12,4 GHz - sipeg unj

5

10

15

20

Deskripsi

PEMBUATAN MATERIAL KOMPOSIT MAGNET BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19 + PASIR SILIKA UNTUK PENYERAP FREKUENSI 8,2 – 12,4 GHz

5

Bidang Teknik Invensi

Invensi ini berkaitan dengan komposisi bahan penyusun, metode pembuatan dan aplikasi material komposit magnet komposisi BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19 + pasir silika. Metode pembuatan dengan reaksi zat padat yang diawali proses pencampuran bahan-bahan 10

penyusun sehingga diperoleh material komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ yang bersifat magnetik dan ditambahkan pasir silika serta diaplikasikan sebagai material penyerap frekuensi 8,2 – 12,4 GHz.

15

Latar Belakang Invensi

Perkembangan penelitian mengenai aplikasi material magnet barium heksaferat mengalami perkembangan yang cukup baik, terutama sebagai komponen elektronik, penyerap gelombang elektromagnetik untuk EMC (Electromagnetic Compatibility), RAM 20

(Radar Absorbing Material), radar (Radio Detection and Ranging), dan material komposit terus dikembangkan, terutama pada microwave/GHz/radar, material komposit, dan nanopartikel/nanokomposit. Ada enam tipe barium heksaferat yaitu tipe M, tipe W, tipe Y, tipe Z, tipe X, dan tipe U berdasarkan 25

struktur kristalnya [Pullar, Robert C. 2012.] dan yang paling menarik untuk diteliti adalah heksaferit tipe M BaFe₁₂O₁₉. Hal tersebut dikarenakan koersivitas yang tinggi, biaya material yang lebih murah dan proses yang lebih mudah dibandingkan dengan tipe lainnya. Sehingga material barium heksaferat mempunyai 30

banyak digunakan sebagai material untuk melindungi dari gangguan interferensi disebabkan sifat magnetiknya sebagai penyerap gelombang elektromagnetik. Selain itu sifat resistivitasnya yang besar memiliki peluang untuk aplikasi pada frekuensi tinggi[Chauhan, Pooja et al. 2010.].

35

Perkembangan barium heksaferat untuk aplikasi penyerap gelombang elektromagnetik telah banyak dihasilkan. Tentang sifat mikrostruktur dan magnet dari barium M-heksaferat BaFe_(12-

(4/3)x)Ti_xO₁₉, ion Ti mempengaruhi nilai magnetisasi remanen dan konstanta anisotropi magnet[Castellanos, P. A. Marino et al.

5

2004.]. Selain itu, nanopartikel barium ferat berukuran 50 nm setelah disintesis menggunakan high-energy ball milling selama 20 jam menghasilkan serapan yang lebih efektif dibandingkan barium ferit konvensional mencapai -30 dB dengan rentang frekuensi 11.2 GHz pada daerah -10 dB[J. Qiu et al. 2005.].

10

Magnet komposit yang terdiri dari nanopartikel soft magnet dapat menunjukkan karakteristik refleksi multiband dengan pita lebar dan berpotensial sebagai material penyerap menghasilkan rentang frekuensi yang cukup lebar yaitu 550 MHz dengan reflection loss -25 dB[Bregar, V. B. et al. 2005]. Untuk 15

aplikasi penyerap gelombang diatas dari 15 GHz, komposisi BaFe_12-x(Mn_0,5Cu_0,5Ti)_x/2O₁₉ dapat diperoleh saat ketebalan 1,8 mm dengan mengontrol subtitusi ion Mn, Cu, dan Ti. Jangkauan frekuensi terlebar terjadi saat x=2 dan x=3 yaitu 2,91 GHz dan 2,9 GHz dengan reflection loss sebesar -51,23 dB dan -51,78 dB 20

secara berurutan[Ghasemi, A. et al. 2005].

Komposit nanopartikel berbahan dasar W-heksaferat BaZn_2-

yCo_yFe₁₆O₂₇ dengan teknik sol-gel dengan frekuensi serapan di 14.4 GHz yang dihasilkan reflection loss 6.8 dB[C. A., Ramesh. 2005].

