TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Magnet Keramik
Bahan keramik yang bersifat magnetik umumnya adalah golongan ferit, yang merupakan oksida yang disusun oleh hematit sebagai komponen utamanya. Bahan ini menunjukkan induksi magnetik spontan meskipun medan magnet dihilangkan. Ferit juga dikenal dengan magnet keramik yang biasanya diaplikasikan sebagai magnet permanen. Magnet ini mampu menghasilkan medan magnet tanpa harus di berikan arus listrik terlebih dahulu.
Magnet permanen ini juga menghasilkan medan yang konstan tanpa mengeluarkan daya yang kontinyu (Darminto, 2011).Magnet dapat diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu, soft magnetic (magnet lunak) adalah merupakan suatu sifat bahan yang akan berubah dan sifat magnetnya akan hilang bila arus dilepaskan. Sedangkan bahan hard magnetic (magnet keras) merupakan suatu sifat bahan yang sengaja dibuat bersifat magnet permanen (priyono,2011).
Barium Heksaferit merupakan magnet keramik yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Barium Heksaferit memiliki beberapa keunggulan antara lain ketersediaan bahan bakunya yang melimpah dan pembuatannya yang relatif mudah. Barium Heksaferit dapat disintesis dengan beberapa metode seperti kristalisasi gas, presipitasi hidrotermal,
sol-gel, aerosol, pemanduan mekanik dan kopresipitasi (Tubitak, 2011). Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur Hexagonal close-packed. Dalam hal ini bahan yang sering digunakan adalah Barium Heksaferit (BaO.6Fe2O3). Dapat juga barium digantikan bahan yang menyerupai (segolongan) dengannya, yaitu seperti stronsium(Ade Fathurohman, 2011).
Berdasarkan rumus kimia dan struktur kristalnya, Barium Heksaferit dapat dikelompokkan menjadi 5 tipe, yaitu : tipe – M (BaFe12O19), tipe – W (Ba2Me2Fe24O41), tipe – X (Ba2Me2Fe28O46), tipe – Y (Ba2Me2Fe12O22 ), tipe – Z (Ba2Me2Fe24O41 ) [Darminto, 2011], Me merupakan ion logam transisi bivalen. Tipe – M yang lebih dikenal dengan sebutan barium heksagonal ferit (BaM) merupakan oksida keramik yang paling banyak dimanfaatkan secara komersial. Material tersebut dapat diaplikasikan sebagai media penyimpan data (magnetic recording) (Darminto, 2011, Li Yue et al, 2007). Disamping itu material berbasis Barium Heksaferitjuga dapat diaplikasikan pada frekuensi Ultra tinggi (UHF) dengan mensubstitusiion Fe+3 dalam strukturnya dengan berbagai ion lain seperti Zn+2, Ni+2Co+2, Ti+4dan Mn+2(Bao, 2004).
Subsitusi Mn dan Ti pada struktur fasa magnetik Barium Heksaferit melalui tehnik pemaduan mekanik (Mechanical Alloying)telah dikaji oleh Priyono dan Azwar Manaf (2007). Dari hasil penelitian diperoleh bahwa BaFe12-(x+y)MnxTiyO19dapat disintesis dari serbuk Fe2O3, MnCO3dan TiO2dan BaCO3pada suhu sintering 1250 oC. Subsitusi ion Fe3+ pada struktur BaO.6 Fe2O3 oleh Ion Mn dan Ti menyebabkan terjadinya penurunan nilai magnetisasi total dan volume sel satuan karena adanya perbedaan ukuran atom antara atom Fe dengan atom Ti dan Mn. Efek selanjutnya dari subsitusi adalah penurunan nilai koersivitas magnetnya.
2.2. Sifat – Sifat Magnet Permanen
Sifat – sifat kemagnetan permanen magnet (hard ferrite)dipengaruhi oleh kemurnian bahan, ukuran bulir (grain size), dan orientasi kristal. Parameter kemagnetan juga dipengaruhi oleh temperatur. Koersivitas dan remenensi akan berkurang apabila temperaturnya mendekati temperatur curie (Tc) dan akan kehilangan sifat kemagnetannya (Taufik, 2006).
