel Ferit membuat sifat
magnet dari magnet lunak menjadi magnet keras. Namun variasi optimum
diperoleh pada x = 0,5 yang ditandai dengan nilai medan koersivitas (Hc) yang
paling besar 261 Oe dan memiliki nilai remanen magnetik (Mr) besar yaitu 11,3
emu/gr. Dari pengujian VNA (Vector Network Analyzer) didapatkan kemampuan
absorpsi gelombang elektromagnetiknya sebesar -27 dB terjadi pada frekuensi
10,91 GHz. Bahan ini dapat menyerap gelombang elektromagnetik sebesar 80 %.
Kata Kunci : Nikel Ferit, Struktur Kristal, Sifat Magnetik, Absorpsi Gelombang
Elektromagnetik
Universitas Sumatera Utara
SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF Ni1+xFe2-xO4
MATERIALS AS ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBER
MATERIAL (x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 AND 1)
ABSTRACT
Has done research on the synthesis and characterization of Ni1+xFe2-xO4 materials
as electromagnetic wave absorber material (x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 and 1).
Manufacture of Nickel Ferrite material is synthesized by coprecipitation method
and mixed by solid state reaction. The process is milling for 5 hours, drying at
temperature of 110oC for 5 hours and sintering at temperature 1000oC for 5
hours. XRD, SEM-EDS, VSM and VNA use for characterization. Single phase
identification visible by XRD, the structure of morphology has been homogeneous
visible by SEM-EDS, magnetic properties visible by VSM and electromagnetic
wave absorption visible by VNA. Characterization results showed Nickel Ferrite
phase is formed with spinel structure. The effect of the concentration Ni and Fe on
Nickel Ferrite magnetic properties that originally made soft magnetic into hard
magnetic. But the optimum variation optained at x = 0,5 which is characterized
by the value of coertivitas field (Hc) is the largest 261 Oe and the magnetic
remanent (Mr) big there are 11,3 emu/gr. VNA (Vector Network Analyzer)
characterization show the ability electromagnetic wave absorption of -27 dB
occurs at a frequency of 10,91 GHz. This material can absorb electromagnetic
wave by 80 %.
Keyword : Nickel Ferrite, Structure
Electromagnetic Wave Absorption
Crystal,
Magnetic
Properties,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
xiii
ii
iii
iv
vi
vii
viii
x
Bab 1 Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Tujuan Penelitian
1.4. Batasan Masalah
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
1
2
3
3
3
3
Bab 2 Tinjauan Pustaka
2.1. Fe2O3 dari Pasir Besi
2.2. Nikel Oxide (NiO)
2.3. Sifat – Sifat Magnet
2.3.1. Diamagnetik
2.3.2. Paramagnetik
2.3.3. Ferromagnetik
2.3.4. Antiferromagnetik
2.3.5. Ferrimagnetik
2.4. Kurva Histerisis
2.5. Bahan Soft Magnetik
2.6. Bahan Hard Magnetik
2.7. Absorpsi Gelombang Elektromagnetik
5
6
7
11
12
12
14
15
15
17
18
18
Bab 3 Metodologi Penelitian
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1. Tempat Penelitian
3.1.2. Waktu Penelitian
3.2. Alat dan Bahan
3.3. Prosedur Penelitian
3.3.1. Proses Pengendapan Fe3O4
3.3.2. Proses Annealing
3.3.3. Proses Pencampuran (Mixing)
3.3.4. Proses High Energy Milling (HEM)
3.3.5. Proses Sintering
21
21
21
21
22
22
24
24
25
26
Universitas Sumatera Utara
3.4. Karakterisasi
3.4.1. XRD (X-Ray Diffraction)
3.4.2. SEM (Scanning Electron Microscope)
3.4.3. VSM (Vibrating Sample Magnetometer)
3.4.4. VNA (Vector Network Analyzer)
3.5. Diagram Alir
26
26
29
32
34
37
Bab 4 Hasil dan Pembahasan
4.1. Hasil Analisis Fasa Sampel Sistem Ni1+xFe2-xO4
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1)
4.1.1. Sampel NiFe2O4 (x = 0)
4.1.2. Sampel Ni1,25Fe1,75O4 (x = 0,25)
4.1.3. Sampel Ni1,5Fe1,5O4 (x = 0,5)
4.1.4. Sampel Ni1,75Fe1,25O4 (x = 0,75)
4.1.5. Sampel Ni2FeO4 (x = 1)
4.2. Hasil Analisa Magnetik dengan Menggunakan Vibrating
Sample Magnetometer (VSM)
4.2.1. Sampel NiFe2O4 (x = 0)
4.2.2. Sampel Ni1,25Fe1,75O4 (x = 0,25)
4.2.3. Sampel Ni1,5Fe1,5O4 (x = 0,5)
4.2.4. Sampel Ni1,75Fe1,25O4 (x = 0,75)
4.2.5. Sampel Ni2FeO4 (x = 1)
4.3. Hasil Analisa Absorpsi Gelombang Elektromagnetik Menggunakan
Vector Network Analyzer (VNA)
4.3.1. Sampel NiFe2O4 (x = 0)
4.3.2. Sampel Ni1,25Fe1,75O4 (x = 0,25)
4.3.3. Sampel Ni1,5Fe1,5O4 (x = 0,5)
4.3.4. Sampel Ni1,75Fe1,25O4 (x = 0,75)