Selain itu, M-heksaferat dengan komposisi baru BaCoxSix+yFe12-2x-yO19

25

yang dicampur resin epoksi dapat dijadikan cat untuk penyerap gelombang mikro pada daerah X-band mencapai lebih dari 10 dB saat frekuensinya 9.5 GHz dengan fraksi volume ferit 57 wt% dan tebal lapisan 0.6 mm[Abbas, S. M. et al. 1998]. Sedangkan pada frekuensi Ku-band. Komposisi Ba(CoTi)δFe(11.9-δ)Mn0.1O19 dan 30

Ba(CoTi)δFe_(11.9-δ)Mn_0.15O₁₉ dengan δ=1.6 tersubstitusi oleh ion Mn diperoleh adalah penyerapan minimum 6 dB pada rentang frekuensi 13-18 GHz yang sesuai untuk aplikasi radar[Meshram, M. R. et al.2001]. Penelitian terbaru mengenai pembuatan nanopartikel barium heksaferat tipe W dilakukan subtutusi ion Al³⁺ an Ce³⁺

35

sebagai penyerap gelombang mikro/radar dan atenuasi pada rentang frekuensi 0.5-10 GHz (C-band). Komposisi BaCoZnFe_16-2yAl_yCe_yO₂₇ dengan variasi y=0 - 1 disintesis dengan metode koopresipitasi dengan reflection loss maksimum sebesar -34.23 dB[J. Iqbal, M.

et al. 2011]. Untuk tipe U Ba₄Co_2-xFe₃₆O₆₀ untuk variasi 0 ≤ x ≤ 2 5

dengan metode mechanical milling, untuk aplikasi frekuensi 8.2- 12.4 GHz (X-band) menghasilkan nilai penyerapan 99.84% dengan reflection loss maksimum -28.4 dB dan frekuensi 8.45 GHz[S.

Meena R. et al. 2010]. Penurunan nilai koersivitas barium heksaferat tipe-M terjadi akibat proses milling 20 jam dan 10

kembali meningkat setelah dilakukan pemanasan annealing pada suhu 900^o - 950^o C[Nowosielski, R et al. 2007] dan berakibat pada peningkatan ukuran partikel[Mahgoob, A. and Hudeish, A. Y.

2013]. Di sisi lain material elektrik seperti jenis silika juga terus dikembangkan. Silika pada umumnya ditemukan di alam dalam 15

batu pasir, pasir silika atau quartzite (Moghaddam 2010), sumber lainnya ada pada tumbuhan seperti pada sekam padi,sabut kelapa sawit, pohon tebu (Zahrina, 2007; Yukamgo, 2007). Biasanya dimanfaatkan untuk berbagai keperluan dengan berbagai ukuran tergantung aplikasi yang dibutuhkan seperti dalam industri ban, 20

karet, gelas, semen, beton, keramik, tekstil, kertas, kosmetik, elektronik, cat, film, pasta gigi, dan lain-lain (Nittaya, 2008).

Penyerap gelombang mikro merupakan material yang dapat berinteraksi dengan gelombang mikro untuk menghasilkan panas 25

(Dixon,2012). Syarat material untuk dapat digunakan sebagai penyerap gelombang mikro yaitu memiliki permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik. Umumnya material penyerap gelombang mikro dibuat dalam bentuk komposit yang terdiri dari polimer sebagai matrix dan karbon atau beberapa bahan oksida (TiO2, ZnO, 30

Al2O3 dll.) sebagai filler. Sifat-sifat yang berbasis polimer ini sudah banyak diteliti karena bahan dasar yang murah dan pembuatan yang relatif mudah(Meshram et.al, 2004, Yusmaniar,2012) seperti material sekam padi yang mampu menghasilkan reflection loss dari 2 hingga 20 GHz. Mampu 35

menghasilkan faktor lossy hingga mencapai -15,166 dB. Puncak refleksi minimum ditunjukkan antara 5 sampai 10 GHz mencapai - 45,534 dB.