2.2.1 Koersivitas
Koersivitas digunakan untuk membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin besar gaya koersivitasnya maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang kemagnetannya. Tinggi koersivitas, juga disebut medan koersif, dari bahan feromagnetik. Koersivitas biasanya diukur dalam Oersted atau ampere / meter dan dilambangkan Hc(Pooja, 2010).
2.2.2 Remanen
Remanen atau ketertambatan adalah sisa medan magnet B dalam proses magnetisasi pada saat medan magnet H dihilangkan, atau remanensi terjadi pada saat intensitas medan magnetik H berharga nol dan medan magnet B menunjukkan harga tertentu. Bagaimanapun juga koersivitas sangat dipengaruhi oleh nilai remanensinya. Oleh karena itu besar nilai remanensi yang dikombinasikan dengan besar koersivitas pada magnet permanen menjadi sangat penting [Jiles, 1996].
2.2.3 Temperatur Currie
Temperature Currie c dapat didefinisikan sebagai temperatur kritis dimana fase magnetik bertransisi dari konfigurasi struktur magnetik yang teratur menjadi tidak teratur.
Takanori, 2011 menganalisa sifat magnet dan pengaruhnya terhadap temperatur Curriedengan pensubsitusian ion TI dan Co. Dari hasil penelitiannya padakomposisi x = 2,5, sifat ferrimagnetikberubah menjadi paramagnetik dannilai temperature Currienya naik seiring naiknya komposisi subsitusi Ti dan Co. Dimana untuk x = 2,5 temperatur currienya adalah 692 oCsedangkan pada x=5 temperatur Currienya 730oC. Hal tersebut juga mempengaruhi penurunan nilai remanensinya.
2.2.4 Medan anisotropi (HA)
Medan anisotropi (HA), juga merupakan nilai instrinsik yang sangat penting dari magnet permanen karena nilai ini dapat di definisikan sebagai koersivitas maksimum yang menunjukkan besar medan magnet luar yang diberikan dengan arah berlawanan untuk menghilangkan medan magnet permanen. Anisotropi magnet dapat muncul dari berbagai sebab seperti bentuk magnet, struktur kristal, efek stress, dan lain sebagainya(konsorsium magnet).
2.3 Sifat Kemagnetan Bahan
Sifat – sifat kemagnetan bahan pada material magnet dapat diklasifikasikan antara lain diamagnetik, paramagnetik, ferromagnetik, antiferromagnetik dan ferrimagnetik.
2.3.1 Ferromagnetik
Ferromagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetikpositif yang sangat tinggi. Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat menyebabkanderajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik atomnya. Dalam beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan kemagnetannya telah hilang. Hal ini terjadi karena momen dipol magnetik atom dari bahan – bahan ferromagnetik ini mengarahkan gaya – gaya yang kuat pada atom disebelahnya.Sehingga dalam daerah ruang yang sempit, momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat momen dipol magnetik yang disearahkan ini disebut daerah magnetik. Dalam daerah ini, semua momen magnetik disearahkan, tetapi arah penyearahnya beragam dari daerah sehingga momen magnetik total dari kepingan mikroskopi bahan ferromagnetik ini adalah nol dalam keadaan normal (Tipler, 2001).
Gambar 2.1Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik
2.3.2 Ferrimagnetik
Pada bahan yang bersifat dipol yang berdekatan memiliki arah yang berlawanan tetapi momen magnetiknya tidak sama besar. Bahan ferrimagnetik memiliki nilai susepbilitas tinggi tetapi lebih rendah dari bahan ferromagnetik, beberapa contoh dari bahan ferrimagnetik adalah ferritedan magnetite(Mujiman, 2004).
2.3.3 Paramagnetik
Bahan paramagnetik adalah bahan – bahan yang memiliki suseptibilitas magnetik Xm yang positif dan sangat kecil. Paramagnetik muncul dalam bahan yang atom – atomnya memiliki momen magnetik hermanen yang berinteraksi satu sama lain secara sangat lemah. Apabila tidak terdapat Medan magnetik luar, momen magnetik ini akan berorientasi acak. Dengan adanya medan magnetik luar, momen magnetik ini arahnya cenderung sejajar dengan medannya, tetapi ini dilawan oleh kecenderungan momen untuk berorientasi acak akibat gerakan termalnya. Perbandingan momen yang menyearahkan dengan medan ini bergantung pada kekuatan medan dan pada temperaturnya. Pada medan magnetik luar yang kuat pada temperatur yang sangat rendah, hampir seluruh momen akan disearahkan dengan medannya (Tipler, 2001).
