Kata kunci: Mechanical alloying, absorbsi, hexagonal, koefisien refleksi

PENINGKATAN SIFAT KEMAGNETAN MELALUI EFEK SUBSITUSI PARSIAL ION LA PADA MATERIAL KOMPOSISI (Ba1-xLax)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) SEBAGAI MATERIAL PENYERAP GELOMBANG MIKRO Shelvia Affifatus Sholikhah, Azwar Manaf Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ABSTRAK Paduan (Ba1-xLax)O 6(Fe2-yMn!!Ti!!O3) (x=0,05; 0,10; 0,15; 0,2 dan y=0,2; 0,4; 0,6; 0,8; dan 1.0) telah berhasil dibuat melalui proses paduan mekanik (mechanical alloying). Penilitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh substitusi ion Lantanum (La) terhadap sifat magnetik bahan. Material (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2-yMn!!Ti!!O3) dipilih untuk subsitusi parsial oleh ion Mn dan Ti untuk mengetahui pengaruh terhadap sifat magnetik dan absorbsi bahan. Pembentukan fasa material (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2-yMn!!Ti!!O3) pada suhu 11000C selama 20 jam. Identifikasi puncak difraksi sinar-X dari material pemaduan mekanik dan sinterring menunjukkan bahwa paduan (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2! ! yMn ! Ti ! O3) telah terbentuk fasa tunggal dengan sistem kristal hexagonal. Evaluasi material mencakup parameter kisi, magnetik dan karakteristik serapan gelombang mikro pada rentang frekuensi 9-13 GHz. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa terjadi serapan gelombang pada frekuensi 10.90 Ghz dengan nilai return loss sebesar -7.71 dB. Keberadaan ion Mn dan ion Ti mampu memperlebar frekuensi serapan terutama pada daerah S-band Kata kunci: Mechanical alloying, absorbsi, hexagonal, koefisien refleksi ABSTRACT (Ba1-xLax)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) compounds (x = 0.05, 0.10, 0.15, 0.2 and y= 0.2, 0.4, 0.6; 0.8; and 1.0) has been created through a process of mechanical alloying. The aim of this research is to determine the effect of La ions substituted Ba that affected to the magnetic properties of materials. Material (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2yMny/2Tiy/2O3) formulas selected for partial substitution by Mn and Ti ions to determine the effect of the magnetic properties and absorption materials. Material (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) has been sintered at 11000C temperature for 20 hours. Identification of X-ray diffraction peaks of material showed that the alloy of (Ba0.85La0.15)O .6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) has formed a single phase with hexagonal structure. The lattice parameters, magnetic and microwave absorption characteristics in the frequency range of 9-13 GHz also have been investigated. The best microwave absorption occurs at 10.90 GHz by return loss value at 7.71 dB. The presence of Mn and Ti ions are able to enhance the bandwidth of microwave absorption frequency in the S-Band area. Keywords: Mechanical alloying, absorbtion, hexagonal, reflection coefficient.

1

Universitas Indonesia

Peningkatan Sifat ..., Shelvia Affifatus Sholikhah, FMIPA UI, 2013

Pendahuluan Kebutuhan manusia yang bertambah kompleks dari waktu ke waktu memperbesar tuntutan terhadap produk teknologi. Barium hexaferrite dengan struktur (BaFe12O19) merupakan produk yang menjanjikan sebagai material magnetik permanen, karena memiliki anisotropi kristalin magnet yang cukup besar, koersifitas yang tinggi, temperatur curie yang tinggi, magnetization dengan saturasi tinggi, stabilitas kimia yang tinggi, serta ketahanan terhadap korosi. Barium hexaferrite biasanya digunakan sebagai aplikasi elektronik seperti recording media yang bebas dari interferensi elektromagnet (Ahmad Nuruddin, 2010). Seiring dengan perkembangan teknologi elektronik dan informasi yang sangat pesat dapat diperkirakan dapat mengakibatkan gangguan oleh pembawa gelombang elektromagnetik (EM) dengan frekuensi ultra tinggi (GHz). Dengan demikian gangguan ini dapat menjadi ancaman pada sistem peralatan berbasis elektronik seperti sistem pengontrol elektronik dan sistem keamanan peralatan yang sangat vital tetapi juga dapat mengancam kesehatan dan keamanan manusia. Gelombang mikro dalam rentang frekuensi 1-20Ghz umumnya digunakan untuk komunikasi nir kabel dan pada masa mendatang penggunaan frekuensi tersebut akan semakin intensif (Tyagi sachin et all, 2011). Pemilihan !

xLaxO).6(Fe2-yMn

!

material !

