BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Pengertian Magnet Magnet merupakan suatu material yang mempunyai suatu medan magnet

B. Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk perangkat elektronika seperti bel listrik, telepon, dan mikrofon. Suatu bahan bersifat magnet jika momen magnet memiliki arah yang sama ( tersusun teratur). Pada logam yang bukan magnet, momen magnetnya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur) sehingga efeknya saling meniadakan yang mengakibatkan tidak adanya kutub-kutub magnet pada ujung logam. Setiap magnet memiliki dua kutub magnet, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet. Kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutub magnet. Benda

dapat

dibedakan

menjadi

dua

macam

berdasarkan

sifat

kemagnetannya yaitu benda magnetik dan benda non-magnetik. Benda magnetik adalah benda yang dapat ditarik oleh magnet, sedangkan benda non-magnetik adalah benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet . Contoh benda magnetik adalah logam seperti besi dan baja, namun tidak semua logam dapat ditarik oleh magnet, sedangkan contoh benda non-magnetik adalah oksigen cair. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1 weber/m2 = 1 tesla) yang mempengaruhi luasan satu meter persegi (Afza, 2011).

2.2

Medan Magnet Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan

adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan pada titik tersebut.

Universitas Sumatera Utara

6

2.3

Material magnet Bahan magnet dapat digolongkan menjadi dua yaitu yang lunak dan yang

keras. Bahan magnet yang lunak dibuat agar mempunyai permeability yang maksimum dan kerugian histerisis yang lebih rendah dan juga kerugian arus eddy yang rendah. Besi silicon adalah salah satu bahan magnet yang paling terkenal, dan sifat-sifatnya telah diperbaiki untuk menumbuhkan Kristal pada arah kemagnetan yang mudah. Bahan magnet yang keras dapat diwakili oleh paduan alnico dengan hasil inersi tinggi, yang dapat ditingkatkan lebih lanjut oleh perlakuan panas dalam medan magnet. (Prof.Ir.Tata surdia, 2005)

2.4

Bahan Magnetik Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan

dalam komponen pembentuknya. Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan, bahan dapat digolongkan menjadi 5 yaitu:

2.4.1

Bahan Diamagnetik Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis

masing-masing atom/ molekulya adalah nol, tetapi medan magnet akibat orbit dan spin elektronnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan mengubah gerakannya sedemikian rupa sehingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan dengan medan magnet luar tersebut. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron. Karena atom mempunyai elektron orbital, maka semua bahan bersifat diamagnetik. Suatu bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas bahan ini: µ<

dengan suseptibilitas magnetik bahan:

Nilai bahan diamagnetik mempunyai orde -10-5m3/kg. Contoh bahan diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng.


7

2.4.2

Bahan Paramagnetik Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis

masing-masing atom/ molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom/ molekul dalam bahan nol, hal ini disebabkan karena gerakan atom/ molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. (Halliday & Resnick, 1989). Di bawah pengaruh medan eksternal, mereka mensejajarkan diri karena torsi yang dihasilkan. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar.

Gambar 2.1 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik sebelum diberi medan magnet luar

Bahan ini jika diberi medan magnet luar, elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar.

Gambar 2.2 Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah diberi medan magnet luar


8

Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan paramagnetik, medanB yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya dalam hampa udara. Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif dan berada dalam rentang 10-5 sampai 10-3 m3/Kg, sedangkan permeabilitasnya adalah µ>

. Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram.

2.4.3. Bahan Ferromagnetik Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar. Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar.

Gambar 2.3 Arah domain dalam bahan ferromagnetik.

2.4.4

Bahan Antiferromagnetik Jenis ini memiliki arah domain yang berlawanan arah dan sama pada

kedua arah. Arah domain magnet tersebut berasal dari jenis atom sama pada suatu kristal. Pada unsur dapat ditemui pada unsur cromium, tipe ini memiliki arah domain yang menuju dua arah dan saling berkebalikan. Jenis ini memiliki temperature curie yang rendah sekitar 37ºC untuk menjadi paramagnetik.


9

Gambar 2.4. Arah domain dalam bahan anti ferromagnetik

2.4.5

Bahan Ferrimagnetik Jenis tipe ini hanya dapat ditemukan pada campuran dua unsur antara

paramagnetic dan ferromagnetik seperti magnet barium ferit dimana barium (Ba) adalah jenis paramagnetik dan ferit (Fe) adalah jenis unsur yang termasuk dalam kategori ferromagnetik .