Gambar 2.3Momen Magnetik Dari Sifat Paramagnetik
Karakteristik dari bahan yang bersifat paramagnetik adalah memiliki momen magnetik permanen yang akan cenderung menyearahkan diri sejajar dengan arah medan magnet dan harga suseptibilitas magnetiknya berbanding terbalik terbalik dengan suhu T adalah merupakan hukum Currie(Tipler, 2001).
2.3.4 Diamagnetik
Bahan diamagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas negatif dan sangat kecil. Sifat diamagnetik ditemukan oleh Faraday pada tahun 1846 ketika sekeping bismuthditolak oleh kedua kutub magnet, hal
ini memperlihatkan bahwa medan induksi dari magnet tersebut menginduksi momen magnetik pada bismuth pada arah berlawan dengan medan induksi pada magnet (Tipler, 2001).
2.4 Kurva Histerisis
Kurva histerisis pada bahan merupakan bentuk disipasi energi yang terjadi selama proses pembentukan kurva B-H. Besarnya energi yang didisipasikan pada frekuensi rendah umumnya dipengaruhi oleh porositas, ukuran grain dan impuritasBentuk umum kurva medan magnetB sebagai fungsi intensitas magnet H terlihat pada gambar 2.4 kurva B (H) seperti ini disebut kurva induksi normal.
Gambar 2.4 Kurva Induksi Normal
Pada gambar di atas tampak bahwa kurva tidak berbentuk garis lurus sehingga dapat dikatakan bahwa hubungan antara B dan H tidak linier. Dengan kenaikan harga H, mula-mula B turut naik cukup besar, tetapi mulai dari nilai H tertentuterjadi kenaikan nilai B yang kecildan menuju nilai B yang konstan. Harga medan magnet untuk keadaan saturasi disebut dengan Bs atau medan magnet saturasi. Saturasi magnetisasi merupakan keadaan dimana terjadi kejenuhan, nilai medan magnet B akan selalu konstan walaupun medan eksternal H dinaikkan terus. Bahan yang mencapai saturasi untuk harga H rendah disebut magnet lunak seperti yang ditunjukkan kurva (a). Sedangkan bahan yang saturasinya terjadi pada harga H tinggi disebut magnet keras seperti yang ditunjukkan kurva (c) (Ika Mayasari, 2012).
Gambar 2.5 Kurva Histerisis
Pada gambar di atas tampak bahwa setelah harga intensitas magnet H = 0atau dibuat negatif (dengan membalik arus lilitan), kurva B(H)akan memotong sumbu pada harga Hc. Intensitas Hc inilah yang diperlukan untuk membuat rapat fluks B=0 atau menghilangkan fluks dalam bahan. Intensitas magnet Hc ini disebut koersivitas bahan. Koersivitas digunakan untuk membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin besar gaya koersivitasnya maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang kemagnetannya (Ika Mayasari,2012)
Untuk menghilangkan kemagnetannya diperlukan intensitas magnet H yang besar. Bila selanjutnya harga diperbesar pada harga negatif sampai mencapai saturasi dan dikembalikan melalui nol, berbalik arah dan terus diperbesar pada harga Hpositif hingga saturasi kembali, maka kurva B (H)akan membentuk satu lintasan tertutup yang disebut kurva histeresis. Bahan yang mempunyai koersivitas tinggi kemagnetannya tidak mudah hilang. Bahan seperti itu baik untuk membuat magnet permanen (Ika Mayasari, 2012).
2.5 Mechanical Milling
Teknik Mechanical Milling/ Penggerusan memberi banyak kemudahan secara teknis karena menggunakan peralatan yang sederhana. Prinsip fisika dari metode ini adalah larutan padat dari paduan magnetik yang akan dibuat berupa serbuk material penyusun dipadukan secara mekanik sehingga memungkinkan diperoleh paduan dengan fasa amorf (Pereira, 2008). Melalui proses kristalisasi dengan pemanasan pada temperatur dan waktu yang dapat dikontrol, memungkinkan untuk mendapatkan serbuk paduan magnetik dengan struktur baik dalam skala nanometer maupun mikrometer (Qodri Fitrothul khasanah, 2012).