Ti O3) !

barium

hexaferrite

dengan

komposisi

(Ba1-

dipilih dengan asumsi dapat meningkatkan sifat

kemagnetan dengan subsitusi ion La sedangkan subsitusi ion Mn dan Ti dapat menjadikan material barium hexaferrite dapat digunakan sebagai material penyerap gelombang mikro. nilai rasio molaritas x dan y yang berbeda-beda, yakni x= 0,05; 0,1; 0,15; dan 0,2 sedangkan untuk rasio y yaitu 0.2; 0,4; 0,6; 0.8; dan 1,0. Fokus penelitian ini adalah mempelajari struktur, sifat kemagnetan, dan absorber pada material Barium Hexaferrite yang diakibatkan oleh subsitusi parsial !

!

!

!

pada bahan (Ba1-xLaxO).6(Fe2-yMn Ti O3) dengan memvariasikan temperatur sinterring untuk melihat peningkatan sifat kemagnetan yang didasarkan pada peningkatan subsitusi ion La terhadap material Barium Hexaferrite.

2



Adapun tujuan penelitian ini yaitu: 1. Mempelajari pengaruh substitusi paion Mn-Ti pada material rsial wt% ion Ba oleh ion La dan ion Fe oleh ion Mn-Ti pada material (Ba1-xLaxO).6(Fe2!

!

yMn ! Ti ! O3)

terhadap parameter kisi

2. Mempelajari pengaruh perubahan temperatur sintering terhadap fasa yang dibentuk 3. Mempelajari sifat magnetik dari material tersebut 4. Mempelajari pengaruh koersifitas material untuk aplikasi absorber Metode Penelitian Bahan-bahan dasar yang diperlukan untuk membentuk senyawa oksida (Ba1-xLaxO).6(Fe2-yMn!!Ti!!O3) ditunjukan pada Tabel 1, Tabel 2 dan Tabel 3. Dalam penelitian ini material barium hexaferrite dipreparasi menggunakan metode paduan mekanik. Material dipreparasi dengan metode paduan mekanik yang digerus dengan alat Planettary Ball Milling selama 20 jam dengan perbandingan bola baja dan serbuk material sebanyak 10:1. Kemudian, material sampel dicetak menjadi pelet dengan menggunakan cetakan baja berdiameter 10 mm, lalu material ditekan dengan pompa hidrolik otomatis pada tekanan 50 kN. Material yang telah digerus akan dipanaskan (sintering) dengan variasi temperatur 1100°C, 1150°C dan 1200°C dengan waktu penahanan panas 20 jam pada kondisi isothermal sintering. Tabel 1. Bahan dasar untuk pembentukan material barium hexaferrite x 0.05 0.10 0.15 0.20

(Ba1-xLaxO).6(Fe2O3) BaCO3 (gr) La2O3 (gr) 3.59 0.16 3.40 0.31 3.21 0.47 3.02 0.62

3

Fe2O3 (gr) 16.81 16.81 16.81 16.80



Tabel 2. Bahan dasar untuk pembentukan material barium hexaferrite y 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

(Ba0.95La0.05O).6(Fe2-yMn!!Ti!!O3) BaCO3 (gr) La2O3 (gr) Fe2O3 (gr) MnCO3 (gr) 3.61 0.16 15.05 1.33 3.62 0.16 13.27 2.66 3.65 0.16 10.88 4.47 3.66 0.16 9.67 5.39 3.68 0.16 7.84 6.77

TiO2 (gr) 0.92 1.85 3.11 3.74 4.70

Tabel 3. Bahan dasar untuk pembentukan material barium hexaferrite y 0.20 0.1

BaCO3 (gr) 3.23 3.29

(Ba0.85La0.15O).6(Fe2-yMn!!Ti!!O3) La2O3 (gr) Fe2O3 (gr) MnCO3 (gr) 0.47 15.05 1.33 0.48 7.84 6.77

