BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang - Pembuatan Magnet Permanen Barium Heksaferit Dengan Subsitusi Ion Mn Dan Ti Pada Ion Fe Sebagai Material Penyerap Gelombang Mikro

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 yang digunakan. Faktor dominan yang mempengaruhi performa material

  absorber

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 2013). Ion-ion ferit pada barium

  2+ 4+

  heksaferit sebagian dapat disubstitusi oleh ion-ion divalen seperti Co , Ti dan

  2+

  Mn 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 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 Fe

  2 O 3 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.6Fe

  2 O

3 ) dan Barium Heksa ferrit (BaO.6Fe

  2 O 3 ). Bahan magnet

  tersebut memiliki kemampuan menghasilkan maximum energy product magnet (BH max ) sampai: 3-20 MGOe. Magnet permanen berbasis BaO.6Fe

  2 O 3 dibuat

  dengan ukuran butiran sekitar 1

• – 2 μm dan dibakar pada suhu sintering sekitar

  o

  1250 C.

• – 1300

  Hard ferrite termasuk magnet yang memiliki kurva histerisis (BH Curve)

  yang lebar dan mempunyai nilai coercitivitas (H C ) yang tingi, magnet ferrite juga memiliki struktur kristal hexagonal dengan formulasi MO6Fe

  2 O 3 . M adalah

  unsur-unsur dari Ba, Sr dan Pb, keramik maget ferrite terdiri atas tiga macam, yaitu Barium Hexa Ferrite (BaO6Fe

  2 O 3 ), Stronsium Hexa Ferrite SrOFe

  2 O 3 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 (B r ), 1 : 3 untuk koersivitas (H c ) 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 BaFe

  12 O 19 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.

  1.2 Perumusan Masalah

  2 O 3 , TiO 2 dan

  3. Pengujian sifat magnet dengan Permagraph dan pengukuran absorpsi gelombang mikro dengan menggunakan Vector Network Analyzer (VNA)

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

  C yang masing-masing ditahan selama 2 jam.

  o

  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

  2

  MnO

  3 , Fe

  Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang akan dibahas dalam laporan ini adalah bagaimana proses pembuatan magnet permanen ferit jenis BaFe (12-2x) Mn x Ti x O

  Membuat magnet permanen dari bahan baku BaCO

  2x) Mn x Ti x O 19 terbatas pada : 1.

  Batasan masalah untuk proses pembuatan magnet permanen jenis BaFe (12-

  1.3 Batasan Masalah

  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.

  o

  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

  19 yang disubsitusi ion Mn dan Ti terhadap ion Fe dan

  4. Membandingkan hasil pengujian dengan hasil teoritis atau dengan hasil dari peneliti lain.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian adalah: 1.

  O )

  12

  19 Pembuatan magnet permanen berbasis Barium Hexa Ferrite (BaFe

  dan merubahnya menjadi BaFe (12-2x) Mn x Ti x O

  19 , dimana ion Mn dan Ti

  mensubstitusi sebagian ion Fe, sehingga material tersebut dapat diaplikasikan sebagai penyerap gelombang mikro.

  2. Mn Ti O sebelum

  (12-2x) x x

  19 Mengetahui karakteristik magnet permanen BaFe

  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.

  (12-2x) Mn x Ti x O

  19 Mengetahui perubahan sifat magnet permanen BaFe

  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

  

(BaO6Fe O ) setelah adanya subsitusi ion Mn dan Ti terhadap ion Fe yang akan

  2

  3

  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.