Metode mechanical milling adalah salah satuteknik modifikasi partikel paling sederhana, lowcost, dan menghasilkan produk lebih banyak dibandingkan dengan metode kimia (kopresipitasi, sol-sel,dll). Metode mechanical milling merupakan teknik pencampuran bahan yang berfungsi untukmemperkecil ukuran partikel/kristalit baik logam, nonlogam maupun mineral. Pada saat proses milling berlangsung, partikel terjebak dan saling bertumbukan dengan bola-bola milling sehingga mengakibatkan patahan, retakkan dan menghancurkan partikel serta mampu mengubah bentuk, ukuran, kerapatan serbuk, dan tingkat kemurnian dari material serbuk (Qodri Fitrothul khasanah, 2012).
Selain beberapa keunggulan dari proses mechanical alloying, terdapat beberapa permasalahan seperti; kontaminasi, serbuk yang berasal dari kondisi milling(ukuran bola – bola, besar tempat milling, waktu milling, banyak serbuk saat milling) dan lingkungan pada proses milling juga akan mempengaruhi. Hasil penelitian lain menyimpulkan bahwa atmosfer milling tidak berpengaruh terhadap struktur dan sifat magnetik material (Priyono, 2010).
2.6 Kalsinasi
Proses kalsinasi adalah proses pembakaran tahap awal yang merupakan reaksi dekomposisi secara endothermic dan berfungsi untuk melepaskan gas-gas dalambentuk karbonat atau hidroksida sehingga menghasilkan serbuk dalam bentuk oksida dengan kemurnian yang tinggi. Kalsinasi dilakukan pada suhu tinggi yang suhunya tergantung pada jenis bahannya.Kalsinasi merupakan tahapan perlakuan panas terhadap campuran serbuk pada suhu tertentu. Tergantung pada jenis bahan. Kalsinasi diperlukan sebagai penyiapan serbuk keramik untuk diproses lebih lanjut dan juga untuk mendapatkan ukuran partikel yang optimum serta menguraikan senyawa-senyawa dalam bentuk garam atau dihidrat menjadi oksida, membentuk fase Kristal.
Peristiwa yang terjadi selama proses kalsinasi antara lain :
a. Pelepasan air bebas (H2O) dan terikat (OH) berlangsung sekitar suhu 100oC hingga 300oC.
b. Pelepasan gas-gas, seperti : CO2 berlangsung sekitar suhu 600oC dan pada tahapini disertai terjadinya pengurangan berat yang cukup berarti. c. Pada suhu lebih tinggi, sekitar 800oC struktur kristalnya sudah
terbentuk, dimana pada kondisi ini ikatan diantara partikel serbuk belum kuat dan mudah lepas.
2.7 Sintering
Sintering adalah pengikatan massa partikel pada serbuk oleh interaksi antar molekul atau atom melalui perlakuan panas dengan suhu sintering mendekati titik leburnya sehingga terjadi pemadatan. Tahap sintering merupakan tahap yang paling penting dalam pembuatan keramik.Melalui proses sintering terjadi perubahan struktur mikro seperti pengurangan jumlah dan ukuran pori, pertumbuhan butir serta peningkatan densitas. Faktor-faktor yang menentukan proses dan mekanisme sintering antara lain jenis bahan, komposisi bahan dan ukuran partikel (Ika Mayasari, 2012). Selama fasa penaikan suhu dalam ishotermal sintering proses densifikasi dan perubahan mikrostruktur terjadi secara signifikan. Temperatur yang tinggi dapat mempercepat proses densifikasi, tetapi pertumbuhan butir juga meningkat. Jika temperatur sintering terlalu tinggi dapat menyebabkan pertumbuhan abnormal sehingga dapat membatasi densitas akhir (Ika Mayasari, 2012).