TiO2 (gr) 0.92 4.70

Identifikasi pola difraksi material diamati menggunakan teknik difraksi sinar-X. Dalam penelitian ini digunakan Difraktometer Sinar-X Philips, tipe PW 2256~20, radiasi CoKα , panjang gelombang λ = 1.788965 Å dengan sudut difraksi awal 20° sampai 100° dengan pergeseran sudut difraksi 0.002°. Fasa-fasa yang terbentuk didalam kurva XRD kemudian diolah dengan menggunakan software MATCH dan EXPGUI GSAS untuk menentukan nilai parameter kisi. Pengujian sifat magnetik material menggunakan permagraph untuk mengetahui jenis magnet bersifat diamagnetik, paramagnetik atau ferromagnetik berdasarkan koersifitas, remanen magnet, dan saturasi magnet dari material yang telah dibentuk. Pengujian absorber material menggunakan VNA (Vector Network Analyzer). Pada alat ini dipancarkan sejumlah gelombang dengan frekuensi 300KHz hingga 20GHz yang kemudian di alirkan pada probe S11 dan pancarannya diterima oleh probe S21. Material uji di letakan diantara probe S11 dan S21 sehingga pada layar monitor kita dapat mengetahui nilai frekuensi yang direfleksikan, ditransmisikan, dan diabsorbsikan oleh material uji. Kemampuan setiap adapter membaca frekuensi yang di serap berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi adapternya, namun untuk adapter WR75 kemampuan membaca frekuensinya yaitu sebesar 5GHz - 15GHz.

4



Hasil dan Pembahasan Gambar 1. memperlihatkan pola difraksi sinar-X material komposisi (Ba1xLaxO).6(Fe2O3)

sampel pasca perlakuan panas selama 20 jam. Hasil XRD

menunjukan bahwa pada x=0,3 tidak didapatkan fasa barium hexaferrite 100% melainkan ada fasa lain yaitu fasa Fe2O3. Sistem kristal pada material (Ba1xLaxO).6(Fe2O3)

yaitu heksagonal.

1400 1300 1200 1100 1000

Intens ita s

900

x = 0 .3

800

x = 0 .2

700 600

x = 0 .1 5

500 400

x = 0 .1

300

x = 0 .0 5

200

x=0

100 0 20

40

60

80

100

2 te th a

Gambar 1. Pola difraksi sinar-x material komposisi (Ba1-xLaxO).6(Fe2O3) Pada gambar 2 memperlihatkan hasil pola difraksi sinar-X pada variasi suhu yaitu 11000 C, 11500 C, dan 12000 C didapatkan intensitas yang menurun seiring meningkatnya suhu sintering, hal ini dikarenakan difusi atom yang terjadi pada permukaan. Namun, pada suhu 12000 C didapatkan fasa tunggal dimana tidak ada fasa Fe2O3 berlebih, hal ini dikarenakan suhu sinterring pada material barium hexaferitte umumnya 12000 C-13000 C.

Gambar 2. Pola difraksi sinar-x pada variasi suhu sintering

5



1600 1400 1200

Intens ita s

x=1 1000

x = 0 .8

800

x = 0 .6

600

x = 0 .4

400

x = 0 .2 200

x=0

0 20

40

60

80

100

2 te th a

Gambar 3. Pola difraksi sinar-x material komposisi (Ba0.95La0.05O).6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3)

Gambar 4. Pola difraksi sinar-x material komposisi (Ba0.85La0.15O).6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3)

Pada gambar 3 menunjukkan pola difraksi sinar-X dengan subsitusi ion Mn dan Ti, semakin besar subsitusi ion Mn dan Ti mengakibatkan intensitas pola difraksi menurun. Pada y>0.4 didapatkan fasa berlebih yaitu Ba2Fe6O11 yang semakin meningkat seiring penambahan subsitusi ion Mn dan Ti. Begitupula pada gambar 4 didapatkan fasa berlebih yaitu

Ba2Fe6O11. Sistem kristal yang

didapatkan pada kedua komposisi tersebut yaitu heksagonal, dimana a=b≠c, α=β=900, γ=1200.

6



Tabel 2 Parameter kisi material komposisi (Ba1-xLax)O.6(Fe2O3) hasil refinement GSAS Variasi x 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3

Parameter kisi (Å) a (Å) b(Å) c(Å) 5.892 5.892 23.183 5.876 5.876 23.164 5.887 5.887 23.192 5.885 5.885 23.185 5.883 5.883 23.170 5.883 5.883 23.158

Fasa 1 2 100% 100% 100% 100% 100% 78% 22%

Fasa Berlebih Fe2O3

Volume unit sel 696.992 692.644 696.080 695.397 694.475 694.115

Tabel 3 Parameter Kisi material komposisi (Ba0.95La0.05)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) hasil refinement GSAS a (Å)

b(Å)

c(Å)

1

2

Fasa Berlebih

0

5.876

5.876

23.164

100%

-

-

692.643

0.2

5.891

5.891

23.201

100%

-

-

697.296

0.4

5.904

5.904

23.239

100%

-

-

701.524

0.6 0.8

5.892 5.916

5.892 5.916

23.183 23.277

89% 82%

11% 18%

Ba2Fe6O11 Ba2Fe6O11

698.992 703.531

1

5.921

5.921

23.285

79%

21%

Ba2Fe6O11

706.967

Variasi y

Parameter kisi (Å)

