Cover Pengembangan Bahan Magnetik Berbasis BaNixAl6xFe6O19 Untuk Bahan Absorber Gelombang

PERSETUJUAN

Judul

Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas

: Pengembangan Bahan Magnetik Berbasis
BaNixAl6-xFe6O19 Untuk Bahan Absorber
Gelombang Elektromagnetik
: Skripsi
: Prahmadyana
: 110801070
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Disetujui di
Medan, Juni 2015

Disetujui Oleh
Pembimbing 2,

Pembimbing 1,

(Dr. Wisnu Ari Adi)

(Prof.Dr. Zuriah Sitorus, MS)

NIP. 197112131998031003

NIP. 195607261984032001

Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

(Dr.Marhaposan Situmorang)

NIP. 195510301980031003

PERNYATAAN

PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIK BERBASIS BaNiXAl6-XFe6O19
UNTUK BAHAN ABSORBER GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di
dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang
masing - masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2015

Prahmadyana
NIM. 110801070

PENGHARGAAN

Puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat,
Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang
berjudul Pengembangan Bahan Magnetik Berbasis BaNixAl6-xFe6O19 Untuk
Bahan Absorber Gelombang Elektromagnetik. Laporan Tugas Akhir ini diajukan
untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Fisika. Penelitian ini
dilakukan di Pusat Sains Dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) BATAN,
Serpong, Tangerang Selatan, LIPI Bandung ( Karakterisasi VNA), dan P2F LIPI
Serpong, Tangerang Selatan.
Disampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc sebagai dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan
Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs.
Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA
USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika
FMIPA USU.
2. Ibu Prof.Dr. Zuriah Sitorus, MS dan Bapak Dr. Wisnu Ari Adi M.Sc
selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan panduan dan penuh
kepercayaan serta banyak meluangkan waktu untuk membimbing serta
menyempurnakan tugas akhir ini.

3. Orang tu tercinta Bapak Darmansah S.Pd MA dan Ibu Sawani Harahap
yang telah bersusah payah, dan senantiasa memberikan dukungan dan
perhatian beserta adik dan keluarga besar yang telah memberikan
dukungan dan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
4. Seluruh teman- teman Furqon, Ryan, Lutfi, Lisa, Kak Pipin, Agrin,
Dika di Pusat Sains Dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) BATAN
yang selalu memberikan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Sahabat-sahabat satu Angkatan “PHYSIC PROLIXS (Putri, Henni, Sri

Handika, William, Russell, Wahyu, Trisno, Lilis, Widya, Tabita,
David, Ancela, Juliana, Bg Hendra Gabe, Fahmi, Jefri, Jerry, Ilham,
Intan, Tri Mala, Fitri, Rusti, Togar, Bg Jansius, Nensi, dkk) dan IMF
USU”, dan adik-adik junior 2012 (Lyana, Eko, Hani, dkk), 2013, 2014
(Tri Gunaria, Windy, Yola, Gestin, Ivana, Devi, Wiwid, elvi, dkk) yang
selalu memberikan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.
6. Seluruh teman- teman di PURITHAKARINA (Kak Carol, Mei, Uum,
Bg Ricky, Bg Yogi, Bg Eka, Ria, Bg Lamhot) yang selalu memberikan
semangat dalam penyelesaian skripsi ini.

PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIK BERBASIS BaNiXAl6-XFe6O19