2.8 Material PenyerapGelombangMikro
RAM (Radar Absorption Material) mulai dikenal pada awal tahun 1930 setelah ditemukannya radar. RAM pertama yang digunakan adalah “Wesch” yaitu material serbuk carbonyl iron dengan karet lembaran yang memiliki tebal 7.62 mmdan mampu mereduksi frekuensi sampai 3 GHz. RAM ini pertama ini digunakan Jerman untuk melapisi kapal selamnya. Pada saat ini penelitian tentang RAM berkembang dengan sangat pesat, berbagai metode digunakan untuk mendapatkan hasil penyerapan yang optimum. RAM terbuat dari 2 bahan utama yaitumaterial dielektrik dan meterial magnetik.
Jenis penyerap gelombang mikro dapat dibagi atas : - Rekayasa teknik
Rekaya sasecara teknik lebih menggunakan pada rekayasa geometri, dimana material dengan konduktifitas tinggi dapat digunakan untuk mengahasilkan interferensi destruktif antara gelombang dating dan gelombang pantul oleh bidang bidang bersesuaian dengan panjang gelombang yang akan diserap. Metode ini sangat efektif namun memiliki keterbatasan karena syarat geometri memerlukan dimensi tertentu. Rekayasa material lebih fleksibel secara aplikasi karena faktor bentuk dan ketebalan yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan rekayasa teknik. Parameter fisis yang digunakan adalah reflection loss dengan satuan desibel (dB) .besarreflection loss bergantung pada parameter kekasaran, tebal lapisan , permeabilitas, permitivitas dan ukuran butir (Pireira ,2008).
Karakteristik suatu material absorber gelombang mikro yang baik yaitu memiliki sifat magnetik dan listrik yang baik pula. Material tersebut harus memiliki nilai impendasi tertentu, nilai permeabilitas relatife (mr) dan permitivitas relatife nya (Er) sesuai dengan nilai m dan E udara atau vakum gas terjadi resonansi impendasi, sehingga nilai dari reflection loss yang dihasilkan bahan cukup besar (Inorganic Material, 2009). Selain permeabilitas, permitivitas dan magnetisasi spontan, material penyerap harus memiliki nilai resistivitas listrik yang tinggi atau isolator yang baik (Pireira ,2008).
Pada penelitian ini Barium Heksaferit disubstitusi menggunakan ion Mn. Barium M-Heksaferit dari BaFe12- xMnxO19 adalah salah satu material yang memiliki kemampuan untuk menyerap gelombang mikro (Priyono, 2010), sayangnya medan koersivitas (Hc) terlalu tinggi. Akibatnya, medan yang diperlukan untuk membuat magnetisasinya menjadi nol akibat pengaruh medan luar juga harus tinggi, dimana untuk aplikasi ini sifat tersebut merupakan masalah yang harus dihindari. Tingginya nilai medan koersivitas menyebabkan sifat anisotropik material semakin meningkat sehingga sifat absorbsinya menjadi semakin lemah (L.Silvia, 2011).
Penambahan Mn diharapkan dapat mereduksi sifat anisotropik dari Barium M-Heksaferit, akibat dari dikacaukannya arah momen magnet dengan munculnya ion substitusi sehingga domainnya menjadi random.Priyono,et al (2011) membahas tentang sintesis barium heksaferrit yang di subsitusi oleh ion Mn-Co pada temperatur sinter 1200oC selama 4 jam. Dari penelitian ini diperoleh bahwa jika BaFe12O19 disubsitusi ion Mn dan Co mengakibatkan terjadinya perbedaan ukuran atom antara Fe dan kedua atom tersebut. Hal ini mengakibatkan perubahan volume sel satuan yang mempengaruhi sifat magnetiknya terutama koervisitasnya dari 219,73 menjadi 27,4 KA/m, dan nilai remanensinya dari 0,28 T menjadi 0,121 T. Pada fasa BaFe11MnO19 serapan gelombang mikronya adalah 14.5 GHz sedangkan pada BaFe11CoO19adalah 13.5 GHz. Pengujian tersebut dilakukan pada rentang frekuensi 8 GHz samapai 17 GHz.