Uraian Singkat Invensi 5

Invensi ini adalah pembuatan material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika yang dapat berfungsi sebagai penyerap frekuensi 8,2 – 12,4 GHz. Pembuatan material magnet BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19 meliputi material Fe2O3

dengan penambahan sedikit senyawa barium oksida BaCO₃, Co₃O₄, 10

TiO₂, dan MnCO₃. Metode pembuatan dengan reaksi zat padat yang diawali proses pencampuran bahan-bahan secara mekanik dilanjutkan proses pemanasan yaitu pada temperatur 1100 ^oC selama 5 jam. Sedangkan pasir silika disiapkan dengan proses pemisahan dengan larutan HCL. Hasil pembuatan magnet komposisi barium 15

heksaferat BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ dianalisis dengan Permagraph untuk sifat magnetik dan Vector Network Analyser untuk mengetahui sifat serapan material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika pada frekuensi 8,2 – 12,4 GHz.

20

Uraian Singkat Gambar

Untuk memudahkan pemahaman mengenai invensi ini, selanjutnya akan diuraikan perwujudan invensi melalui gambar- 25

gambar terlampir.

Gambar 1 adalah kurva histerisis material magnet BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ yang diuji dengan menggunakan alat Permagraph sesuai dengan invensi ini.

Gambar 2 adalah grafik nilai permitivitas dan permeabilitas 30

(real dan imajiner) pada rentang frekuensi 8,2 – 12,4 GHz pada material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika yang diperoleh hasil pengukuran dengan alat Vector Network Analyzer (VNA) sesuai dengan invensi ini.

Gambar 3 adalah grafik nilai refleksi yang hilang pada frekuensi 8,2 – 12,4 GHz pada material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika yang diperoleh hasil pengukuran dengan alat Vector Network Analyzer (VNA) sesuai dengan invensi ini.

5

Uraian Lengkap Invensi

Invensi ini adalah pembuatan material komposit magnet komposisi BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19 + pasir silika yang dapat berfungsi sebagai penyerap frekuensi 8,2 – 12,4 GHz. Material 10

penyusun meliputi senyawa barium oksida BaCO₃, Co₃O₄, TiO₂, dan MnCO₃ yang ditambahkan terhadap Fe₂O₃ sebagaimana terlihat pada tabel 1.

Tabel 1. Komposisi bahan penyusun material magnet BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ (dalam persen massa).

15

Komposisi

BaCO₃ ( % )

Fe₂O₃ ( % )

Co₃O₄ ( % )

TiO₂ ( % )

MnCO₃ ( % ) BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ 16,82 68,35 5,47 5,44 3,92

Tahapan pembuatan material komposit magnet komposisi BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19 + pasir silika melalui proses sebagai berikut :

20

1.Campur bahan penyusun material magnet sesuai tabel 1 secara mekanik dengan tujuan homogenisasi campuran.

2. Padatkan serbuk campuran sesuai tabel 1 dengan tekanan 5 ton pada cetakan berdiameter 25 mm.

3. Perlakuan panas pada temperatur 1100^o C selama 5 jam dengan 25

tujuan terbentuknya komposisi fasa material magnet yang sesuai dengan invensi ini.

4.Pemisahan pasir silika dengan HCL sebanyak 4 kali.

5.Pencampuran material magnet BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ sebanyak 80 % berat dengan 20 % berat pasir silika untuk membuat material 30

komposit.

Selanjutnya ada beberapa pengujian yang dilakukan agar material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika sesuai dengan invensi ini dapat memenuhi syarat yaitu :

a.Pengujian PERMAGRAPH komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ untuk mengetahui sifat kemagnetan terutama nilai koersivitas (Hc) 5

dari material magnet sesuai dengan invensi ini.

b.Pengujian VNA untuk mengetahui nilai frekuensi serapan dari material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika sesuai dengan invensi ini.

10

Gambar 1 adalah kurva histerisis hasil pengukuran sifat kemagnetan terhadap komposisi BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19. Dari kurva histerisis juga dapat diturunkan besaran magnet seperti Magnetisasi saturasi (Ms), magnetisasi sisa atau remanen (Mr), 15

dan Koersivitas Intrinsik (Hc). Pada pengukuran BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ diperoleh sebagaimana terlampir pada tabel 2 berikut.