UNTUK BAHAN ABSORBER GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK

ABSTRAK

Telah diteliti bahan absorber gelombang elektromagnetik berbasis Barium
Heksaferit BaNixAl6-xFe6O19 (x=0; 0,5; 1; 2; 3) dari bahan baku lokal pasir besi
daerah Sukabumi. Bahan ini disintesis dengan metode kopresipitasi dan
pencampurannya menggunakan solid state reaction. Bahan-bahan dimilling
selama 5 jam, dan dipanaskan (sintering) dengan suhu 1000˚C selama 5 ja m.
Selanjutnya sampel dikarakterisasi dengan alat XRD, VSM, VNA dan SEM/EDS
. Identifikasi fasa dilihat melalui XRD. Struktur morfologi yang homogen dan
komposisi paling optimum dilihat melalui SEM/EDS. Dari pengujian VSM dapat
dilihat peningkatan substitusi Ni dan Al yang membuat sifat magnet yang awalnya
memiliki pengaruh sifat magnet yang tinggi (hard magnetic) berhasil dibuat
menjadi soft magnetic. Namun variasi optimum diperoleh pada x=1 yang ditandai
dengan nilai medan koersivitas (Hc) yang kecil yaitu 473 oe, dan memiliki nilai
magnetic remanent (Mr) besar yaitu 4,4 emu/gr. Dari pengujian VNA (Vector
Network
Analyzer)

didapatkan
kemampuan
absorpsi
gelombang
elektromagnetiknya sebesar -36 dB dengan frekuensi 11,24 GHz. Artinya bahan
dapat menyerap hingga 95% dengan ketebalan bidang absorps sebesar 2 mm.

Kata kunci : Barium Hexaferrite, Substitusi Ni-Al, Struktur, sifat magnetik,
absorpsi gelombang elektromagnetik.

DEVELOPMENT BASED MAGNETIC MATERIALS BaNixAl6-xFe6O19
FOR THE ELECTROMAGNETIC WAVE
ABSORPTION MATERIAL

ABSTRACT

Material absorber based of Barium Hexaferrite BaNixAl6-xFe6O19 (x=0; 0,5; 1; 2;
3) made by iron from Sukabumi has been conducted. Using copresipitation
method for synthesis, mixed by solid state reaction. The process is milling for 5
hours, and heating (sintering) for 5 hours. XRD, SEM/EDS, VSM, VNA use for

characterization. Phase identification visible by XRD. The structure of
morphology has been homogeneous and the best material indicated by SEM/EDS.
VSM characterization show step-up the substitution of Ni and Al made the
material of based hard magnetic hence soft magnetic. The best material lead to
x=1 because coersivity field (Hc) small 473 oe and the magnetic remanent (Mr)
big there are 4,4 emu/gr. VNA characterization show the ability of materials to
absorp electromagnetic waves -36 dB with the frequency 11,24 GHz. Means, that
the material can absorp up to 95% with the thickness of the field absorp 2 mm.

Keyword: Barium Hexaferrite, Substitution Ni-Al, structure, magnetic properties,
electromagnetic wave absorption

DAFTAR ISI

Halaman
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract

Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Daftar Singkatan
Bab 1.

Bab 2.

Bab 3

Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Tujuan Penelitian
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
Tinjauan Pustaka
2.1 Sintesis Fe2O3 Dari Pasir Besi

2.2 Absorpsi Gelombang Elektromagnetik
2.3 Barium Heksaferit
2.4 Alumina (Al2O3)
2.5 Nikel Oksida (NiO)
2.6 Sifat-Sifat Magnet
2.7 Jenis Kemagnetan
2.7.1 Diamagnetik
2.7.2 Paramagnetik
2.7.3 Ferromagnetik
2.7.4 Antiferromagnetik
2.7.5 Ferrimagnetik
2.8 Kurva Histerisis
2.9 Bahan Soft Magnetic
2.10 Bahan Hard Magnetic
Metode Penelitian

i
ii
iii
v

vi
vii
x
xi
xiv
xv

1
3
3
3
4
4

5
5
8
10
10
11

13
13
13
14
15
15
16
17
17

3.1

3.2

3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

3.9
Bab 4.

Tempat Dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
Alat Dan Bahan
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
Proses Pengendapan Fe3O4
Anneling
Mixing
High Energy Milling (HEM)
Proses Sintering
Karakterisasi
3.8.1 XRD (X-Ray Diffraction)
3.8.1.1 Sampel Dan Preparasi
3.8.1.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
3.8.2 SEM-EDS
3.8.2.1 Sampel Dan Preparasi
3.8.2.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
3.8.3 VSM (Vibrating Sampel Magnetometer)
3.8.3.1 Sampel Dan Preparasi
3.8.3.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
3.8.4 VNA (Vector Network Analyzer)
Diagram Alir Penelitian