Pengukuran sifat absorsi material dikarakterisasi dengan menggunakan alat Vector Network Analyzer (VNA) dibutuhkan kemampuan koreksi vektor kesalahan akurasi pengukuran. Pada dasarnya analisis jaringan pemancar frekuensi yang dipancarkan pada material akan direfleksikan dan ditransmisikan sepanjang jalur transmisinya. Ketika panjang gelombang RF dan sinyal gelombang mikro berbeda, maka dengan prinsip yang sama jaringan akan membaca secara akurat frekuensi yang datang kemudian direfleksikan, dan ditransmisikan.
Energi atau sinyal yang ditransmisikan akan dipantulkan kembali ke bawah jalur transmisi menuju sumber (impendasi yang cocok) dan ditransmisikan ke prangkat akhir (M.Hikam , 2007). Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnet yang berada pada jangkauan 0.3 – 300 GHz dengan panjang gelombang antara 1 m – 1 mm. Gelombang mikro bergantung pada jenis material seperti gambar berikut.
Gambar 2.7 Jenis Intraksi Gelombang Pada Material
Serapan gelombang mikro terjadi akibat intraksi gelombang dengan material yang menghasilkan efek Reflection loss energy yang umumnya disipasikan dalam bentuk panas. Hal tersebut dapat dipahami dengan kompenen gelombang elektromagnetik ke dalam kompenen elektrik dan magnetic.
Tabel 2.1pembagianDaerahJangkauanGelombangMikro Designation Frequency Range (Ghz)
L 1.22-1.70 R 1.70- 2.60 S 2.60-3.95 H 3.95-5.85 C 5.85-8.20 X 8.20-12.4 Ku 12.4-18 K 18-26.5 Ka 26.5-40 U 40-60 E 60-90 F 90-140 G 140-220 0≡ 0 ≡ o ≡ o O ≡ o o ≡ o ≡ Material Type Penerration Transparent
(No Heat) Total transmision Conductor
(No Heat) None Absorber
(material are heated)
Partial to total absorption
2.9 Karakterisasi dan Evaluasi Material Magnet
Karakterisasi dan evaluasi material magnet permanen sangat diperlukan setelah produk magnet (BaO.6Fe2O3.MnO) dihasilkan, karena melalui proses ini maka produk magnet yang dihasilkan dapat lebih dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Karakterisasi material yang akan dibahas disini adalah karakterisasi struktur kristal dengan menggunakan alat difraksi sinar – X dan SEM dan karakterisasi sifat kemagnetan menggunakan alat Permagraph, pengukuran absorber elektromagnetik dengan frekuensi yang tinggi menggunakan Vector Network Analizer (VNA). Sedangkan evaluasi sifat fisis magnet dibatasi oleh densitas dan porositas.
2.9.1 XRD ( X-Ray Diffraction)
Metoda difraksi merupakan salah satu metode yang bnyak digunakan untuk menganalisis struktur kristal. Sumber yang digunakan dapat berupa sinar – X, elektron atau neutron, bergantung pada berat atom – atom yang akan dianalisis. Neutron biasanya digunakan untuk menganalisis atom – atom yang ringan sedangkan sumber sinar – X dapat menghasilkan informasi yang cukup akurat untuk atom – atom yang berat. Sifat – sifat bahan yang diteliti dapat diketahui dari data yang diperoleh dari analisis struktur kristal menggunakan metode difraksi (Herawati, 2011).Fenomena interaksi dan difraksi sudah dikenal pada ilmu optik. Standarpengujian di laboratorium fisika adalah untuk menentukan jarak antara dua gelombang dengan mengetahui panjang gelombang sinar, dengan mengukur sudut berkas sinar yang terdifraksi. Pengujian ini merupakan aplikasi langsung dari pemakaian sinar X untuk menentukan jarak antara kristal dan jarak antara atom dalam kristal (Erini, 2009)
(hkl) dhkl
(hkl) Gambar 2.8 Difraksi Bidang Atom
Gambar 2.8 menunjukkan suatu berkas sinar X dengan panjang gelombang λ, jatuh pada sudut θ pada sekumpulan bidang atom berjarak d. Sinar yang dipantulkan dengan sudut θ hanya dapat terlihat jika berkas dari setiap bidang yang berdekatan saling menguatkan. Oleh sebab itu, jarak tambahan satu berkas dihamburkan dari setiap bidang yang berdekatan, dan menempuh jarak sesuai dengan perbedaan kisi yaitu sama dengan panjanggelombang n λ. Syarat pemantulan dan saling menguatkan dinyatakan oleh:
nλ = CB + BD = 2 ABsinθ = 2dhklsinθ (2.1)
Untuk mengetahui fasa dan struktur material yang diamati dapat dilakukan dengan cara sederhana, yaitu dengan cara membandingkan nilai d yang terukur dengan nilai d pada data standar. Data dtandar dapat diperoleh melalui Joint Committee On Powder Difraction Standart (JCPDS) atau denganHanawalt File (Erini, 2009).
