FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK.

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT

DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK

Disusun Oleh :

HANAFI EKO PRASETYO M0207037

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

(2)

commit to user

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul : FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA

KUMPARAN KAWAT DAN LAPISAN TIPIS

MAGNETIK

Yang disusun oleh :

Nama : Hanafi Eko Prasetyo

NIM : M0207037

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji

Hari : Jumat

Tanggal : 30 Agustus 2013

Anggota Tim Penguji :

1. Dr. Nuryani, S.Si., M.Si. ...

NIP. 19690303 200003 1 001

2. Drs. Suharyana, M.Sc. ...

NIP. 19611217 198903 1 003

3. Dr. Eng. Budi Purnama, S.Si., M.Si ...

NIP. 19731109 200003 1 001

4. Utari, S.Si., M.Si ...

NIP. 19701206 200003 2 001

Disahkan oleh

Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D

(3)

commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa isi dari seluruh intelektual skripsi saya

yang berjudul “Fenomena magneto impedansi pada kumparan kawat dan lapisan tipis magnetik” merupakan hasil kerja saya dan sepengetahuan saya

hingga saat ini isi dari skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau

ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar

kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali

telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua

pihak telah ditulis dibagian ucapan terimakasih. Isi di dalam skripsi ini

diperbolehkan untuk di gunakan sebagai bahan rujukan atau di perbanyak secara

bebas dengan tanpa memberitahu penulis.

Surakarta, 10 Agustus 2013

(4)

commit to user

iv

FENOMENA MAGNETO IMPEDANSI PADA KUMPARAN KAWAT DAN LAPISAN TIPIS MAGNETIK

Hanafi Eko Prasetyo

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Fenomena magneto impedansi pada kumparan kawat Fe dan lapisan tipis magnetic NiFe dilaporkan pada penelitian ini. Tiga tahapan ekperimental telah dilakukan yaitu klarifikasi fenomena magneto impedansi, pengaruh penambahan ferit, dan efek deposisi lapisan tipis NiFe terhadap respon magneto impedansi. Pengukuran magneto impedansi dilakukan dengan memberikan medan magnet arah tegak lurus terhadap sampel.

Pada tahap pertama, fenomena magneto impedansi sukses diamati pada kumparan kawat Fe. Magneto impedansi naik dengan kenaikan jumlah lilitan (N), diameter kumparan (d), dan diameter kawat (D). Jika kumparan ditinjau sebagai material megnetik maka penambahan N, d, dan D akan menaikan nilai permeabilitas dari sampel. Sehingga nilai impedansi naik dengan kenaikan medan magnet.

Pada tahap kedua, sampel kumparan kawat Fe memberikan respon magneto impedansi berbeda jika inti ferit disisipkan. Tipikal perubahan impedansi kumparan kawat Fe dengan inti ferit pada frekuensi tinggi lebih kecil daripada frekuensi rendah. Magneto impedansi tidak signifikan berubah dengan perubahan diameter kumparan (d). Sebaliknya magneto impedansi meningkat secara drastic dengan kenaikan jumlah lilitan (N) dibandingkan dengan diameter kumparan (d).

Pada tahap ketiga, evaluasi respon magneto impedansi pada frekuensi 1900 Hz. Sampel kumparan kawat Fe dengan pelapisan NiFe meningkat dengan kenaikan ketebalan lapisan tipis. Hal ini dapat dikorelasikan dengan peningkatan magnetisasi jenuh dengan kenaikan ketebalan. Akhirnya, perubahan impedansi signifikan meningkat dengan kenaikan jumlah lilitan (15, 20, dan 25). Kenyataan hasil ini disumbang akibat kenaikan permeabilitas.

(5)

commit to user

v

THE PHENOMENON OF MAGNETO IMPEDANCE ON WIRES COIL AND MAGNETIC THIN FILM

Hanafi Eko Prasetyo

Physics Department, Faculty of Sciences, Sebelas Maret University

ABSTRACT

The phenomenon of magneto-impedance on Fe wire coil and thin layer

Ni80Fe20 had been reported by this research. Three-stage experimental had been

done, they are magneto-impedance phenomenon, effect of adding ferrite core, and effect of Ni80Fe20 thin film deposition on magneto-impedance response. Magneto-impedance measurements had been performed by sample given perpendicular magnetic field.

First stage, magneto-impedance phenomenon on Fe wire coil had been clarified. The value of magneto-impedance is increased by increased number of Fe wire coil (N), diameter of coil (D), and diameter of Fe wire coil. If the coil is considered as magnetic material, the increase sample permeability is caused by increased of N, d, and D. Then, the decrease of impedance is caused by increased of magnetic field.