Hasil Dan Pembahasan
4.1 Hasil karakterisasi Fasa Sampel BaNixAl6-xFe6O19 (x=0;
0,5; 1; 2; 3) Dengan Menggunakan Difraksi Sinar-X
4.1.1 Sampel BaAl6Fe6O19 (x=0)
4.1.2 Sampel BaNi0,5Al5,5Fe6O19 (x=0,5)
4.1.3 Sampel BaNiAl5Fe6O19 (x=1)
4.1.4 Sampel BaNi2Al4Fe6O19 (x=2)
4.1.5 Sampel BaNi3Al3Fe6O19 (x=3)
4.2 Hasil analisa Magnetik Dengan Menggunakan Vibrating
Sample Magnetometer (VSM)
4.2.1 Sampel BaAl6Fe6O19 (x=0)
4.2.2 Sampel BaNi0,5Al5,5Fe6O19 (x=0,5)
4.2.3 Sampel BaNiAl5Fe6O19 (x=1)
4.2.4 Sampel BaNi2Al4Fe6O19 (x=2)
4.2.5 Sampel BaNi3Al3Fe6O19 (x=3)
4.3 Hasil analisa Absorpsi Gelombang Elektromagnetik
Dengan Menggunakan Vector Network Analyzer (VNA)
4.3.1 Sampel BaAl6Fe6O19 (x=0)
4.3.2 Sampel BaNi0,5Al5,5Fe6O19 (x=0,5)
4.3.3 Sampel BaNiAl5Fe6O19 (x=1)
4.3.4 Sampel BaNi2Al4Fe6O19 (x=2)
4.3.5 Sampel BaNi3Al3Fe6O19 (x=3)
4.4 Diskusi

19
19
19
19
19
20
21
22
22
23
26
27
27
27
27
29
29
29
31
31
32
33
36

37
37
38
39
40
41
42
43
43
44
45
46
46
47
48
48
49
49
50

4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
Bab 5.

Gabungan Hasil Karakterisasi XRD
Pada Sampel BaNixAl6-xFe6O19
Gabungan Hasil Karakterisasi VSM
Pada Sampel BaNixAl6-xFe6O19
Gabungan Hasil Karakterisasi VNA
Pada Sampel BaNixAl6-xFe6O19
Hasil Komposisi Optimal BaNixAl6-xFe6O19

Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

Daftar Pustaka
Lampiran

50
51
53
55

59
60
61
L1

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel

Judul

Halaman

2.1

Pembagian daerah jangkauan gelombang mikro

7

3.1

Stokiometri komposisi BaNixAl6-x Fe6O19

23

4.1

Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaAl6Fe6O19

43

4.2

Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi0,5Al5,5Fe6O19

44

4.3

Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNiAl5Fe6O19

45

4.4

Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi2Al4Fe6O19

45

4.5

Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi3Al6Fe6O19

46

4.6

Pengujian Serapan Gelombang Elektromagnetik

50

4.7

Komposisi Sampel BaNiAl5Fe6O19

57

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Gambar

Halaman

2.1

Struktur kristal BaO.6Fe2O3

8

2.2

Kurva histerisis

9

2.3

Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik

13

sebelum diberi medan magnet luar
2.4

Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah

14

diberi medan magnet luar
2.5

Arah domain (a) diamagnetik (b) paramagnetik (c)

16

ferromagnetik (d) antiferromagnetik
(e) ferrimagnetik
2.6

Kurva Induksi Normal

16

2.7

Skematik kurva magnetisasi untuk bahan soft dan

18

hard magnetic
3.1

(a) Proses pengendapan Fe3O4 (b) Fe3O4 setelah di

22

oven dan dihaluskan (c) Hasil Furnance mineral
magnetik (Fe3O4) yang diambil dari pasir besi
menjadi mineral hematit (α-Fe2O3) melalui proses
sintering
3.2