Gambar 2.5 Arah domain dalam bahan ferrimagnetik.

2.5

Domain Magnet Domain adalah derah-daerah mikroskopik magnetik tempat atom-atom

tersusun atau terkelompokkan. Dalam magnetik kristal, sebuah kristal dapat disusun oleh beberapa domain yang dipisahkan oleh dinding domain. Domaindomain tersebut terorientasi dalam arah random hingga mengalami magnetisasi dalam medan eksternal. Jika bahan ferromagnetik diberi medan magnet luar, maka domain-domain tersebut akan terorientasi dan menghasilkan medan magnetik. Jika magnetisasi domain ini tetap (tidak berubah) sekalipun medan eksternalnya dihilangkan, maka bahan tersebut dikatakan “permanently magnetized”. Sebuah


10

bahan magnet dapat berubah menjadi bahan non-magnetik, jika bahan tersebut dipanaskan sampai pada temperatur tertentu hingga terjadi perusakan daerahdaerah domain. Temperatur dimana sifat magnetik mengalami perubahan disebut dengan titik Curie.

2.6

Jenis Magnet Permanen Produk

magnet

permanen

ada

dua

macam

berdasarkan

teknik

pembuatannya yaitu magnet permanen isotropi dan magnet permanen anisotropi.

Gambar 2.6 Arah partikel pada magnet isotropi dan anisotropi (a) Arah partikel acak (Isotrop) (b) Arah partikel searah (Anisotrop) (Masno G, dkk, 2006).

Magnet permanen isotropi magnet dimana pada proses pembentukkan arah domain magnet partikel-partikelnya masih acak, sedangkan yang anisotropi pada pembentukkan dilakukan di dalam medan magnet sehingga arah domain magnet partikel-partikelnya mengarah pada satu arah tertentu seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 untuk membedakan isotropi dan anisotropi. Magnet permanen isotropi memiliki sifat magnet atau remanensi magnet yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan magnet permanen anisotropi.

2.7

Kurva Histerisis Kurva ini adalah karaterisasi kebergantungan magnetisasi (M) terhadap H.

Hasil pengukurannya diperoleh informasi tentang medan saturasi, remanensi dan coercivitas yang ketiganya berkaitan dengan sifat bahan dalam aplikasi medan


11

magnetik dan ataupun medan listrik. Dalam tulisan ini akan disarikan kaitannya dengan magnetik. Dalam bahasa sederhana ketiga istilah saturasi, remanensi dan coercivitas dapat dituliskan sebagai berikut: Saturasi adalah magnetisasi bahan yang tidak mengalami perubahan sekalipun medan aplikasi diperbesar (pada kondisi medan aplikasi tertentu magnetisasi bahan tidak berubah). Termagnetisasi penuh atau terisi penuh (dalam kasus muatan: sudah stagnan dan tidak mengalami perubahan lagi karena sudah penuh). Remanensi (sisa) adalah magnetisasi sisa ketika medan aplikasi magnetik ditiadakan (H=0). Dalam bahasa teknik diartikan sebagai informasi (energi) yang masih tersisa dalam media penyimpan data setelah terhapus. Dalam rangkaian magnetik, remanensi dapat diartikan sebagai induksi magnetik sisa dalam rangkaian magnetik walaupun aplikasi gaya magnetik dihilangkan. Kehadiran kolom udara (air gap) dalam rangkaian akan menyebabkan Medan remanensi lebih kecil daripada medan induksi sisa (Br).

Gambar 2.7 Hysteresis loop (atas) untuk bahan magnet terorientasi (kiri) dan bahan magnet isotropik (kanan)

Coercivitas

adalah

ketahanan

bahan

magnetik

untuk

mengubah

magnetisasinya, atau besarnya kuat medan magnetik yang diaplikasikan untuk mendemagnetisasi (mengurangi magnetisasi bahan menjadi nol) bahan dari keadaan termagnetisasi saturasi, atau daya yang diperlukan untuk memagnetisasi atau mendemagnetisasi magnet permanen yang diukur dalam MegaGauss Oersted (MGO). Dalam aplikasi teknik dapat diartikan untuk menunjukkan seberapa kuat medan yang digunakan untuk mempengaruhi data magnetic yang dikodifikasikan