Second stage, the sample of Fe wire coil had different respond magneto impedance if the ferrite core is inserted. The typical change of impedance Fe wire coil with ferrite core at high frequency had smaller value than lower frequency. Magneto-impedance did not significant change with the variation of coil diamater (d) is used. Instead, magneto-impedance increased drastically with increase the value of coil (N). This phenomenon indicated that permeability more sensitive with increase the value of coil (N) then diameter of coil (d).

Last stage, the evaluation of magneto-impedance response is performed in

frequency 1900 Hz. The impedance value of coil coating Ni80Fe20 increased with

increase thin film thickness. This phenomenon can be correlated with saturation magnetization, the increase of saturation magnetization is resulted by increased thin film thickness. Finally, the change of impedance increased drastically with increased N (15, 20, and 25). This fact is contributed by resulted higher permeability.

(6)

commit to user

vi MOTTO

“Hidup bagaikan roda yang berputar, kadang kita berada diatas, kadang pula kita berada dibawah”

Namun bagi saya, prinsip kehidupan tidak sesimpel roda yang telah

diutarakan tadi. Bagi saya roda kehidupan yang baik adalah ketika kita

sedang diatas maka kita harus memberikan perlambatan sebesar mungkin

agar roda kehidupan kita tidak berputar kebawah dengan cepat, dan juga

ketika kita sedang dalam posisi dibawah maka kita harus memberikan

percepatan sebesar mungkin sehingga roda kehidupan kita akan berputar

cepat menuju posisi atas kembali.

(7)

commit to user

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Karya yang sangat sederhana ini selain saya persembahkan untuk ibu,

bapak dan adik, juga

untuk seseorang yang telah mengorbankan seluruh hidupnya untuk

saya…..

seluruh waktunya hanya untuk saya….

meninggalkan kehidupan pribadinya nya untuk saya… memulai hidup baru dengan saya…

menjalani hidup dengan saya… membuang waktunya untuk saya…

terima kasih atas waktumu…

kasih sayangmu… cintamu… air matamu…

tawamu… senyummu…

jiwamu… pengorbananmu…

semangatmu… kekuatanmu… keringatmu…

sangat berharga bagiku dan tak sebanding dengan emas ataupun berlian

yang ada di dunia ini

terima kasih untuk satu nama…

Euis Inayati

(8)

commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufik,

hidayah, dan inayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta

penyusunan skripsi dengan judul: “Fenomena Magneto Impedance pada Wires dan Lapisan tipis Magnetik” yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Selama melakukan penelitian maupun penyusunan skripsi ini penulis telah

mendapat banyak masukan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak yang

sangat bermanfaat baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu

pada kesempatan yang baik ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ibu dan bapak tercinta yang telah memberikan dukungan, materi,

semangat, kasih sayang, dan do’anya untuk kelancaran studi penulis.

2. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc., (Hons)., Ph.D selaku Dekan

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNS.

3. Bapak Ahmad Marzuki., S.Si., Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret

4. Bapak Dr.Eng. Budi Purnama., S.Si., M.Si selaku Pembimbing I yang

senantiasa dengan sabar membimbing meluangkan waktu, memberi

arahan, memberi berbagai masukan, serta motivasi tersendiri kepada

penulis.

5. Ibu Utari., S.Si., M.Si selaku Pembimbing II yang senantiasa dengan sabar

memberikan bimbingan serta motivasi kepada penulis.

6. Euis Inayati yang telah membantu banyak, baik materi, tenaga, pikiran,

waktu, perhatian, do’a, semangat, dan semuanya telah dicurahkan demi

kelancaran skripsi ini.

7. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis tuliskan satu persatu, penulis

(9)

commit to user

ix

Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam melakukan

penelitian dan penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu

masukan yang berupa saran dan kritik yang membangun dari pembaca akan

sangat membantu. Semoga skripsi ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan

pihak-pihak terkait.

Surakarta, Agustus 2013

(10)

commit to user

x

HALAMAN PUBLIKASI

Sebagian dari skripsi saya yang berjudul “Fenomena Magneto

Impedansi pada Kumparan Kawat dan Lapisan Tipis Magnetik” telah:

1. Dipublikasikan pada Jurnal Fisika dan Aplikasinya (JFA) Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITS, yang diterbitkan

pada Vol 9/ No.2/ Hal. 63-65/ Juni 2013 ISSN:1858:036X dengan judul

“Magneto Impedansi pada Kumparan Kawat Fe”.