Mixing bahan pada vial HEM

23

3.3

Alat HEM (High Energy Milling) TOSHIBA

25

3.4

Alat Furnance Advanced KL-600

26

3.5

Alat XRD (X-Ray Diffraction) PHILIPS Panalytical

29

Empyrean PW1710
3.6

(a) Preparasi sampel pada hand blower
(b) Sampel diletakkan pada sample chamber

29

Sambungan …

3.7

Alat SEM-EDS (Scanning Electron Microscopy)

31

SU3500 HITACHI
3.8

Preparasi Sampel VSM

32

3.9

Alat VSM (Vibrating Sample Magnotemeter)

33

3.10

Alat VNA ADVANTEST R3770 300 kHz-20 GHz

35

4.1

BaAl6Fe6O19

37

4.2

Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel

38

BaAl6Fe6O19
4.3

BaNi0,5Al5,5Fe6O19

38

4.4

Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel

39

BaNi0,5Al5,5Fe6O19
4.5

BaNiAl5Fe6O19

39

4.6

Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel

40

BaNiAl5Fe6O19
4.7

BaNi2Al4Fe6O19

40

4.8

Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel

41

BaNi2Al4Fe6O19
4.9

BaNi3Al3Fe6O19

41

4.10

Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel

42

BaNi3Al3Fe6O19
4.11

Kurva histerisis BaAl6Fe6O19

43

4.12

Kurva histerisis BaNi0,5Al5,5Fe6O19

44

4.13

Kurva histerisis BaNiAl5Fe6O19

44

4.14

Kurva histerisis BaNi2Al4Fe6O19

45

4.15

Kurva histerisis BaNi3Al3Fe6O19

46

4.16

Reflection loss BaAl6Fe6O19

47

4.17

Reflection loss BaNi0,5Al5,5Fe6O19

48

4.18

Reflection loss BaNiAl5Fe6O19

48

4.19

Reflection loss BaNi2Al4Fe6O19

49

4.20

Reflection loss BaNi3Al3Fe6O19

49

Sambungan …

4.21

Hasil karakterisasi XRD bahan BaNixAl6-xFe6O19

51

4.22

Kurva histerisis material ferromagnetik

52

4.23

Ilustrasi sifat magnetik hasil rekayasa struktur dari

53

bahan BaNiAlFeO19
4.24

Kurva histerisis sampel BaNixAl6-xFe6O19

53

4.25

Skematik proses absorpsi gelombang

54

elektomagnetik
4.26

Kurva RL gelombang EM pada sampel

55

BaNixAl6-xFe6O19
4.27

Identifikasi fasa pola difraksi Sinar-X sampel

56

BaNiAl5Fe6O19
4.28

Foto hasil pengamatan morfologi partikel sampel

56

BaNiAl5Fe6O19
4.29

Kurva histerisis sampel BaNiAl5Fe6O19

58

4.30

Hasil uji absorpsi gelombang elektromagnetik

58

sampel BaNiAl5Fe6O19

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Lamp

Halaman

A

Gambar Bahan Dan Alat Penelitian

L1

B

Stokiometri wt% Sampel

L4

BaNixAl6-xFe6O19
C

Hasil XRD Menggunakan MATCH

L6

Sampel BaNixAl6-xFe6O19
D

Hasil SEM/EDS Sampel BaNiAl5Fe6O19

L12

E

Hasil VSM Kurva Histerisis Sampel

L13

BaNixAl6-xFe6O19
F

Hasil VNA Sampel BaNixAl6-xFe6O19

L15

DAFTAR SINGKATAN

HEM

: High Energy Milling

XRD

: X-Ray Diffraction

SEM

: Scanning Electron Microscopy

VSM

: Vibrating Sample Magnetometer

VNA

: Vector Network Analyzer

RL

: Refflection Loss