Tabel 2. Data nilai sifat kemagnetan komposisi 20

BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19

Komposisi Mr (T) Hc (kA/m) Ms (T) BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19 0,155 17,2 0,366

Pada tabel terlihat sifat kemagnetan pada magnetisasi saturasi (Ms) sama untuk komposisi BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19. Sedangkan nilai koersivitas intrinsik (Hc) adalah 17,2 kA/m jauh lebih kecil 25

dari nilai standar Hc BaFe₁₂O_19. Hal ini menunjukkan bahwa substitusi ion Co, ion Ti dan ion Mn terhadap ion Fe telah berhasil. Nilai Hc yang kecil menjadi syarat untuk dapat diaplikasikan sebagai material magnet penyerap gelombang frekuensi tinggi.

30

Gambar 2 merupakan grafik hasil pengukuran dengan menggunakan VNA dan diperoleh berupa grafik nilai permitivitas dan permeabilitas (real dan imajiner) pada rentang frekuensi 8,2

– 12,4 GHz pada material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika terhadap frekuensi tinggi yang diberikan. Pada grafik terlihat bahwa akibat dari substitusi substitusi ion Co, ion Ti dan ion Mn terhadap ion Fe sehingga membentuk komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ telah menghasilkan 5

nilai permitivitas 4,5 dan permeabilitas 1 pada rentang frekuensi 8,2 – 12,4 GHz.

Gambar 3 merupakan grafik hasil pengukuran nilai serapan frekuensi 8,2 – 12,4 GHz dengan menggunakan VNA dan diperoleh berupa nilai refleksi yang hilang (reflection loss) terhadap 10

frekuensi tinggi yang diberikan terhadap material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika_. Pada grafik terlihat bahwa akibat dari substitusi ion Co, ion Ti dan ion Mn terhadap ion Fe sehingga membentuk komposisi BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19

telah memiliki nilai refleksi yang hilang secara signifikan dari 15

-6 dB sampai -28 dB untuk material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika pada rentang frekuensi 8,2 – 12,4 GHz.

20

25

30

35

Klaim

1.Suatu komposisi untuk membuat material magnet BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ dari serbuk Fe₂O₃ sebanyak 68,35 %, serbuk BaCO₃ sebanyak 16,82 %, serbuk Co₃O₄ sebanyak 5,47 %, serbuk 5

TiO₂ sebanyak 5,44 % dan serbuk MnCO₃ sebanyak 3,92 %

2.Suatu metode untuk membuat material magnet dengan komposisi seperti klaim 1 dengan langkah-langkah berikut :

a. Mencampur bahan penyusun material magnet dengan komposisi seperti klaim 1 secara mekanik;

10

b. Memadatkan serbuk campuran dengan tekanan 5 ton pada cetakan berdiameter 25 mm;

c. Perlakuan panas pada temperatur 1100^o C selama 5 jam.

3.Suatu metode untuk membuat material magnet komposit dengan 15

komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ sebanyak 80 % berat dengan 20 % berat pasir silika.

4. Suatu produk material magnet yang sesuai dengan klaim-klaim sebelumnya yang diaplikasikan sebagai material penyerap frekuensi 8,2 GHz sampai dengan 12,4 GHz.

20

25

30

35

Abstrak

PEMBUATAN MATERIAL KOMPOSIT MAGNET BaFe10Co0.8Ti0.8Mn0.4O19 + PASIR SILIKA UNTUK PENYERAP FREKUENSI 8,2 – 12,4 GHz

5

5.Invensi ini berhubungan dengan komposisi bahan penyusun, metode pembuatan dan aplikasi material komposit magnet komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ + pasir silika. Secara khusus bahan utama dalam invensi ini untuk membuat material magnet dari serbuk Fe₂O₃ sebanyak 68,35 %, serbuk BaCO₃ sebanyak 16,82 10

%, serbuk Co₃O₄ sebanyak 5,47 %, serbuk TiO₂ sebanyak 5,44 % dan serbuk MnCO₃ sebanyak 3,92 %. Metode pembuatan dengan reaksi zat padat yang diawali proses pencampuran bahan-bahan penyusun sehingga diperoleh material komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉. Material magnet komposit dibuat dengan 15

komposisi BaFe₁₀Co_0.8Ti_0.8Mn_0.4O₁₉ sebanyak 80 % berat dengan 20 % berat pasir silika. Bahan yang sesuai dengan invensi ini bersifat magnet dan memiliki kemampuan sebagai material penyerap frekuensi 8,2 – 12,4 GHz.

20

25

30

35

Gambar 1

Gambar 2

5

Gambar 3

5