Pengembangan Bahan Magnetik Berbasis BaNixAl6-xFe6O19 Untuk Bahan Absorber Gelombang Elektromagnetik
PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIKBERBASIS
BaNi x Al 6-x Fe6 O
19 UNTUK BAHAN ABSORBER
GELOMBANGELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
PRAHMADYANA
110801070
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIKBERBASIS
BaNi x Al 6-x Fe6 O
19 UNTUK BAHAN ABSORBER
GELOMBANGELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains
PRAHMADYANA 110801070
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015 Judul : Pengembangan Bahan Magnetik Berbasis BaNi x Al 6-x Fe
6 O
19 Untuk Bahan Absorber
Gelombang Elektromagnetik
:
Kategori Skripsi
:
Nama Prahmadyana
:
Nomor Induk Mahasiswa 110801070 Program Studi : Sarjana (S1) Fisika
:
Departemen Fisika Fakultas : 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
PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIK BERBASIS
BaNi x Al 6-x Fe6 O
19 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
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Pengembangan Bahan Magnetik Berbasis BaNi x Al 6-x Fe
Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di Pusat Sains Dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) BATAN, Serpong, Tangerang Selatan, LIPI Bandung ( Karakterisasi VNA), dan P2F LIPI Serpong, Tangerang Selatan. Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada : 1.
Ibu Prof.Dr. Zuriah Sitorus, MS dan Bapak Dr. Wisnu Ari Adi M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan kepada saya dan telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing saya untuk menyempurnakan tugas akhir ini.
2. 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.
3. Orang tua saya tercinta Bapak Darmansah S.Pd MA dan Ibu Sawani Harahap yang telah bersusah payah, dan senantiasa memberikan dukungan dan perhatian kepada saya. Adik saya beserta keluarga besar yang memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian tugas akhir ini.
4. Seluruh teman- teman saya Furqon, Ryan, Lutfi, Lisa, Kak Pipin, Agrin, Dikadi Pusat Sains Dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) BATAN yang selalu memberikan semangat kepada saya 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 junior2012(Lyana, Eko, Hani, dkk), 2013, 2014 (Tri Gunaria, Windy, Yola, Gestin, Ivana, Devi, Wiwid, dkk) yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.
6. Seluruh teman- teman saya di PURITHAKARINA (Kak Carol, Mei, Uum, Bg Ricky, Bg Yogi, Bg Eka, Ria, Bg Lamhot) yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.
BERBASIS BaNi
X Al 6-X Fe
6 O
19 UNTUK
BAHAN ABSORBER GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
ABSTRAK
Bahan absorber gelombang elektromagnetik berbasis Barium Heksaferit BaNi x Al 6-x Fe
6 O 19 (x=0; 0,5; 1; 2; 3) dari bahan baku lokal pasir besi daerah
Sukabumi telah berhasil dibuat. Disintesis dengan metode kopresipitasi dan pencampurannya menggunakan solid state reaction. Bahan-bahan dimilling selama 5 jam, dan disintering dengan suhu 1000
˚C selama 5 jam. 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 membuat sifat magnet yang awalnya adalah 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 BaNi x Al 6-x Fe
6 O
19 FOR THE ELECTROMAGNETIC WAVE
ABSORPTION MATERIAL
ABSTRACT
Material absorber based of Barium Hexaferrite BaNi x Al 6-x Fe
6 O 19 (x=0; 0,5; 1; 2;
3) made by iron from Sukabumi was finished. Using copresipitation method for synthesis, mixed by solid state reaction. The process is milling for 5 hours, and 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 (M ) big there are 4,4 emu/gr.