Fasa

Volume Unit sel

Tabel 4 Parameter Kisi material komposisi (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) hasil refinement GSAS Variasi y 0 0.2 1

Parameter kisi (Å) a (Å) b(Å) c(Å) 5.885 5.885 23.185 5.897 5.897 23.208 5.915 5.915 23.233

Fasa 1 100% 100% 76%

2 24%

Fasa Berlebih Ba2Fe6O11

Volume Unit Sel 695.397 698.929 703.960

Pada tabel 2 terjadi penurunan nilai konstanta parameter kisi dan volume unit sel, hal ini menunjukkan bahwa ion La3+ dapat menggantikan ion Ba2+. Dimana jari-jari ion La3+ adalah 0,106 nm sedangkan jari-jari atom Ba2+ yaitu 0,135 nm (Chemicool, 2011). Dengan jari-jari ion La yang lebih kecil daripada ion Ba didapatkan nilai parameter kisi yang semakin menurun seiring meningkatnya subsitusi ion La begitupula dengan volume unit sel yang dihasilkan menurun siring meningkatnya subsitusi ion La

7



Pada tabel 3 dapat dilihat bahwa penambahan subsitusi ion Mn dan Ti mengakibatkan peningkatan parameter kisi yang sangat signifikan sehingga terjadi peregangan antar yang diperlihatkan pada kisi a/b, dan kisi c. Sistem kristal pada material ini adalah heksagonal dimana nilai a=b≠c dengan α=β= 900 dan γ=1200. Peningkatan parameter kisi sampai pada y=0.4 dikarenakan ion Mn dan Ti secara bersamaan mensubitutusi ion Fe sehingga terjadi peregangan sedangkan pada y=0.6 terjadi penurunan parameter kisi, hai ini disebakan karena pada fraksi y=0.6 tidak 100% fasa Barium Hexaferrite yang terbentuk, melainkan terdapat fasa lain yaitu Ba2Fe6O11. Pada fraksi y yaitu 0,6 sampai 1 terjadi peningkatan kembali nilai parameter kisi, hal ini disebabkan karena meningkatnya persentase fasa kedua pada material pada proses subsitusi ion Mn dan Ti. Adanya perbedaan ukuran jari-jari ion antara ion Fe3+ dan ion Mn2+ dan Ti4+ juga meningkatkan volume unit sel pada material seiring dengan meningkatnya subsitusi ion Mn dan Ti begitupula pada tabel 4.

Gambar 5 Kurva Histeresis (Ba1-xLax)O.6(Fe2O3) dengan variasi nilai x (0.05; 0.1; 0.15; 0.2; dan 0.3) Pada gambar 5 menunjukkan bahwa loop hysteresis pada sampel memiliki sifat hard magnetic. Seiring dengan meningkatnya subsitusi oleh ion La pada material barium hexaferrite dihasilkan nilai remanen yang meningkat hanya sampai x=0.15 lebih dari itu remanennya berkurang seiring bertambahnya ion La seperti yang dirangkum pada tabel 5.

8



Tabel 5 Data Hasil Pengukuran Sifat Magnetik (Ba1-xLax)O.6(Fe2O3) Atom La 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3

Br (T) 0.147 0.173 0.174 0.181 0.144 0.123

Hc (kA/m) 368.2 354.3 344.3 380.1 363.1 442.2

Bs (T) 0.224 0.252 0.254 0.263 0.236 0.207

Pada tabel 5 terjadi kenaikan nilai remanen setelah disubsitusi ion La, dapat dilihat bahwa pengaruh subsitusi ion La meningkatkan remanen magnet pada material barium hexaferrite terbukti. Meningkatnya nilai saturasi magnet diakibatkan oleh interaksi super exchange yang diberikan pada saat magnetisasi tinggi. Namun, kenaikan hanya sampai x=0.15, lebih dari itu data yang didapatkan ion La tidak lagi meningkatkan nilai remanen magnet melainkan menurunkan nilai remanen magnet. Hal ini dikarenakan ion Fe3+ berubah menjadi ion Fe2+ yang

diakibatkan

karena

subsitusi

oleh

tanah

jarang

dikarenakan

magnetocrystallin anisotropy yang tinggi sehingga nilai magnetisasi saturasinya menurun. 0.5