12

dalam strip magnetik atau seberapa kuat medan magnet aplikasi untuk mengkodifikasikan informasi dalam magnetik strip. Besaran ini biasanya diukur dalam Oersted (Oe). Istilah lain yang sering digunakan untuk menyatakan koercifitas rendah atau tinggi adalah LoCo dan HiCo. Kurva histeresis loop antara B dan H biasanya disebut histeresis loop normal, sedangkan kurva histeresis loop antara M dan H atau antara J (=µ M) dan H disebut dengan hysteresis loop intrinsik, sedemikian sehingga dalam intrinsik terdapat BrJ, HcJ, J atau M.

2.8

Praseodymium Pada tahun 1885 Carl Welsbach, yang telah menemukan 'didymium' 14

tahun sebelumnya, menyadari itu sebenarnya merupakan campuran dari dua elemen yang sama sekali baru yaitu praseodymium dan neodymium. Logam murni praseodymium pertama kali diproduksi pada tahun 1931.( John Emsley, 2003). Praseodymium (Pr) adalah unsur kimia yang pada tabel susunan berkala termasuk kedalam kelompok unsure lantanida dan dikenal sebagai unsure tanah jarang yang memiliki nomor atom 59 serta konfigurasi electron terluarnya adalah [Xe] 4f3 6s2.

2.9

Besi Besi adalah unsur kimia dengan simbol Fe (dari bahasa Latin: zat besi).

Dan nomor atom 26 Ini merupakan logam dalam transisi deret pertama. Ini adalah massa elemen paling umum di Bumi, membentuk banyak inti luar dan dalam bumi. Dari mineral- mineral bijih besi magnetite adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematite merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi.

2.10

Boron Boron merupakan unsur yang sangat keras dan menunjukkan sifat

semikonduktor, dan sangat tahan terhadap panas. Boron dalam bentuk kristal yang sangat reaktif.


13

2.11

Sifat Magnet PrFeB

2.11.1 Sifat Fisis Magnet Sifat fisis magnet PrFeB bedasarkan MQP Product Specification tipe MQP 16-7 Part No 20068-070, adalah seperti pada tabel dibawah ini : Tabel 2.1 Sifat Fisis Magnet PrFeB Residual Induction, Br ( mT )

940- 980

Energy product, (BH)max ( kJ/m3 )

114- 130

Intrinsic Coercitivity, Hci ( kA/m)

525- 606

Temperature Coefficient of Br ( % / 0 C )

-12

Temperature Coefficient of Hci ( % / 0 C )

-0,52

Curie Temperature , Tc ( 0 C )

291

Maximum Operating Temperature ( 0C)

80- 120

Maximum Process Temperature ( 0C)

250

Density (theoretical) ( g/cm3 )

7,61

(Sumber = http://www.mqitechnology.com/downloads/powder_datasheet _PDF/MQP-16-7-20068-070-pds.pdf ) Sifat-sifat kemagnetan permanen magnet (hard ferrite) dipengaruhi oleh kemurnian bahan, ukur bulir(grain size), kepadatan(density )dan orientasi kristal.

2.12

Teknik Pembuatan Magnet Magnet Permanen biasanya dibuat dengan cara teknologi logam serbuk

( powder metallurgy). Namun, pada penelitian ini dilakukan dengan teknik bonded magnet . Sebenarnya magnet ini dapat dibuat dengan 3 cara, yaitu : 1. Teknik Sintering Adalah teknik dengan cara teknologi logam serbuk yaitu dengan cara milling, dicetak, sintering, surface treatment, magnetisasi dan dihasilkan produk akhir. Magnet yang dihasilkan dengan teknik ini menghasilkan energy produk ( BH max) yang paling tinggi. 2. Teknik Compression Bonded Lebih dikenal dengan istilah bonded magnet , yaitu teknik dengan cara mencampurkan serbuk ( PrFeB ) dengan suatu binder, dikompaksi dan


14

kemudian dipanaskan. Energi produk yang dihasilkan dengan teknik ini lebih rendah bila dibandingkan dengan cara teknik sintering. Akan tetapi, kelebihan teknik ini yaitu mudah dibentuk dan menggunakan suhu rendah pada prosesnya. ( Candra Kurniawan, 2013). 3. Teknik Injection Molding Yaitu dengan cara mencampurkan serbuk dengan suatu binder dan kemudian diinjeksi. Energi produk yang dihasilkan dengan cara teknik ini lebih rendah dibandingkan dengan teknik sintering dan teknik Compression bonded . ( Novrita Idayanti, 2006).

