PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT

(1)

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT

(BaFe12-xMnxO19) SEBAGAI PENYERAP

GELOMBANG MIKRO

SKRIPSI

SILVIANA SIMBOLON

090801048

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT

(BaFe12-xMnxO19) SEBAGAI PENYERAP

GELOMBANG MIKRO

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana

Sains

SILVIANA SIMBOLON 090801048

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn

PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12-xMnxO19) SEBAGAI PENYERAP GELOMBANG MIKRO

Kategori :SKRIPSI

Nama :SILVIANA SIMBOLON

Nomor Induk Mahasiswa : 090801048

Program Studi :SARJANA (S1) FISIKA

Departemen : FISIKA

Fakultas :MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

(4)

PERNYATAAN

PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA

PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT

(BaFe12-xMnxO19) SEBAGAI PENYERAP

GELOMBANG MIKRO

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2013

(5)

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala anugerah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Komposisi Doping Ion Mn Pada Pembuatan Magnet Barium Heksaferit (BaFe12-xMnxO19) Sebagai Penyerap Gelombang Mikro”. Skripsi ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program Sarjana (S1) Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

Penulis menyadari bahwa selama proses hingga terselesaikannya

penyusunan skripsi ini banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai

pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima

kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukungan serta saran yang telah

diberikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima

kasih kepada:

1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS, Bapak Anggito Pringgo Tetuko, M.Eng,

dan Bapak Drs. Herli Ginting, MS, sebagai Dosen Pembimbing yang

dengan sabar dan bijaksana memberikan saran/masukan, motivasi serta

waktunya dalam membimbing penulis sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai Ketua Jurusan , Bapak Drs.

Syahrul Humaidi, M. Si, sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA USU,

Bapak Dekan dan Pembantu Dekan Fisika FMIPA USU, dan seluruh

Bapak / Ibu staff pengajar Fisika USU serta para pegawai administrasi.

3. Kedua orang tua tercinta Ibunda Farida Hanim dan Ayahanda Ramlan ZA

Simbolon, dan adik tersayang Kiki Tristiwanti Simbolon yang telah

banyak membantu dan memberikan dukungan penuh serta doa yang tiada

pernah terputus kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan

pendidikan di Universitas Sumatera Utara ini.

4. Ayah – ayah angkat ku tersayang Bapak Prof. Perdamean Sebayang,

(6)

Mulijadi yang telah memberikan arahan dan perhatiannya kepada penulis

Fitri Yuniati Harahap, Ade Irma Yuliana Nasution, Valentina Ginting,

dan Rieni Kalesta Sitanggang, yang selalu menjadi tempat berbagi kasih

sayang dan suka duka selama masa perkuliahan.you are the best and

thank’s for all.

7. Teman - teman seperjuangan Fisika angkatan 2009 : Arvilla Mikartini,

Herdiana Purba, Agus P, Ferdy Aulia, Masria Pane, Eldo Jones, Yosua

Pinem, Esrawati Siregar, Septiana Xaveria, Andico Sihaloho, Andrian

Anshari, Helen Manurung, Yenny Toguan, Wenny Yoweri Gulo, Resdina

Silalahi, Emy Alemmita, Stevani Sigiro, Enra Tambunan, Kalam Siregar,

Suhartina Malau, Natanael Saragih, Timbul Mulya dan Poltak Simarmata

yang telah memberikan kesan dan kenangan manis dan pahit bagi penulis

selama masa perkuliahan.

8. Dan seluruh mahasiswa Fisika (senior/junior) terima kasih atas kerja sama

dan dukungannya selama ini.

Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak

kekurangan. Oleh karena itu, penulis mohon maaf apabila terdapat banyak

kekurangan dan kesalahan. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat

memberikan manfaat bagi penulis maupun orang lain yang membacanya. Amin.

Penulis,

(Silviana Simbolon)

(7)

PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT(BaFe12-xMnxO19) SEBAGAI PENYERAP

GELOMBANG MIKRO ABSTRAK

Telah diakukan pembuatan magnet permanen Barium M-Heksaferit yang didoping ion Mn dengan variasi x = 0,1-1,5 (%mol) menggunakan metoda mechanical alloying. Dari hasil analisa XRD menunjukkan bahwa telah terbentuk struktur kristal Barium M-Heksaferit (BaFe12-xMnxO19) dengan parameter kisi a = b =5,865Å , c = 23,099 Å dan V = 794,25 Å3.