2. Dipresentasikan di : Annual Conference-HFI JTY 2013 “Innovation

Synergy for Improving National Competitiveness” Physics Department,

Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University,

(11)

commit to user

xi

xi DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL ………... i

HALAMAN PENGESAHAN ………. ii

HALAMAN PERNYATAAN ……… iii

HALAMAN ABSTRAK ………. iv

HALAMAN ABSTRACT ……….. v

HALAMAN MOTTO ………. vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ………. vii

KATA PENGANTAR ……… viii

HALAMAN PUBLIKASI ……….. x

DAFTAR ISI ………... xi

DAFTAR TABEL ………... xiv

DAFTAR GAMBAR ……….. xv

DAFTAR SIMBOL ………. xvii

DAFTAR LAMPIRAN ………... xix

BAB I PENDAHULUAN ………... 1

1.1.Latar Belakang Masalah ……….. 1

1.2.Batasan Masalah ……….. 2

1.3.Perumusan Masalah ………. 2

1.4.Tujuan Penelitian ………. 3

1.5.Manfaat Penelitian ………... 3

BAB II DASAR TEORI ………. 4

2.1.Magneto Impedansi (MI) ……… 4

2.2.Impedansi Konduktor Magnetik ………. 5

2.3.Pembagian MI menurut Frekuensi ………... 8

2.4.Teknik Penumbuatan Material MI ……….. 9

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ………... 12

3.1.Tempat dan Waktu Penelitian ………. 12

(12)

commit to user

xii

3.2.1. Alat Penelitian ………... 12

3.2.2. Bahan Dasar ………... 13

3.2.3. Bahan Kimia ……….. 13

3.3.Metode Penelitian ……… 13

3.3.1. Fenomena Magneto Impedansi pada Kumparan Kawat Fe ………... 15

3.3.2. Pengaruh Inti Ferit pada Magneto Impedansi Kumparan Kawat Fe ……….. 16

3.3.3. Efek Ketebalan Pelapisan Lapisan Tipis Ni80Fe20 pada Kumparan Kawat Fe ……….. 18

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ……… 24

4.1.Magneto Impedansi Kawat Fe ………. 24

4.1.1. Klarifikasi Fenomena Magneto Impedansi ……… 24

4.1.2. Pengaruh Jumlah Lilitan Kumparan (N) ……… 26

4.1.3. Pengaruh Diameter Kawat (D) ……….. 27

4.1.4. Pengaruh Diamater Kumparan (d) ………. 28

4.2.Magneto Impedansi Kumparan Kawat Fe Inti Ferit ……… 29

4.2.1. Pengaruh Penambahan Ferit pada Nilai Impedansi …... 29

4.2.2. Hubungan Frekuensi Terhadap Nilai Impedansi Kumparan Kawat Fe Inti Ferit ………... 30

4.2.3. Pengaruh Penggunaan Medan Magnet Terhadap Perubahan Impedansi ………. 31

4.2.4. Pengaruh Jumlah Lilitan Kumparan Terhadap Perubahan Impedansi ………. 32

4.2.5. Pengaruh Diamater Kumparan Terhadap Perubahan Impedansi ………... 33

4.3.Magneto Impedansi Lapisan tipis NiFe pada Kawat Fe ….. 34

4.3.1. Analisis Komposisi Lapisan Tipis NiFe pada Substrat Plat Tembaga (PCB) ……….. 34

4.3.2. Ketebalan Lapisan Tipis NiFe vs Waktu ………... 36

(13)

commit to user

xiii

4.3.4. Karakteristik Deposisi NiFe pada Kumparan Kawat

Fe ………... 39

BAB V PENEUTUP ………... 42

5.1. Kesimpulan ………. 42

5.2. Saran ………... 42

DAFTAR PUSTAKA ………. 43

(14)

commit to user

xiv

DAFTAR TABEL

halaman Tabel 2.1. Perbandingan teknologi fabrikasi material Magneto

Impedansi (MI) ……… 9

Tabel 3.1. Formula larutan elektroplating setiap 100 ml …………. 19

Tabel 4.1. Delapan unsur terbanyak yang terkomposisi didalam

(15)

commit to user

xv

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 2.1. Perubahan impedansi (Z) dibawah pengaruh medan