H[kA/m] -‐2000

Ba0.95La0.05O.6Fe2O

0 -‐1000

0

1000

2000

Ba0.95La0.05O.6 (Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3) Ba0.95La0.05O. 6Fe1.6Mn0.2Ti0.2O3 Ba0.95La0.05O.6 (Fe1.4Mn0.3Ti0.3O3) Ba0.95La0.05O.6 (Fe1.2Mn0.4Ti0.4O3) Ba0.95La0.05O.6 (Fe1.0Mn0.5Ti0.5O3)

-‐0.5 J[T]

Gambar 6 Kurva Histeresis (Ba0.95La0.05)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) dengan variasi nilai x (0.2; 0.4; 0.6; 0.8; dan 1.0)

9



Pada gambar 6 terlihat bahwa efek subsitusi ion Mn dan Ti menurunkan nilai koersifitas dan remanen magnet. Meningkatnya subititusi ion Mn Ti mengakibatkan nilai koersifitas dan remanennya menurun secara sistematik. Menurut Mones pada struktur BaFe12-(x+y)MnxTiyO19, ion Fe3+ digantikan oleh ion Mn2+ dan ion Ti4+. Ion Mn2+ menempati posisi spin down dari ion Fe3+ (3do) pada kisi tetrahedral (4f1), sedangkan ion Ti4+ memposisikan diri pada posisi Fe3+ kisi oktahedralnya. Hal ini akan mengakibatkan ion Mn2+ pada sisi tetrahedral tidak mengubah momen magnet total. Tidak demikian halnya dengan penggantian oleh ion Ti4+ pada posisi oktahedral ion Fe3+ yang mengakibatkan perubahan terhadap momen totalnya. Subsitusi ion Fe oleh ion Ti dan Mn telah menyebabkan penurunan volume sel satuannya, maka mengacu kepada hasil penelitian Mones dapat ditunjukkan bahwa laju penurunan momen magnet total fasa utama karena subsitusi oleh ion Ti adalah lebih besar dibandingkan laju penurunan volume sel satuannya sehingga magnetisasi total fasa utama menjadi lebih rendah. Tabel 6 Data Hasil Pengukuran Sifat Magnetik (Ba0.95La0.05)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) Variasi y 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Hc (kA/m) 354.3 152.6 96.89 66.04 43.97 5.49

Br (T) 0.173 0.101 0.101 0.061 0.037 0.006

Bs (T) 0.305 0.184 0.179 0.123 0.076 0.039

Hasil pada tabel 6 juga memperlihatkan bahwa dengan bertambahnya fraksi ion subsitusi menurunkan koersifitas magnet. Penurunan nilai koersifitas ini diperkirakan berasal dari perubahan medan anisotropi kristal karena pengaruh subsitusi ion Mn dan Ti. Hal ini mengakibatkan penurunan konstanta anisotropi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan penurunan nilai magnetisasi totalnya. Perubahan konstanta anisotropi inilah yang memberikan perubahan pada barium hexaferrite termodifikasi menjadi material magnetik yang dapat digunakan untuk aplikasi penyerapan energi gelombang dengan frekuensi tinggi.

10



Pada gambar 7 menunjukkan perubahan sifat kemagnetan material komposisi (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) saat sebelum disubsitusi ion Mn dan Ti dan setelah disubsitusi ion Mn dan Ti. Sebelum disubsitusi ion Mn dan Ti material komposisi (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2O3) merupakan hard magnetic materials, sedangkan setelah disubsitusi oleh ion Mn dan Ti yang ekstrim didapatkan nilai koersifitas yang kecil sehingga dapat dikatakan soft magnetic materials. 0.4 Ba0.85La0.15O.6Fe2O3

0.2

H [kA/m] -‐2000

Ba0.85La0.15O. 6Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3

0 -‐1000

0

1000

2000

-‐0.2

-‐0.4 J[T]

Gambar 7 Kurva Histeresis (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) dengan variasi nilai y (0; 0,2; dan 1,0) Tabel 7 Data Hasil Pengukuran Sifat Magnetik (Ba0.85La0.15)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) variasi y 0 0.2 1

Hc (kA/m) 380.1 184.4 11.34

Br (T) 0.181 0.127 0.015

Bs (T) 0.291 0.184 0.045

Tabel 7 menunjukkan hasil dari kurva hysteresis dengan mendapatkan nilai remanen dan koersifitasnya, dimana pada material ini terjadi penurunan nilai remanen yang cukup signifikan seiring dengan meningkatnya subsitusi ion Mn dan Ti. Penurunan nilai koersifitas ini diperkirakan berasal dari perubahan medan anisotropi kristal karena pengaruh subsitusi ion Mn dan Ti. Hal ini mengakibatkan penurunan konstanta anisotropi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan penurunan nilai magnetisasi totalnya.