2.13

Magnet Komposit Pengertian magnet komposit terdiri dari dua bahan yang berbeda yang

digabung atau dicampur secara makroskopis. Pada umumnya magnet komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serbuk bahan magnet dan bahan pengikat serbuk yang disebut matrik. Magnet komposit ini dibuat dengan pencampuran serbuk bahan magnet dengan pengikat bahan bukan magnet, seperti semen portland, polimer, dengan komposisi yang diinginkan didalam alat pencampur . (Karokaro, 2002). Pada serbuk magnet inilah yang akan menentukan karakterisasi dari magnet komposit, seperti sifat mekanik, sifat fisis yang lainnya. Sedangkan jumlah elemen serbuk magnet didalam komposit akan sangat menentukan kekuatan medan magnet dari magnet komposit, karena banyak sedikitnya bahan pengikatnya akan mempengaruhi sifat magnet. (LihJiun Yu, 2012). Pada magnet komposit, sifat-sifat struktur yang dibentuknya masih terlihat jelas. Pada magnet komposit dapat dibuat menjadi rigid atau elastis, tergantung pada bahan campuran yang digunakan. Sifat-sifat yang dapat diatur oleh perbandingan campuran adalah kekuatan dan kedap air. Apabila bahan campuran pada magnet komposit yang bersifat elastis seperti karet alam, maka akan didapatkan magnet komposit yang bersifat elastis. (Sudirman, 2002). Pada dasarnya magnet komposit yang memiliki sifat rigit mempunyai kelebihan dalam sifat mekaniknya yang tidak mudah pecah, sedangkan magnet komposit yang memiliki sifat elastis mempunyai kelebihan dalam sikap mekaniknya adalah memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Dimana keunggulan


15

yang dimiliki oleh magnet komposit adalah pengabunggan dari sifat-sifat unggul masing-masing pembentuknya. (Hadi, 2000).

2.14

Jenis Bahan Jenis bahan ini dibagi menjadi dua kelompok utama diantaranya :

2.14.1 Bahan Logam Logam dalam bahasa yunani adalah metallon yang merupakan unsur kimia yang membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, atau mirip dengan kation pada awan elektron. Logam juga di kenal karena konduktivitas termalnya dan listrik yang tinggi tidak tembus cahaya dan relatif berat. Disebabkan karena beberapa elektron terdislokalisir dan dapat meninggalkan atom induknya, yang menyebabkan mudah dapat memindahkan muatan listrik dan energi termal. Ikatan logam terjadi karena adanya saling meminjamkan elektron, namun proses ini tidak hanya terjadi antara dua atau beberapa atom tetapi dalam jumlah yang tidak terbatas. Setiap atom memberikan elektron valensinya untuk digunakan bersama, sehingga terjadi ikatan atau tarik menarik antara atom-atom yang saling berdekatan.

( Imam Muklisin, 2013).

2.14.2 Bahan Polimer Polimer atau polimerisasi berasal dari dua kata yaitu poli dan meros. Poli berarti banyak sedangkan meros berarti bagian, polimer berarti banyak bagian, terdiri dari banyak monomer yang membentuk polimer atau blok yang dihubungkan dengan ikatan-ikatan kovalen. ( Billmeyer, Fred W, 1994) Polimer tersusun atas monomer, monomer tersebut lah yang dihubungkan melalui suatu reaksi dimana dua molekul berikatan secara kovalen satu sama lain melalui pelepasan satu molekul air. Memiliki ciri berat jenis yang rendah dan dapat digunakan sebagai isolator panas dan listrik. Disebabkan karena mempunyai afinitas untuk menarik atau mebagi elektron tambahan, berbeda dengan logam yang memiliki elektron yang dapat berpindah-pindah. Berdasarkan efek suhu terhadap sifatnya, polimer dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu termoplastik dan termoset . (Syarief dan Isyana, 1989).