Karakterisasi yang dilakukan meliputi sifat fisis yaitu densitas dan porositas dengan metode Archimedes, dan analisa mikro struktur dengan menggunakan SEM/EDX dan XRD. Sedangkan untuk analisis sifat magnet dengan menggunakan hasil pengukuran permagraf dan karakterisasi absorber dengan menggunakan VNA. Dari hasil pengukuran densitas dan porositas magnet BaFe12-xMnxO19 menunjukkan bahwa nilai densitas cenderung menurun dan

porositas meningkat sebanding dengan jumlah doping ion Mn. Kondisi optimum dicapai pada suhu sintering1100 0C dengan nilai x = 0,1 – 1,5(%mol) Mn, menghasilkan densitas = 4,77 -4,54 g/cm3 dan porositas = 5,1 – 11,1%. Dari hasil foto SEM/EDX terlihat adanya cacat berupa retakan berbentuk garis dengan lebar 2,05 µm dan berpori yang memiliki diameter sebesar 2,88 µm. Dari hasil analisis unsur menunjukkan bahwa kandungan Fe =53,51%, Ba = 12,11%, O = 28,58%, Al = 3,42% dan C = 2,39% (wt%). Dari hasil pengukuran karakterisasi sifat magnet untuk magnet BaFe12-xMnxO19menunjukkan nilai koersivitas meningkat akibat

adanya pengaruh dari pengotor ion Al yaitu pada x = 0,1 – 1,3 (%mol) Mn sebesar 3,271 – 7,152 kOe dan memiliki remanensi yang semakin menurun yaitu 1,62 – 0,92 kG Kg pada kondisi optimum. Sedangkan analisis dari karakteristik material absorber memiliki nilai Reflection Lossuntuk komposisi x = 0,1 (%mol) Mn mencapai 0,902 dB sedangkan untuk x = 1,5 (%mol) Mn mencapai 24,15 dB pada kondisi temperatur sintering optimum.

Kata Kunci: Magnet Barium M-Heksaferit, Sintering, Koersivitas, Remanensi,

(8)

PENGARUH KOMPOSISI DOPING ION Mn PADA PEMBUATAN MAGNET BARIUM HEKSAFERIT (BaFe12-xMnxO19) SEBAGAI PENYERAP

GELOMBANG MIKRO

ABSTRACT

Barium M-Hexaferitte permanent magnet doped byMn ions have been made with the variation of x = 0.1 - 1.5 (mol%) byusing mechanical alloying method. The results of XRD analysis showed that the crystal structure of Barium M-Heksaferit (BaFe12-xMnxO19) has been

formed with the lattice parameters of a = b = 5.865, c = 23.099 Å and V = 794,25 Å3.The characterizations was conducted on the physical properties, such as density and porosity by using Archimedes method, morphology and microstructure analysis using SEM/EDX and XRD. As for the magnetic properties analysis by using the results of measurements permagraf and characterization absorber by using VNA. Based on the density and porosity measurement, it can be concluded that BaFe12-xMnxO19magnet have a density values that

tend to decrease and the porosity values increase as the increasing of doping Mn ions. The optimum condition is achieved at 1100 0C with a value of x = 0.1 – 1.5 (%mol), where thedensity value = 4.77- 4.54 g/cm3and the porosity =5,1 – 11.1%.Based on the photos of SEM/EDX, it is obtained a line crack defect with a width of 2.05µm and pores with a diameter of 2.88 µm. The elemental analysis shows that the compound of Fe =53,51%, Ba = 12,11%, O = 28,58%, Al =3,38 % dan C =2,39% (wt%). Based on the magnetic properties measurement, it can be concluded that BaFe12-xMnxO19magnet have a coercivity values that

tend to decreasedue to the effected of impurity ions Alwith a value of x = 0.1 – 1.3 (%mol), the coercivity value 3.271 – 7.152 kOe. the remanence values increase =1.62 - 0.92kG at optimum conditions. While the analysis of the characteristics of the absorber material has a value of Reflection Loss for composition x=0.1 (mol%) Mn = 0.902 dB while for x =1.5 (mol%) Mn=24.15 dB at optimum conditions.