r
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
Halaman Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel xi
Daftar Gambar xii
Daftar Lampiran xv
Daftar Singkatan xvi
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
3
1.3 Tujuan Penelitian
3
1.4 Batasan Masalah
3
1.5 Manfaat Penelitian
4
1.6 Sistematika Penulisan
4 Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Sintesis Fe
2 O
3 Dari Pasir Besi
6
2.2 Absorpsi Gelombang Elektromagnetik
7
2.3 Barium Heksaferit
9
2.4 Alumina (Al
2 O 3 )
11
2.5 Nikel Oksida (NiO)
12
2.6 Sifat-Sifat Magnet
13
2.7 Jenis Kemagnetan
16
2.7.1 Diamagnetik
16
2.7.4 Antiferromagnetik
34
3.7 Proses Sintering
31
3.8 Karakterisasi
32
3.8.1 XRD (X-Ray Diffraction)
32
3.8.1.1 Sampel Dan Preparasi
32
3.8.1.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
32
3.8.2 SEM-EDS
3.8.2.1 Sampel Dan Preparasi
3.6 High Energy Milling (HEM)
34
3.8.2.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
34
3.8.3 VSM (Vibrating Sampel Magnetometer)
37
3.8.3.1 Sampel Dan Preparasi
37
3.8.3.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
37
3.8.4 VNA (Vector Network Analyzer)
39
3.9 Diagr Diagram Alir Penelitian
28
27
19
3.1.2 Waktu Penelitian
2.7.5 Ferrimagnetik
20
2.8 Kurva Histerisis
20
2.9 Bahan Soft Magnetic
21
2.10 Bahan Hard Magnetic
22 Bab 3 Metode Penelitian
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian
24
3.1.1 Tempat Penelitian
24
24
3.5 Mixing
3.2 Alat Dan Bahan
24
3.2.1 Alat Penelitian
24
3.2.2 Bahan Penelitian
25
3.3 Proses Pengendapan Fe
3 O
4
26
3.4 Anneling
27
41 Bab 4. Hasil Dan Pembahasan
4.1 Hasil karakterisasi Fasa Sampel BaNi x Al 6-x Fe
6 O
3 Al
4.3.5 Sampel BaNi
60
6 O 19 (x=2)
4 Fe
2 Al
4.3.4 Sampel BaNi
59
(x=1)
19
5 Fe
6 O 19 (x=3)
4.3.3 Sampel BaNiAl
59
(x=0,5)
19
6 O
Fe
5,5
Al
0,5
4.3.2 Sampel BaNi
58
3 Fe
60
6 Fe
6-x
19
6 O
Fe
6-x
Al
x
4.4.4 Hasil Komposisi Optimal BaNi
64
19
6 O
Fe
Al
4.4 Diskusi
x
4.4.3 Gabungan Hasil Karakterisasi VNA Pada Sampel BaNi
62
19
6 O
4.4.2 Gabungan Hasil Karakterisasi VSM Pada Sampel BaNi x Al 6-x Fe
61
19
6 O
4.4.1 Gabungan Hasil Karakterisasi XRD Pada Sampel BaNi x Al 6-x Fe
61
6 O
19 (x=0)4.3.1 Sampel BaAl
6 O 19 (x=0;
19
6 O 19 (x=3)
3 Fe
3 Al
4.1.5 Sampel BaNi
49
6 O 19 (x=2)
4 Fe
2 Al
4.1.4 Sampel BaNi
46
(x=1)
6 O
4.2 Hasil analisa Magnetik Dengan Menggunakan Vibrating
5 Fe
4.1.3 Sampel BaNiAl
44
6 O 19 (x=0,5)
4.1.2 Sampel BaNi 0,5 Al 5,5 Fe
42
6 O
19 (x=0)6 Fe
4.1.1 Sampel BaAl
42
0,5; 1; 2; 3) Dengan Menggunakan Difraksi Sinar-X
51
Sample Magnetometer (VSM)
57
56
4.3 Hasil analisa Absorpsi Gelombang Elektromagnetik Dengan Menggunakan Vector Network Analyzer (VNA)
57
6 O 19 (x=3)
3 Fe
3 Al
4.2.5 Sampel BaNi
56