2.9.2 VNA ( Vector Network Analizer)
Alat VNA (Vector Network Analyzer) digunakan untuk menganalisa nilai absorbsi material dan nilai reflection loss(RL) efek refleksi dan transmisi
B
a b
D C
dari sumber gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dengan nilai frekuensi tertentu. Sifat absorbsi merupakan sifat material dalam menyerap gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh pemancar gelombang pada suatu rentang frekuensi tertentu. Prinsipnya dengan melihat nilai refleksi, transmisi, dan absorbsi yang diterima oleh material melalui probe adapter, sehingga didapatkan kurva RL sebagai fungsi frekuensi (Qodri Fitrothul khasanah, 2012).
RL merupakan jumlah fraksi gelombang yang terserap karena adanya resonansi gelombang elektromagnetik pada material, sehingga gelombang elektromagnetik tersebut dikembalikan pada arah datang. Nilai reflection lossmenunjukkan besarnya fraksi gelombang yang terserap danhanya sebagian kecil yang dikembalikan kepada arah datang. Sedangkan sebagian besar dikembalikan pada arah lain (Qodri Fitrothul khasanah, 2012).
2.9.3 Densitas
Densitas ( ) adalah suatu ukuran massa (m) persatuan volume (V) suatu material dalam satuan gram/cm3. Beberapa faktor yang mempengaruhi densitas adalah ukuran dan berat atom suatu elemen, kuatnya pengepakan atom dalam struktur kristal, dan besarnya porositas dalam mikrostruktur(mujiman,2004).
Kata densitas dapat digunakan dalam berbagai cara dan masing – masing mempunyai arti yang berbeda. Modifikasi kata densitas adalah densitas kristalografi, densitas bulk, densitas teoritik, dan densitas grafitasi spesifik. Densitas kristalografi adalah densitas ideal dari struktur kristal spesifik yang dihitung dari data komposisi kimia dan dari data spasi atom yang diperoleh dari difraksi sinar – X. Densitas teoritik adalah densitas material yang mengandung porositas mikristruktur nol. Dengan bulk bodi
termasuk semua porositas, cacat kisi, dan fasa – fasa. Sedangkan densitas garvitasi spesifik adalah densitas material relatif terhadap volume air yang sama pada suhu 4oC. Pengukuran bulk densitas dapat ditentukan dengan persamaan :
ρ= x ρair (2.3)
2.9.4 Porositas
Porositas pada suatu material keramik dinyatakan dalam persen (%) rongga atau fraksi volum dari suatu rongga yang ada dalam material tersebut. Besarnya porositas pada meterial keramik dapat bervariasi dari 0% sampai dengan 90% tergantung dari jenis dan aplikasi keramik. Ada dua jenis porositas yaitu porositas terbuka dan tertutup. Pori yang tertutup umumnya sulit untuk ditentukan, pori tersebut merupakan suatu rongga yang terjebak dalam suatu padatan serta tidak ada akses untuk keluar ke permukaan luar, sedangkan pori terbuka masih memilki akses ke permukaan luar walaupun permukaan tersebut berada ditengah – tengah padatan. Porositas suatu bahan umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atau apparent porosity[Mujiman,2004].
Secara umum pada suhu yang tinggi pembakaran material bersifat keramik akan menghasilkan porositas yang kecil dan sebaliknya pada suhu yang rendah akan menghasilkan porositas material yang lebih besar, maka porositas yang lebih baik akan dihasilkan pada suhu yang lebih rendah. Porositas terbuka dapat dirumuskan dalan persamaan :
% Porositas = [(Mb – Mk) / Mk] x 100 % (2.4) Dengan : Mb = massa saturasi sampel ( gram )