4.3.5. Sampel Ni2FeO4 (x = 1)
4.4. Pembahasan
4.4.1. Gabungan Hasil Karakterisasi XRD pada Sampel Ni1+xFe2-xO4
4.4.2. Gabungan Hasil Karakterisasi VSM pada Sampel Ni1+xFe2-xO4
4.4.3. Gabungan Hasil Karakterisasi VNA pada Sampel Ni1+xFe2-xO4
4.4.4. Hasil Komposisi Optimal Ni1,5Fe1,5O4
38
38
40
43
45
47
50
50
51
52
52
53
54
54
55
56
56
57
57
57
58
61
63
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
66
67
Daftar Pustaka
68
Lampiran
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Difraktogram: (a) CaF2, (b) 2,5% NiO/CaF2, (c) 5% NiO/CaF2,
(d) 7,5% NiO/CaF2, (e) 10% NiO/CaF2 dan (f) 15% NiO/CaF2
6
Gambar 2.2. Arah domain : (a) paramagnetik (b) ferromagnetik
(c) antiferromagnetik (d) ferrimagnetik
11
Gambar 2.3. Histerisis bahan ferromagnetik
13
Gambar 2.4. Kurva Induksi Normal
15
Gambar 2.5. Kurva Histerisis Magnetik
16
Gambar 2.6. Skematik kurva magnetisasi untuk bahan soft dan
hard magnetik
17
Gambar 3.1. Proses pengendapan Fe3O4
23
Gambar 3.2. Alat HEM (High Energy Milling) TOSHIBA
25
Gambar 3.3. Alat Furnace Advanced KL-600
26
Gambar 3.4. Difraksi sinar-X oleh atom-atom pada bidang
28
Gambar 3.5. Alat XRD PHILIPS Panalytical Empyrean PW1710
29
Gambar 3.6. (a) Preparasi Sampel pada hand blower, (b) Sampel diletakkan
pada sample chamber
29
Gambar 3.7. Alat SEM-EDS (Scanning Electron Microscope) SU3500
HITACHI
31
Gambar 3.8. Preparasi Sampel VSM
32
Gambar 3.9. Alat VSM (Vibrating Sample Magnotemeter)
33
Gambar 3.10. Alat VNA ADVANTEST R3770 300 KHz-20 GHz
36
Gambar 4.1. NiFe2O4
38
Gambar 4.2. Pola Difraksi Sinar-X NiFe2O4
39
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel NiFe2O4
Gambar 4.4. Ni1,25Fe1,75O4
39
41
Gambar 4.5. Pola Difraksi Sinar-X Ni1,25Fe1,75O4
41
Gambar 4.6. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni1,25Fe1,75O4
42
Gambar 4.7. Ni1,5Fe1,5O4
43
Gambar 4.8. Pola Difraksi Sinar-X Ni1,5Fe1,5O4
43
Gambar 4.9. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni1,5Fe1,5O4
44
Gambar 4.10. Ni1,75Fe1,25O4
45
Gambar 4.11. Pola Difraksi Sinar-X Ni1,75Fe1,25O4
46
Gambar 4.12. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni1,75Fe1,25O4
46
Gambar 4.13. Ni2FeO4
47
Gambar 4.14. Pola Difraksi Sinar-X Ni2FeO4
48
Gambar 4.15. Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X sampel Ni2FeO4
48
Gambar 4.16. Struktur dari Nikel Ferrite
49
Gambar 4.17. Kurva Histerisis NiFe2O4
50
Gambar 4.18. Kurva Histerisis Ni1,25Fe1,75O4
51
Gambar 4.19. Kurva Histerisis Ni1,5Fe1,5O4
52
Gambar 4.20. Kurva Histerisis Ni1,75Fe1,25O4
53
Gambar 4.21. Kurva Histerisis Ni2FeO4
53
Gambar 4.22. Reflection Loss NiFe2O4
55
Gambar 4.23. Reflection Loss Ni1,25Fe1,75O4
55
Gambar 4.24. Reflection Loss Ni1,5Fe1,5O4
56
Gambar 4.25. Reflection Loss Ni1,75Fe1,25O4
56
Gambar 4.26. Reflection Loss Ni2FeO4
57
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.27. Hasil Identifikasi Fasa Pola Difraksi sinar-X sampel Ni1+xFe2-xO4 58
(x = 0 ; 0,25 ; 0,5 ; 0,75 dan 1)
Gambar 4.28. Kurva Histerisis Material Ferromagnet
59
Gambar 4.29. Kurva Histerisis Hasil VSM Bahan Ni1+xFe2-xO4
60
Gambar 4.30. Ilustrasi Sifat Magnetik Hasil Rekayasa Struktur dari Bahan
60
Ni1+xFe2-xO4
Gambar 4.31. Skematik Proses Absorpsi Gelombang Elektomagnetik
61
Gambar 4.32. Grafik Absorpsi Gelombang Elektromagnetik Bahan Ni1+xFe2-xO4 62
Gambar 4.33. Foto Hasil Pengamatan Morfologi Partikel Sampel Ni1,5Fe1,5O4
64
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Perhitungan Stoikiometri Sampel Ni1+xFe2-xO4
25
Tabel 4.1. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel NiFe2O4
40
Tabel 4.2. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni1,25Fe1,75O4
42
Tabel 4.3. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni1,5Fe1,5O4
44
Tabel 4.4. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni1,75Fe1,25O4
47
Tabel 4.5. Puncak-Puncak Difraksi Sinar-X sampel Ni2FeO4
49
Tabel 4.6. Sifat Intrinsik Magnet NiFe2O4
50
Tabel 4.7. Sifat Intrinsik Magnet Ni1,25Fe1,75O4
51
Tabel 4.8. Sifat Intrinsik Magnet Ni1,5Fe1,5O4
52
Tabel 4.9. Sifat Intrinsik Magnet Ni1,75Fe1,25O4
53
Tabel 4.10. Sifat Intrinsik Magnet Ni2FeO4
54
Tabel 4.11. Serapan Gelombang Elektromagnetik
Tabel 4.12. Hasil Pengamatan Morfologi Partikel
57
64
Universitas Sumatera Utara