16

Termoplastik, sifatnya mirip logam, meleleh jika dipanaskan dan mengeras jika didinginkan. Proses pengerasan dan pelelehan ini bias berlangsung berulang-ulang sesuai keinginan kita. Beberapa contoh dari polimer termoplastik diantaranya nylon, polypropylene dan ABS. (Syarief dan Isyana, 1989) Termoset terbentuk melalui reaksi kimia secara in- situ, dimana setelah resin dan hardener dicampur maka akan terjadi proses pengerasan (polimerisasi). Sekali terjadi pengerasan, termoset tidak dapat lagi dicairkan ataupu dibentuk kembali. Selama proses curingnya, termoset akan membentuk rantai molekul tiga dimensi yang disebut dengan cross-linking.Semakin tinggi jumlah crosslinkingnya mka material tersebut akan semakin rigid dan stabil dan stabil secara termal. Beberapa contoh dari material resin yang digunakan dalam komposit termoset diantaranya adalah epoxy, polyester, vinylester, phenolic, cynate esters, bismaleimides, dan polyimides. (Mazumdar dan Sanjay, 2002).

2.15

Resin Epoksi Resin epoksi adalah suatu molekul polimer perantara yang mengandung

paling sedikit dua gugus epoksi, yaitu sebagai "resin" dan "pengeras". Resin ini terdiri dari monomer atau polimer rantai pendek dengan kelompok epoksida di kedua ujung. Epoxy resin Paling umum yang dihasilkan dari reaksi antara epiklorohidrin dan bisphenol-A, meskipun yang terakhir mungkin akan digantikan dengan bahan kimia yang serupa. Proses polimerisasi disebut "curing", dan dapat dikontrol melalui suhu, pilihan senyawa resin dan pengeras, dan rasio kata senyawanya; proses dapat mengambil menit untuk jam Gugus epoksi yaitu suatu cincin tiga atom yang terdiri dari sebuah atom oksigen yang ikatan silang (cross link) dengan harderner melalui pembukaan cincin epoksi. Karakteristiknya yang menonjol adalah kemampuan untuk merekat pada semua jenis permukaan.Keuntungan menggunakan epoxy sebagai perekat, yaitu : 1.

Bahan-bahan tersebut tahan terhadap suhu ruangan

2. Memiliki viskositas yang rendah 3. Memiliki resistansi terhadap kimia 4. Tingkat absorbsi air yang rendah


17

Aplikasi epoxy bermacam-macam seperti untuk perekat yang sangat keras. Bahan ini juga digunakan sebagai aplikasi lapisan permukaan lantai dan lapisan untuk aplikasi service yang keras. Sifat pelekatannya membuat bahan ini menjadi pilihan material isolasi yang baik, ( keduanya untuk panas dan isolasi akuistik) yang aplikasinya pada sayap dan badan pesawat terbang. Bahan ini juga digunakan untuk shock resistansi untuk helm pada pilot, pembalap mobil, dan balap motor. ( Rudy Setiabudi, 2007 ).

2.16

Pengaruh Temperatur Terhadap Magnet Permanen Magnet PrFeB mudah didemagnetisasi pada temperatur tinggi, ini artinya

mudah hilang sifat kemagnetannya pada temperatur tinggi. Sifat kemagnetannya akan turun pada temperatur tinggi, tetapi akan meningkat pada temperatur rendah. Pada tabel 2.1 dapat dilihat bahwa temperatur operasi adalah antara 80-1200 C . Beberapa cara yang dapat mempengaruhi agar magnet ini dapat digunakan pada temperatur tinggi yaitu bentuk geometri. Magnet dengan bentuk yang lebih tipis akan mudah didemagnetisasi dibandingkan dengan magnet dengan bentuk yang lebih tebal. Bentuk magnet piring datar dan yokes lebih direkomedasikan untuk digunakan pada temperatur tinggi. ( Novrita idayanti, Dedi, 2006).