11



VNA (Vector Network Analyzer) biasa digunakan untuk menganalisis nilai absorbsi material dan juga nilai Return Loss efek refleksi dan transmisi dari sumber gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dengan sinyal frekuensi tertentu. Hasil perhitungan Return loss dalam rentang frekuensi 9-13 GHz, dapat dilihat pada gambar 8 dengan perbedaan subsitusi ion Mn dan Ti yaitu 0,2 dan 0,4. Nilai return loss pada y=0.2 yaitu -7.30 dB dengan ketebalan 2.74 mm sedangkan pada y=0.4 yaitu -9.80 dB dengan ketebelan 3.01 mm. Nilai return loss yang kecil akan memaksimalkan absorbsi gelombang elektromagnetik sehingga seluruh energi gelombang akan diserap oleh material.

0 9

(Ba0.95La0.05)O.6(Fe2-‐yMny/2Tiy/2O3) Frekuensi (GHz) 10

10

11

11

12

12

13

13

Return Loss (dB)

-‐2

y=0.2 y=0.4

-‐4 -‐6 -‐8

-‐10

Gambar 8 Hasil Karakterisasi VNA (Ba0.95La0.05)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) Dengan Variasi nilai y (0,2 dan 0,4)

Return Loss (dB)

(Ba1-‐xLax)O.6(Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3) 0 -‐1 9 -‐2 -‐3 -‐4 -‐5 -‐6 -‐7 -‐8 -‐9 -‐10

10

11

12

13

Frekuensi (GHz) Ba0.95La0.05O.6 (Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3) Ba0.85La0.15O.6 (Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3)

Gambar 9 Hasil Karakterisasi VNA (Ba1-xLax)O.6(Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3) dengan variasi nilai x (0,05 dan 0,15)

12



Return Loss (dB)

(Ba1-‐xLax)O.6(Fe1.0Mn0.5Ti0.5O3) 0 -‐1 9 -‐2 -‐3 -‐4 -‐5 -‐6 -‐7 -‐8 -‐9 -‐10

10

10

11

11

12

12

13

13

Frekuensi (GHz) x=0.05 x=0.15

Gambar 10 Hasil Karakterisasi VNA (Ba1-xLax)O.6(Fe1.0Mn0.5Ti0.5O3) dengan variasi nilai x (0,05 dan 0,15) Pada gambar 9 dilakukan pada material (Ba1-xLax)O.6(Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3) dengan perbandingan nilai x yaitu 0,05 dan 0,15. Nilai return loss pada sampel dengan x=0,05 yaitu sebesar -7.30 dB sedangkan pada x=0,15 yaitu -4.07 dB. Semakin meningkat subitusi ion La maka nilai return loss yang dihasilkan semakin kecil dengan kata lain pada x=0,15 material lebih banyak menyerap gelombang elektromagnetik dibandingkan dengan x=0,05. Begitupula pada Gambar 10 return loss pada x=0,05 yaitu sebesar -6.84dB sedangkan pada x=0,15 yaitu sebesar -5.38 dB. Semakin meningkat subsitusi ion La pada material (Ba1xLax)O.6(Fe1.0Mn0.5Ti0.5O3)

didapatkan nilai return loss yang semakin menurun,

dimana pada material komposisi (Ba1-xLax)O.6(Fe1.0Mn0.5Ti0.5O3) merupakan material dua fasa. Menurut N. Cheng et all pada tahun 2010 meningkatnya absorbsi pada material setelah subsitusi oleh La pada material ferrite dikarenakan beberapa faktor yang mempengaruhi material penyerap gelombang. Pertama, ukuran kristal dikarenakan adanya perbedaan radius dan perubahan level energi pada permukaan. Polarisasi pada permukaan dan refleksi secara berulang dapat menyerap energi ketika gelombang mikrowave menyebar dipermukaan ferrite. Kedua, ketika ion La3+ mensubsitusi ion Ba2+, ion Fe3+ secara parsial akan dikonversikan menjadi ion Fe2+ sehingga elektron valensi pada BaFe12O19

13



seimbang, hal ini dapat diketahui pada saat terjadi lompatan elektron antara ion dengan elektron valensi yang berbeda sehingga menginduksi polarisasi dipol listrik. pada tabel 8 telah dirangkum hasil karakterisasi dari VNA. Tabel 8 Hasil Karakterisasi VNA masing-masing Material Sampel Material

Frekuensi (GHz)

Return Loss (dB)

Ketebalan (mm)

Ba0.95La0.05O.6(Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3) Ba0.95La0.05O.6(Fe1.6Mn0.2Ti0.2O3) Ba0.95La0.05O.6(Fe1.0Mn0.5Ti0.5O3) Ba0.85La0.15O.6(Fe2O3) Ba0.85La0.15O.6(Fe1.8Mn0.1Ti0.1O3) Ba0.85La0.15O.6(Fe1.0Mn0.5Ti0.5O3)

11.34 10.90 10.92 10.86 10.00 10.92

-7.30 -9.80 -6.84 -7.71 -4.07 -5.28

2.74 3.01 2.58 2.91 3.55 3.00

Kesimpulan Teknik pemaduan mekanik (mechanical alloying) telah diterapkan untuk substitusi senyawa (Ba1-xLax)O.6(Fe(2-y)Mny/2Tiy/2O3). Senyawa material tersebut mem-perlihatkan material memiliki fasa tunggal dengan struktur fasa heksagonal dimana a=b≠c, α=β=900 dan γ=1200 pasca proses sintering pada temperatur 1100°C selama 20 jam. Hasil evaluasi sifat magnetik setelah disubsitusi ion La, meningkatkan nilai remanen magnet disebabkan adanya interaksi superexchange. Meningkatnya subsitusi ion Mn dan Ti mengakibatkan penurunan nilai remanen magnet dan koersifitas secara sistematis. Material (Ba1-xLax)O.6(Fe2-yMny/2Tiy/2O3) memiliki kemampuan menyerap gelombang mikro pada frekuensi 9-13 GHz. Diketahui bahwa material dengan (Ba0.95La0.05)O.6(Fe1.6Mn0.2Ti0.2O3) memiliki sifat absorbsi yang paling baik untuk keterbatasan perangkat penguji dengan nilai return loss sebesar -9.80 dB pada frekuensi optimal 10,90 GHz, dengan ketebalan sampel 3,01 mm.

14



Referensi A.ATAIE; S. Heshmati-Manesh; H. Kazem. Magnetic properties of Ba hexaferrite and Fe compounds produced by milling and annealing in air. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 205 (1999) 261-26 Ahmad Nuruddin (2010). Barium ferrite pada Recording Media sebagai Penyerap Gelombang Mikro. Institute Of Technology Bandung. Cong- Ju Li; Bin Wang; Jiao Na-Wang. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324 (2012) 1305-1311 C. A. Stergiou; G. Litsardarkis. Electromagnetic Properties of Ni and La doped Strontium Hexaferrite in the Microwave Region. Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) 6609-6615 Ir, Muljadi M.Si, Pembuatan Nano Partikel Ba-Hexaferrite (BaO.6Fe2O3) Magnet permanen dan Karakterisasiny, Laporan akhir program intensif peneliti dan perekayasa LIPI (2010) K.S Martosyan; E. Galstyan; S.M. Hossain; Yi-Ju Wang; D. Litvinov. Barium Hexafeerie Nanoparticles : Synthesis and Magnetic Properties. Materials Science and Engineering B 176 (2011) 8-13 Manaf, A.; Buckley, R.A.; Davies, H.A. New nanocrystalline high-remanence Nd-Fe-B alloys by rapid solidification. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1993 Materials Science and Engineering An Introduction,Seventh Edition. William D. Callister, Jr .2007 Meeldijk; Victor electonic components: Selection and application guidelines . wiley (1997)

15



Mingquan Liu; Xiangqian Shen; Fuzhan Song; Jun Xiang; Xianfeng Meng; One-dimensional SrFe12O19/SrSiO3 composite nanofibers: Preparation, structure and magnetic properties. Materials Chemistry and Physics 124 (2010) 970–975 Molaei, M.J.; Ataie, A.; Raygan, S. Synthesis Of Barium Hexaferrite/Iron Oxides Magnetic Nanocomposites Via High Energy Ball Milling And Subsequent Heat Treatment. International Journal of Modern Physics: Conference Series Vol. 5 (2012) 519–526 Moulson A.J and J.M herbert. Electroceramics: Materials, Properties and Applications. Chapman and Hall, London-Newyork (1985) P.A Marino-Castellanos; J. Anglada-Rivera; A. Cruz-Fuentes; R. LoraSoerrano. Magnetic and Microstructure Properties of Ti4+-doped Barium Hexaferrite. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 280 (2004) 214-220 Priyono dan Azawar Manaf. Material Magnetik Barium Hexaferrite Tipe-M untuk Material Anti Radar pada Frekuensi S-Band. LIPI nomor : 536/D/2007 (2007) Priyono; Musni Ahyani. Sintesis Barium Hexaferrite yang disubsitusi ion MnCo melalui Reaksi Padat dan Pengaruhnya Terhadap Perubahan Struktur dan Sifat Magnetik, Faculty of mathematics and Natural Science University of Indonesia (2010) Priyono. Karakterisasi Magnetik dan Absorbsi Gelombang Mikro Material Maganet Berbahan Dasar Barium Hexaferrite. Disertasi s-3, FMIPA, Universitas Indonesia (2010)