6 O 19 (x=2)
4 Fe
2 Al
4.2.4 Sampel BaNi
(x=1)
53
19
6 O
5 Fe
4.2.3 Sampel BaNiAl
55
6 O 19 (x=0,5)
4.2.2 Sampel BaNi 0,5 Al 5,5 Fe
54
6 O
19 (x=0)6 Fe
4.2.1 Sampel BaAl
66
5.1 Kesimpulan
70
5.2 Saran
71 Daftar Pustaka
72 Lampiran
79 Nomor Tabel Judul Halaman
Tabel 3.1 Stokiometri komposisi BaNixAl 6-x Fe4 Fe
Al
5,5
Fe
6 O
19
55 Tabel 4.8 Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNiAl
5 Fe
6 O
19
56 Tabel 4.9 Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi
2 Al
6 O
54 Tabel 4.7 Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi
19
56 Tabel 4.10 Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi
3 Al
6 Fe
6 O
19
57 Tabel 4.11 Pengujian Serapan Gelombang Elektromagnetik
61 Tabel 4.12 Komposisi Sampel BaNiAl
5 Fe
6 O
19
0,5
19
6 O
19
19
28 Tabel 4.1 Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaAl
6 Fe
6 O
19
43 Tabel 4.2 Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNi 0,5 Al 5,5 Fe
6 O
19
46 Tabel 4.3 Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNiAl
5 Fe
6 O
48 Tabel 4.4 Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNi
6 O
2 Al
4 Fe
6 O
19
50 Tabel 4.5 Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNi
3 Al
6 Fe
6 O
19
52 Tabel 4.6 Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaAl
6 Fe
68
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar Judul Halaman
Gambar 2.1 Struktur kristal BaO.6Fe2 O
3
11 Gambar 2.2 Difraktogram: (a) CaF
2 , (b) 2,5% NiO/CaF 2 , (c) 5%
13 NiO/CaF , (d) 7,5% NiO/CaF , (e) 10% NiO/CaF
2
2
2
dan (f) 15% NiO/CaF
2
Gambar 2.3 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik17 sebelum diberi medan magnet luar
Gambar 2.4 Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah20 diberi medan magnet luar
Gambar 2.5 Histerisis bahan ferromagnetic19 Gambar 2.6 Arah domain (a) diamagnetik (b) paramagnetik (c)
20 ferromagnetik (d) antiferromagnetik (e) ferrimagnetik
Gambar 2.7 Kurva Induksi Normal20 Gambar 2.8 Kurva Histerisis Magnetik
21 Gambar 2.9 Skematik kurva magnetisasi untuk bahan soft dan
23
hardmagnetic
Gambar 3.1 (a) Proses pengendapan Fe3 O 4 (b) Fe
3 O 4 setelah di
27 oven dan dihaluskan (c) Hasil Furnance mineral magnetik (Fe O ) yang diambil dari pasir besi
3
4
2 O 3 ) melalui proses
menjadi mineral hematit (α-Fe sintering
Gambar 3.2 Mixing bahan pada vial HEM28 Gambar 3.3 Alat HEM (High Energy Milling) TOSHIBA
31 Gambar 3.4 Alat Furnance AdvancedKL-600
31 Gambar 3.5 Alat XRD (X-Ray Diffraction) PHILIPS Panalytical
34 Empyrean PW1710
Gambar 3.6 (a) Preparasi sampel pada hand blower34 Microscopy)SU3500 HITACHI
Gambar 3.8 Preparasi Sampel VSM6 O
6 Fe
52 Gambar 4.16 Kurva histerisis BaAl
19
6 O
3 Fe
3 Al