2.17

Karakterisasi

2.17.1 Sifat Fisis 2.17.1.1Densitas Salah satu sifat yang penting dari suatu bahan adalah densitas. Densitas didefenisikan sebagai massa persatuan volum. Jika suatu bahan yang materialnya homogeny bermassa m memiliki volume v , densitasnya ρ adalah

ρ≡

(2.1)

dengan : ρ = Densitas ( g/cm3 ) m = Massa sampel ( g) v = Volume sampel ( cm3 )


18

Secara umum, densitas suatu bahan tergantung pada factor lingkungan seperti suhu dan tekanan. ( Young D.Hugh, 2002) Dalam pelaksanaannya, terkadang sampel yang diukur mempunyai ukuran bentuk yang tidak teratur sehingga untuk menentukan volumneya menjadi sulit, mengakibatkan nilai kerapatan yang diperoleh tidak akurat. Untuk menentukan rapat massa ( bulk density) dari suatu bahan mengacu pada standar ( ASTM C 373) . Oleh karena itu untuk menghitung nilai densitas suatu material yang memiliki bentuk yang tidak teratur digunakan metode Archimedes yang persamannya sebagai berikut :

(2.2) Dengan : ρ

= Densitas Sampel (g/cm3 )

ρair

= Densitas Air (g/cm3 )

Mk

= Massa sampel kering (g)

Mb

= Massa sampel basah (g)

2.17.2 Analisis Mikrostruktur 2.17.2.1SEM ( Scanning Electron Microscope) Scanning Electron Microscope atau SEM merupakan mikroskop electron yang banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan material. SEM banyak digunakan karena memiliki kombinasi yang unik, mulai dari persiapan specimen yang simple dan mudah, kapabilitas tampilan yang bagus serta flesibel. SEM digunakan pada sampel yang tebal dan memungkinkan untuk dianalisis permukaan. Pancaran berkas yang jatuh pada sampel akan dipantulkan dan didifraksikan. Adanya elektron yang terdifraksi dapat diamati dalam bentuk polapola difraksi. Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu mencapai 200 nm sedangkan elektron bias mencapai resolusi sampai 0,1- 0,2 nm. Dibawah ini diberikan perbandingan hasil gambar mikroskop cahaya dengan elektron.


19

Disamping itu, dengan menggunakan elektron juga bisa mendapatkan beberapa jenis pantulan yang berguna untuk keperluan karakterisasi. Jika elektron mengenai suatu benda maka akan timbul dua jenis pantulan yaitu pantulan elastis dan pantulan non elastis. Pada sebuah mikroskop electron (SEM) terdapat beberapa peralatan utama antara lain : 1. Piston elektron, biasanya berupa filament yang terbuat dari unsur yang mudah melepas elektron missal tungsten. 2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang bermuatan negatif dapat dibelokkan oleh medan magnet. 3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul udara yang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar

oleh

tumbukan

sebelum

mengenai

sasaran

sehingga

menghilangkan molekul udara menjadi sangat penting. Prinsip kerja dari SEM sebagai berikut : 1. Sebuah piston electron memproduksi sinar electron dan dipercepat dengan anoda. 2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel 3. Sinar electron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai 4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor ( CRT) Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X, sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal backscattered electron . Elektron sekunder menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa, permukaan yang tinggi berwarna lebih cerah dari permukaan rendah. Sedangkan backscattered electron memberikan perbedaan berat molekul dari atom-atom yang menyusun permukaan, atom dengan berat molekul tinggi akan berwarna lebih cerah daripada atom dengan berat molekul rendah. Berdasarkan jenis pantulan, SEM terbagi 2 jenis, yaitu :


20

1. Elektron Sekunder Pada SEM digunakan berkas elektron yang dibangkitkan dari filamen, lalu diarahkan pada sampel. Untuk elektron yang energinya dibawah 50 keV berinteraksi langsung dengan elektron pada atom sampel di permukaan. Akibatnya elektron-elektron yang ada dikulit terluar atom pada permukaan sampel terlempar ke luar dan oleh detektor dikumpulkan dan dihasilkan gambar topografi permukaan sampel. Oleh karena elektron sekunder memiliki kerapatan yang tinggi sebelum mereka memperoleh kesempatan untuk menyebar, maka elektron sekunder ini memiliki resolusi ruang ( spatial) yang tinggi dibandingkan dengan signal yang lain yang mungkin timbul akibat interaksi berkas elektron ini dengan sampel. Elektron sekunder membawa hanya sedikit informasi tentang komposisi unsure