(9)

DAFTAR ISI

2.2 Sifat – Sifat Magnet Permanen 8

2.2.1 Koersivitas 8

2.2.2 Remanen 8

2.2.3 Temperatur Curie 9

2.2.4 Medan Anisotropi (HA) 9

(10)

2.3.1 Ferromagnetik 10

2.8 Material Penyerap Gelombang mikro 16

2.9 Karakterisasi dan Evaluasi Material Magnet 20

2.9.1 XRD ( X-Ray Diffraction ) 20

2.9.2 VNA ( Vector Network Analyzer ) 21

2.9.3 Densitas 22

2.9.4 Porositas 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 24

3.2 Peralatan dan Bahan 24

3.2.1 Peralatan 24

3.2.2 Bahan 25

3.2.3 Tahapan Penelitian/ Diagram Alir Penelitian 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Karakterisasi DTA 28

4.2 Hasil Karakterisasi XRD 29

4.3 Hasil Karakterisasi Densitas dan Porositas 31

4.4 Hasil Karakterisasi SEM 35

(11)

4.6 Hasil Karakterisasi VNA 40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 42

5.2 Saran 43

DAFTAR PUSTAKA 44

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pembagian Daerah Jangkauan Gelombang Mikro 19

Tabel 4.1 Data Parameter Kisi Bahan BaFe12-xMnxO19 31

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Densitas 31

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Densitas Terhadap Variasi Temperatur Pembakaran Pada Komposisi Mn (x) = 1,3 % mol 33

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Porositas 34

Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian SEM/EDAX

Komposisi Unsur Pada Sampel BaFe12-xMnxO19 36

Tabel 4.6 Data Pengujian Sifat Magnetik Sampel Pada Variasi

Temperatur Sintering ( 1100, 1150 dan 1200 oC) 38

Tabel 4.7 Data Pengujian Gauss Pada Variasi Temperatur Sintering

Dan Komposisi Doping Ion Mn 38

Tabel 4.8 Data Pengujian Sifat Magnetik Sampel Pada Variasi

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Momen Magnetik Dari Sifat Ferromagnetik 10

Gambar 2.2 Momen Magnetik Dari Sifat Ferrimagnetik 10

Gambar 2.3 Momen Magnetik Dari Sifat Paramagnetik 11

Gambar 2.4 Kurva Induksi Normal 12

Gambar 2.5 Kurva Histerisis 13

Gambar 2.6 Tumbukkan Bola-Material-Bola Selama Proses

Mechanical Milling 14

Gambar 2.7 Jenis Intraksi Gelombang Pada Material 19

Gambar 2.8 Difraksi Bidang Atom 21

Gambar 4.1 Grafik Defferensial Temperature Analyzer

( DTA ) BaFe12-xMnxO19 28

Gambar 4.2 Grafik Pola XRD BaFe12-xMnxO19 Pada T=1000oC

Dengan Komposisi Doping Ion Mn (0,1, 0,7, dan 1,5) 29

Gambar 4.3 Diagram Fasa Barium Heksaferit 30

Gambar 4.4 Densitas VS Komposisi Doping Ion Mn ( x ) 32

Gambar 4.5 Grafik Densitas vs Temperatur Pembakaran 33

Gambar 4.6 Grafik Porositas VS Komposisi Doping Ion Mn ( x ) 35

Gambar 4.7 (a) Poros Permukaan Sampel (b) Retakan Pada Sampel 35

Gambar 4.8 Garfik Unsur Pada Sampel 37

Gambar 4.9 Histerisis Sampel Magnet BaFe12-xMnxO19 Pada Variasi

Temperatur Sintering ( 1100, 1150 dan 1200 oC) 37

Gambar 4.10 Histerisis Sampel Magnet BaFe12-xMnxO19

Pada Variasi Komposisi Doping Ion Mn ( x = 0,5 , 1, 1.3 (% mol))

Pada Temperatur Sintering 1100 oC 39

Gambar 4.11 GrafikReflection LossVS Frekuensi pada X = 0, dan X = 1,5

(14)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 Gambar Alat – Alat Dan Bahan Percobaan

LAMPIRAN 2 Hasil Pengujian Permagraf Magnet BaFe12-xMnxO19

LAMPIRAN 3 Hasil Pengujian SEM/EDAX Magnet BaFe12-xMnxO19

LAMPIRAN 4 Hasil Pengujian XRD Magnet BaFe12-xMnxO19

LAMPIRAN 5 Hasil Pengujian Vector Network Analyzer (VNA)

BaFe12-xMnxO19