magnet (H) ……….. ₄

Gambar 2.2. Definisi skematis impedansi ……… 5

Gambar 2.3. (a) penerapan medan magnet dc (Hdc) tergantung dari

kedalaman kulit (δm) dan reversible permeabilitas

(µr). (b) merupakan pandangan skematis dari

perubahan δm dengan Hdc untuk kawat dan film/pita .. 7

Gambar 2.4. Skema elektrodeposisi ………. 10

Gambar 3.1. Diagram Skema alur penelitian ………... 14

Gambar 3.2. Kumparan kawat Fe ……… 15

Gambar 3.3. Skema pengukuran impedansi kumparan kawat Fe … 16

Gambar 3.4. Kumparan kawat Fe inti ferit ...…………... 17

Gambar 3.5. Skema alat pengukuran impedansi kumparan inti ferit 17

Gambar 3.6. Pola bentuk kumparan kawat dan plat tembaga …….. 19

Gambar 3.7. Skema alat elektroplating ……...………. 20

Gambar 4.1. Grafik pengaruh perubahan medan magnet terhadap

nilai impedansi ………...………. 25

Gambar 4.2. Grafik pengaruh perubahan jumlah lilitan terhadap

nilai impedansi ...………. 26

Gambar 4.3. Grafik pengaruh perubahan nilai diameter kawat

terhadap nilai impedansi ……….………. 27

Gambar 4.4. Grafik pengaruh perubahan nilai diameter kumparan

terhadap nilai impedansi, pada frekuensi 300 Hz ... 28

Gambar 4.5. Grafik impedansi sebagai fungsi medan magnet

dengan variasi penambahan ferit pada frekuensi 200

Hz (A) dan frekuensi 1.000 Hz (B) ………... 29

Gambar 4.6. Grafik impedansi sebagai fungsi medan magnet

(16)

commit to user

xvi

Gambar 4.7. Grafik perubahan impedansi kumparan kawat Fe

sebagai fungsi frekuensi dengan variasi medan magnet (A) dan perbesaran pada frekuesni 0 hingga

10 kHz (B) ………... 31

sebagai fungsi jumlah lilitan dengan variasi medan

magnet ………... 32

sebagai fungsi diamater kumparan dengan variasi

medan magnet ………... 33

Gambar 4.10. Spektral hasil uji XRF lapisan tipis NiFe hasil

elektroplating dengan waktu deposisi 900 detik …... 34

Gambar 4.11. Grafik perubahan massa NiFe terdeposisi sebagai

fungsi waktu ……… 36

Gambar 4.12. Grafik perubahan ketebalan NiFe terdeposisi sebagai

fungsi waktu ……… 37

Gambar 4.13. Kurva histeresis lapisan tipis NiFe dengan variasi

ketebalan 150 nm, 450 nm, dan 600 nm ………. 38

Gambar 4.14. Grafik Magnetisasi jenuh MS sebagai fungsi

ketebalan ……….. 38

Gambar 4.15. Grafik impedansi sebagai fungsi frekuensi kumparan

kawat Fe/Ni80Fe20 150 nm dengan variasi medan

magnet ………. 39

Gambar 4.16. Grafik perubahan impedansi NiFe terdeposisi sebagai

fungsi ketebalan pada frekuensi 2000 Hz …………... 40

Gambar 4.17. Grafik perubahan impedansi NiFe terdeposisi sebagai

(17)

commit to user

xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

H Medan magnet

Hmax medan magnet eksternal yang cukup untuk meredam impedansi

Z Impedansi

Z(H) Impedansi pada saat penerapan medan magnet H

Z(Hmax) Impedansi yang terukur pada penerapan Hmax

∆Z/Z Magneto impedansi

R Hambatan

L Induktansi

I Arus

V Tegangan

Iac Arus bolak balik

Vac Tegangan bolak balik

A Luas penampang

Ez Komponen longitudinal dari medan listrik

jz Komponen longitudinal rapat arus

Nilai rata-rata potongan melintang pada A

k Konstanta yang dipengaruhi δm

δm Kedalaman penetrasi pada medium magnetik (skin depth)

J0dan J1 Fungsi Bessel jenis pertama

r Radius kawat

a Retengah ketebalan lapisan tipis

j Satuan imajiner

µ_ϕ Circumferential permeability

µT Transverse permeability

c Kecepatan cahaya

f Frekuensi arus bolak balik

σ Konduktivitas listrik

(18)

commit to user

xviii

ρ Massa jenis

µ0 Permeabilitas pada ruang hampa

NiSO46H2O Nikel sulfat heksahidrat

FeSO47H2O Ferro Sulfat

H3BO4 Asam Baromat

H2SO4 Asam Sulfat

C8H8O3 Vanillin

Ni Nikel

Fe Besi

Pt Platina

N Jumlah lilitan kumparan

D Diamater kawat

d Diamater kumparan

f Frekuensi

pH Derajat keasaman larutan

m Massa lapisan deposisi

l Lebar substrat

p Panjang substrat

t Ketebalan lapisan hasil deposisi

(19)

commit to user

xix

DAFTAR LAMPIRAN

halaman

Lampiran 1. Tipikal perhitungan ketebalan lapisan tipis

menggunakan massa deposisi ………... 47

Lampiran 2. Foto alat ………... 48

Lampiran 3. Foto sampel hasil elektroplating ……… 49

Lampiran 4 Perhitungan Waktu Deposisi Kawat Fe ……….. 50

Lampiran 5. Perhitungan perbandingan komposisi Ni dan Fe…... 51