52 Gambar 4.15 Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel BaNi
19
3 Fe
19
3 Al
51 Gambar 4.14 Pola difraksi sinar-X BaNi
19
6 O
3 Fe
3 Al
50 Gambar 4.13 BaNi
19
6 O
6 O
54 Gambar 4.17 Kurva histerisis BaNi 0,5 Al 5,5 Fe
2 Al
56 Gambar 4.20 Kurva histerisis BaNi
19
6 O
6 Fe
57 Gambar 4.21 Reflection loss BaAl
19
6 O
3 Fe
3 Al
19
6 O
6 O
4 Fe
2
Al55 Gambar 4.19 Kurva histerisis BaNi
19
6 O
5 Fe
55 Gambar 4.18 Kurva histerisis BaNiAl
19
4 Fe
49 Gambar 4.12 Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel BaNi
37 Gambar 3.9 Alat VSM (Vibrating Sample Magnotemeter)
6 Fe
19
6 O
44 Gambar 4.5 Pola difraksi sinar-X BaNi 0,5 Al 5,5 Fe
19
6 O
43 Gambar 4.4 BaNi 0,5 Al 5,5 Fe
19
6 O
43 Gambar 4.3 Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel BaAl
6 O
19
6 O
6 Fe
42 Gambar 4.2 Pola difraksi sinar-X sampel BaAl
19
6 O
6 Fe
40 Gambar 4.1 BaAl
38 Gambar 3.10 Alat VNA ADVANTEST R3770 300 kHz-20 GHz
45 Gambar 4.6 Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel BaNi 0,5 Al 5,5 Fe
19
19
19
6 O
4 Fe
2 Al
49 Gambar 4.11 Pola difraksi sinar-X BaNi
19
6 O
4 Fe
2 Al
48 Gambar 4.10 BaNi
6 O
45 Gambar 4.7 BaNiAl
5 Fe
47 Gambar 4.9 Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel BaNiAl
19
6 O
5 Fe
47 Gambar 4.8 Pola difraksi sinar-X BaNiAl
19
6 O
5 Fe
58
Gambar 4.24 Reflection loss BaNI Al Fe6O60
2
4
19 Gambar 4.25 Reflection los s BaNi
3 Al
3 Fe6O
19
60 Gambar 4.26 Hasil karakterisasi XRD bahan BaNixAl 6-x Fe
6 O
19
62 Gambar 427 Kurva histerisis material ferromagnetik
63 Gambar 4.28 Ilustrasi sifat magnetik hasil rekayasa struktur dari
64 bahan BaNiAlFeO
19 Gambar 4.29 Kurva histerisis sampel BaNi x Al 6-x Fe
6 O
19
64 Gambar 4.30 Skematik proses absorpsi gelombang
65 elektomagnetik
Gambar 4.31 Kurva RL gelombang EM pada sampel66 BaNi Al Fe O
x 6-x
6
19 Gambar 4.32 Identifikasi fasa pola difraksi Sinar-X sampel
67 BaNiAl
5 Fe
6 O
19 Gambar 4.33 Foto hasil pengamatan morfologi partikel sampel
67 BaNiAl
5 Fe
6 O
19 Gambar 4.34 Kurva histerisis sampel BaNiAl
5 Fe
6 O
19
68 Gambar 4.35 Hasil uji absorpsi gelombang elektromagnetik
69 sampel BaNiAl Fe O
5
6
19 Nomor Lamp
Judul Halaman 1.
6 O
19
6 O
x Al 6-x Fe
88 6. Lampiran F Hasil VNA Sampel BaNi
19
6 O
BaNi x Al 6-x Fe
87 5. Lampiran E Hasil VSM Kurva Histerisis Sampel
19
5 Fe
Lampiran A Gambar Bahan Dan Alat Penelitian
84 4. Lampiran D HasilSEM/EDS Sampel BaNiAl
19
6 O
Sampel BaNi x Al 6-x Fe
82 3. Lampiran C Hasil XRD Menggunakan MATCH
19
6 O
BaNi x Al 6-x Fe
79 2. Lampiran B Stokiometri wt% Sampel
90 HEM : High Energy Milling
XRD : X-Ray Diffraction SEM : Scanning Electron Microscopy
VSM : Vibrating Sample Magnetometer
VNA : Vector Network Analyzer RL : Refflection Loss