dari sampel, namun bagaimanapun sensitivitas topografi dan resolusi

ruang yang tinggi mereka menyebabkan elektron sekunder ini dipakai untuk memperoleh bayangan mikroskopik. Karena alasan sensitivitas topografi inilah maka bayangan yang dihasilkan dari elektron sekunder sangat mudah diinterprestasikan secara visual karena gambar yang dihasilkan sama dengan lokasinya, itulah sebabnya lekuk-lekuk permukaan sampel dapat dilihat dengan SEM. 2. Elektron Terhambur ( Backscattered electron-BSE) Jika elektron primer ( elektron dari berkas yang datang ) berinteraksi dengan inti atom atau satu elektron dari atom sampel, elektron primer ini dapat dipantulkan ke suatu arah dengan mengalami sedikit kehilangan energi. Sebagian dari beberapa elektron terhambur ini dapat saja mengarah keluar sampel sehingga setelah beberapa kali hamburan dapat dideteksi. Elektron terhambur ini lebih energik dibandingkan dengan elektron sekunder meskipun sudah terpendam didalam sampel masih dapat dipantulkan. Oleh karena itu, bila dibandingkan dengan elektron sekunder, signal elektron terhambur tidak dapat memberikan informasi tentang topografi sampel dan juga resolusi ruang pada sampel. Namun, terdapat keuntungan sebagai konpensasi antara satu sama yang lain. Jika nomor atom dalam sampel semakin besar maka besar gaya pantulan inti positifnya lebih besar sehingga elektron terhambur ini dapat memberikan juga informasi tentang komposisi sampel.


21

2.17.3 Sifat Magnet 2.17.3.1VSM ( Vibrating Sample Magnetometer) Vibrating sampel magnetometer mempunyai komponen yang dapat dibedakan berdasarkan fungsi dan sifat fisisnya. Komponen-komponen tersebut tersusun membentuk satu set perangkat VSM yang menjalankan fungsinya masing-masing. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar 2.8

Gambar 2.8. Komponen vibrating sampel magnetometer (VSM).

Berdasarkan gambar 2.8 dapat diuraikan beberapa komponen dari vibrating sampel magnetometer (VSM), yaitu: 1. Kepala generator Sebagai tempat melekatnya osilasi sampel yang dipindahkan oleh transduser piezoelectric. 2. Elektromagnet atau kumparan hemholtz Berfungsi untuk menghasilkan medan magnet untuk memagnetisasi sampel dan mengubahnya menjadi arus listrik. Resonansi sampel oleh transduser piezoelectric juga dilairkan kebagian ini dengan capaian frekuensi sama dengan 75 Hz. 3. Pick-up coil Berfungsi untuk mengirim sinyal listrik ke amplifier. Sinyal yang telah diinduksi akan ditransfer oleh pickup coil ke input diferensial dari lock-in amplifier. Sinyal dari pick-up koil terdeteksi oleh lock-in amplifier diukur sebagai


22

fungsi dari medan magnet dan memungkinkan kita untuk mendapatkan loop histeresis dari sampel diperiksa. Untuk osilasi harmonik dari sampel, sinyal (e) induksi di pick-up coil sebanding dengan amplitudo osilasi (K), frekuensi osilasi sampel (ω) dan momen magnet (m) dari sampel yang akan diukur pada vibrating sampel magnetometer (VSM). 4. Sensor hall Digunakan untuk mengubah dan mentransdusi energi dalam medan magnet menjadi tegangan (voltase) yang akan menghasilkan arus listrik. Sensor hall juga digunakan untuk mengukur arus tanpa mengganggu alur arus yang ada pada konduktor. Pengukuran arus ini akan menghubungkan sensor hall dengan teslameter. 5.

Sensor kapasitas Berfungsi memberikan sinyal sebanding dengan amplitudo

osilasi sampel dan persediaan tegangan untuk sistem elektronik yang menghasilkan sinyal referensi. Selanjutnya sinyal akan diberikan kepada masukan referensi dari lock-in amplifier. Output konverter digital akan dikirim ke analog (DAC1out) dan output digital (D1out) dari lock-in akan mengontrol penguat arus yang mengalir melalui elektromagnet dan menunjukkan arahnya masing-masing. Selain itu, VSM juga memiliki beberapa komponen pendukung misalnya teslameter yang berfungsi untuk mengukur medan magnet berdasarkan sinyal yang di transdusi oleh sensor hall. Alat pendukung lainnya yaitu voltmeter yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik yang dikirim oleh pick up koil ke amlpifier VSM.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents