PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIKBERBASIS BaNixAl6-xFe6O19UNTUK BAHAN ABSORBER GELOMBANGELEKTROMAGNETIK
SKRIPSI
PRAHMADYANA 110801070
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIKBERBASIS BaNixAl6-xFe6O19UNTUK 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
PERSETUJUAN
Judul
: Pengembangan Bahan Magnetik Berbasis BaNixAl6-xFe6O19 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
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 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 BaNixAl6-xFe6O19 Untuk Bahan Absorber Gelombang Elektromagnetik. 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.
PENGEMBANGAN BAHAN MAGNETIK BERBASIS BaNiXAl6-XFe6O19 UNTUK BAHAN ABSORBER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
ABSTRAK
Bahan absorber gelombang elektromagnetik berbasis Barium Heksaferit BaNixAl6-xFe6O19 (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 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 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 (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
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 Fe2O3 Dari Pasir Besi
6
2.2
Absorpsi Gelombang Elektromagnetik
7
2.3
Barium Heksaferit
9
2.4
Alumina (Al2O3)
11
2.5
Nikel Oksida (NiO)
12
2.6
Sifat-Sifat Magnet
13
2.7
Jenis Kemagnetan
16
2.7.1
Diamagnetik
16
2.7.2
Paramagnetik
17
2.7.3
Ferromagnetik
18
2.7.4
Antiferromagnetik
19
Ferrimagnetik
20
2.7.5 2.8
Kurva Histerisis
20
2.9
Bahan Soft Magnetic
21
2.10 Bahan Hard Magnetic Bab 3
22
Metode Penelitian
3.1
Tempat Dan Waktu Penelitian
24
3.1.1
Tempat Penelitian
24
3.1.2
Waktu Penelitian
24
3.2
Alat Dan Bahan
24
3.2.1
Alat Penelitian
24
3.2.2
Bahan Penelitian
25
3.3
Proses Pengendapan Fe3O4
26
3.4
Anneling
27
3.5
Mixing
27
3.6
High Energy Milling (HEM)
28
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
SEM-EDS
34
3.8.2.1 Sampel Dan Preparasi
34
3.8.2.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
34
VSM (Vibrating Sampel Magnetometer)
37
3.8.3.1 Sampel Dan Preparasi
37
3.8.3.2 Cara Penggunaan Dan Prinsip Kerja
37
VNA (Vector Network Analyzer)
39
3.8.2
3.8.3
3.8.4 3.9
Diagr Diagram Alir Penelitian
41
Bab 4.
Hasil Dan Pembahasan 4.1
Hasil karakterisasi Fasa Sampel BaNixAl6-xFe6O19 (x=0;
42
0,5; 1; 2; 3) Dengan Menggunakan Difraksi Sinar-X
4.2
4.1.1
Sampel BaAl6Fe6O19 (x=0)
42
4.1.2
Sampel BaNi0,5Al5,5Fe6O19 (x=0,5)
44
4.1.3
Sampel BaNiAl5Fe6O19 (x=1)
46
4.1.4
Sampel BaNi2Al4Fe6O19 (x=2)
49
4.1.5
Sampel BaNi3Al3Fe6O19 (x=3)
51
Hasil analisa Magnetik Dengan Menggunakan Vibrating
53
Sample Magnetometer (VSM)
4.3
4.2.1
Sampel BaAl6Fe6O19 (x=0)
54
4.2.2
Sampel BaNi0,5Al5,5Fe6O19 (x=0,5)
55
4.2.3
Sampel BaNiAl5Fe6O19 (x=1)
56
4.2.4
Sampel BaNi2Al4Fe6O19 (x=2)
56
4.2.5
Sampel BaNi3Al3Fe6O19 (x=3)
57
Hasil analisa Absorpsi Gelombang Elektromagnetik
57
Dengan Menggunakan Vector Network Analyzer (VNA)
4.4
4.3.1
Sampel BaAl6Fe6O19 (x=0)
58
4.3.2
Sampel BaNi0,5Al5,5Fe6O19 (x=0,5)
59
4.3.3
Sampel BaNiAl5Fe6O19 (x=1)
59
4.3.4
Sampel BaNi2Al4Fe6O19 (x=2)
60
4.3.5
Sampel BaNi3Al3Fe6O19 (x=3)
60
Diskusi 4.4.1
61 Gabungan Hasil Karakterisasi XRD
61
Pada Sampel BaNixAl6-xFe6O19 4.4.2
Gabungan Hasil Karakterisasi VSM
62
Pada Sampel BaNixAl6-xFe6O19 4.4.3
Gabungan Hasil Karakterisasi VNA
64
Pada Sampel BaNixAl6-xFe6O19 4.4.4
Hasil Komposisi Optimal BaNixAl6-xFe6O19
66
Bab 5.
Kesimpulan dan Saran
5.1
Kesimpulan
70
5.2
Saran
71
Daftar Pustaka
72
Lampiran
79
DAFTARTABEL
Nomor Tabel
Judul
Halaman
Tabel 3.1
Stokiometri komposisi BaNixAl6-x Fe6O19
28
Tabel 4.1
Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaAl6Fe6O19
43
Tabel 4.2
Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNi0,5Al5,5Fe6O19
46
Tabel 4.3
Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNiAl5Fe6O19
48
Tabel 4.4
Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNi2Al4Fe6O19
50
Tabel 4.5
Puncak Puncak Difraksi Sinar-X BaNi3Al6Fe6O19
52
Tabel 4.6
Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaAl6Fe6O19
54
Tabel 4.7
Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi0,5Al5,5Fe6O19
55
Tabel 4.8
Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNiAl5Fe6O19
56
Tabel 4.9
Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi2Al4Fe6O19
56
Tabel 4.10
Parameter Intrinsik Sifat Magnetik BaNi3Al6Fe6O19
57
Tabel 4.11
Pengujian Serapan Gelombang Elektromagnetik
61
Tabel 4.12
Komposisi Sampel BaNiAl5Fe6O19
68
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
Judul
Halaman
Gambar 2.1
Struktur kristal BaO.6Fe2O3
11
Gambar 2.2
Difraktogram: (a) CaF2, (b) 2,5% NiO/CaF2, (c) 5%
13
NiO/CaF2, (d) 7,5% NiO/CaF2, (e) 10% NiO/CaF2 dan (f) 15% NiO/CaF2 Gambar 2.3
Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik
17
sebelum diberi medan magnet luar Gambar 2.4
Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah
20
diberi medan magnet luar Gambar 2.5
Histerisis bahan ferromagnetic
19
Gambar 2.6
Arah domain (a) diamagnetik (b) paramagnetik (c)
20
ferromagnetik (d) antiferromagnetik (e) ferrimagnetik Gambar 2.7
Kurva Induksi Normal
20
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 Fe3O4 (b) Fe3O4 setelah di
27
oven dan dihaluskan (c) Hasil Furnance mineral magnetik (Fe3O4) yang diambil dari pasir besi menjadi mineral hematit (α-Fe2O3) melalui proses sintering Gambar 3.2
Mixing bahan pada vial HEM
28
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 blower (b) Sampel diletakkan pada sample chamber
34
Gambar 37
Alat
SEM-EDS
(Scanning
Electron
36
Microscopy)SU3500 HITACHI Gambar 3.8
Preparasi Sampel VSM
37
Gambar 3.9
Alat VSM (Vibrating Sample Magnotemeter)
38
Gambar 3.10
Alat VNA ADVANTEST R3770 300 kHz-20 GHz
40
Gambar 4.1
BaAl6Fe6O19
42
Gambar 4.2
Pola difraksi sinar-X sampel BaAl6Fe6O19
43
Gambar 4.3
Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel
43
BaAl6Fe6O19 Gambar 4.4
BaNi0,5Al5,5Fe6O19
44
Gambar 4.5
Pola difraksi sinar-X BaNi0,5Al5,5Fe6O19
45
Gambar 4.6
Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel
45
BaNi0,5Al5,5Fe6O19 Gambar 4.7
BaNiAl5Fe6O19
47
Gambar 4.8
Pola difraksi sinar-X BaNiAl5Fe6O19
47
Gambar 4.9
Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel
48
BaNiAl5Fe6O19 Gambar 4.10
BaNi2Al4Fe6O19
49
Gambar 4.11
Pola difraksi sinar-X BaNi2Al4Fe6O19
49
Gambar 4.12
Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel
50
BaNi2Al4Fe6O19 Gambar 4.13
BaNi3Al3Fe6O19
51
Gambar 4.14
Pola difraksi sinar-X BaNi3Al3Fe6O19
52
Gambar 4.15
Identifikasi fasa pola difraksi sinar-X sampel
52
BaNi3Al3Fe6O19 Gambar 4.16
Kurva histerisis BaAl6Fe6O19
54
Gambar 4.17
Kurva histerisis BaNi0,5Al5,5Fe6O19
55
Gambar 4.18
Kurva histerisis BaNiAl5Fe6O19
55
Gambar 4.19
Kurva histerisis BaNi2Al4Fe6O19
56
Gambar 4.20
Kurva histerisis BaNi3Al3Fe6O19
57
Gambar 4.21
Reflection loss BaAl6Fe6O19
58
Gambar 4.22
Reflection loss BaNi0,5Al5,5Fe6O19
59
Gambar 4.23
Reflection loss BaNiAl5Fe6O19
59
Gambar 4.24
Reflection lossBaNI2Al4Fe6O19
60
Gambar 4.25
Reflection loss BaNi3Al3Fe6O19
60
Gambar 4.26
Hasil karakterisasi XRD bahan BaNixAl6-xFe6O19
62
Gambar 427
Kurva histerisis material ferromagnetik
63
Gambar 4.28
Ilustrasi sifat magnetik hasil rekayasa struktur dari
64
bahan BaNiAlFeO19 Gambar 4.29
Kurva histerisis sampel BaNixAl6-xFe6O19
64
Gambar 4.30
Skematik proses absorpsi gelombang
65
elektomagnetik Gambar 4.31
Kurva RL gelombang EM pada sampel
66
BaNixAl6-xFe6O19 Gambar 4.32
Identifikasi fasa pola difraksi Sinar-X sampel
67
BaNiAl5Fe6O19 Gambar 4.33
Foto hasil pengamatan morfologi partikel sampel
67
BaNiAl5Fe6O19 Gambar 4.34
Kurva histerisis sampel BaNiAl5Fe6O19
68
Gambar 4.35
Hasil uji absorpsi gelombang elektromagnetik
69
sampel BaNiAl5Fe6O19
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lamp
1. Lampiran A
Gambar Bahan Dan Alat Penelitian
79
2. Lampiran B
Stokiometri wt% Sampel
82
BaNixAl6-xFe6O19 3. Lampiran C
Hasil
XRD
Menggunakan
MATCH
84
Sampel BaNixAl6-xFe6O19 4. Lampiran D
HasilSEM/EDS Sampel BaNiAl5Fe6O19
87
5. Lampiran E
Hasil VSM Kurva Histerisis Sampel
88
BaNixAl6-xFe6O19 6. Lampiran F
Hasil VNA Sampel BaNixAl6-xFe6O19
90
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