16



Priyono; arianto Wibowo dan M.Nur. Preparasi Serbuk Barium Ferritre untuk Menghasilkan Medan Koersive Tinggi: Tinjauan Pada Proses Sinterring Berkala Fisika Vol.4 no.2 (2001) 45-48 Priyono; dan Azwar Manaf. Subsitusi Mn dan Ti pada Struktur Fasa Magnetik Barium Hexaferrite melalui Teknik Pemaduan Mekanik (Mechanical Alloying) Jurnal Sains Materi Indonesia (2007) 144-147 Puneet Sharma; R. A. Rocha; S.N. Medeiros; B. Hallouche; A. Paesan. Structural and Magnetic Studies on Mechanosynthesized BaFe12xMnxO19. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 316 (2007) 2933 Qodri F.K, Efek Subsitusi Parsial ion La pada Material Sistem LaxSr1xO.6(Fe1.5Mn0.25Ti0.25O3) terhadap Sifat Absorbsi Gelombang Mikro. Thesis Program Studi Ilmu Material Universitas Indonesia S. Ounnunkad; P. Winotai; S. Phanichphant,.; Effect La dopping on structural, Magnetic, and Microstucture properties of Ba1-xLaxFe12O19 ceramics Prepared by Citrate Combustion Process. J. Electroceam (2006)16:3557361 S. S. Vidyawathi; R. Amaresh; L. N. Satapathy., Effect of Boric Acid sinterring aid on Densification of Barium Ferrite. Indian Academy of Sciences (2002) 569-572 Seung Iel Park; Seung Wha Lee; Chul Sung Kim, Crystallographic and Magnetic Properties of Sr-Ba Hexaferrite. Journal of the Korean Physical Society Vol. 31 (1997) 193-196 Suriya Ounnunkad. Improving Magnetic Properties of Barium Hexaferrite by La or Pr subtitution. Solid state Communications 138 (2006) 472-475

17



Souza J.A; Neumeioer J.J; Bollinger R.K; Meguire B; Dos Santos C.A.M; Terashita H. Magnetic susceptibility and Electical Resistivity of LaMnO3, CaMnO3 and La1-xSrxMnO3 (0.13<x<0.45) in the temperature range 300-900 K, Physical Review B (2007) 76, 024407 Suryanarayana, C. Mechanical alloying and milling. Progress in Materials Science 46 (2001) 1-184 Topal Ungur; Bakan I; Halil, Improvement of The Magnetic Properties of Highly Porous Open Celled Magnets, Journak of the Euopean Ceramic Society 2011 783-787 Topal Ungur; A simple Synthesis Route for High Quality BaFe12O19 Magnets, Materials Science of Engineering 2011: 1531-1536

Tyagi Sachin; B. Baskey Himanshu; Agarwala Ramesh Chandra; Agarwala Vijaya; Shami Chand Trilok., Synthesis and Characterization of Microwave Absorbing SrFe12O19/ZnFe2O4 NanoComposite. Trans Indian Inst Met (2011) V. A. M. Brabers; A. A. E. Stevens; J.H.J Dalderop; Z. Simsa. Magnetization and Magnetic Anisotropy of BaFe12-xTixO19 Hexaferrites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 196-197 (1999) 312-314 V. Babu; P.Pandaikathan. Structure and Hard Magnetic Properties of Barium Hexaferrite with and without La2O3 Prepared by ball miiling Journal of Magnetism and Magnetic Materials 241(2002) 85-88 Y.S. Hong; C. M. Ho; H.Y. Hsu; C.T. Liu, Synthesis of Nanocrystalline Ba(MnTi)xFe12-2xO19 Powders by the sol-gel Combustion Method in Citrate acid-Metal Nitrates System (x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0) Journal of Magnetism and Magnetic Materials 279 (2004) 401-410

18



Kata kunci: Mechanical alloying, absorbsi, hexagonal, koefisien refleksi

Recommend Documents