...

FULL-Struktur dan Sifat Kemagnetan Material Magnet

by user

on
Category: Documents
31

views

Report

Comments

Transcript

FULL-Struktur dan Sifat Kemagnetan Material Magnet
312
Desyani Ambarwanti / Struktur dan Sifat Kemagnetan Material Magnet BaFe12MnxZnxO19 yang Disiapkan
dengan Metode Ultrasonic Mixing
Struktur dan Sifat Kemagnetan Material Magnet BaFe12MnxZnxO19
yang Disiapkan dengan Metode Ultrasonic Mixing
Desyani Ambarwanti, Erfan Handoko, dan Mangasi Alion Marpaung
Universitas Negeri Jakarta – Universitas Indonesia
Jl. Pemuda No. 10 Rawamangun Jakarta 13220 - Kampus UI Depok 16424
[email protected]
Abstrak – Telah disintesis material magnet Barium Heksaferit BaFe12O19 (BHF) tipe M termodifikasi melalui substitusi
Mn dan Zn terhadap Fe. Bahan dasar Fe2O3, BaCO3, ZnO, dan MnCO3 dengan tingkat kemurnian lebih dari 99 %
disiapkan melalui proses pencampuran dengan ultrasonic dilanjutkan kalsinasi 700 ºC serta sintering 1100ºC selama 3
jam telah terbentuk fasa tunggal magnet BaFe12MnxZnxO19 (x=0 dan 2). Analisis struktur dengan menggunakan XRD
dan SEM serta sifat kemagnetan diukur dengan alat Permagraph dalam memperoleh sifat yang optimal untuk aplikasi
penyerap gelombang elektromagnet.
Kata kunci: Barium Heksaferit, BaFe12O19, Ultrasonic Mixing, Gelombang Elektromagnet
Abstract – Modified M type Heksaferit BaFe12O19 (BHF) magnetic material has been synthesized by the substitution of
Mn and Zn into Fe. Fe2O3, BaCO3, ZnO, and MnCO3 as fundamental substances with more than 99% purity have been
prepared by ultrasonic mixing process then using 700 ºC calcinations process then 1100ºC sintering process in 3 hours
until BaFe12MnxZnxO19 (x=0 and 2) single magnet phase was formed. Structure analysis using XRD and SEM with their
magnetic property has been measured using Permagraph to get its optimum properties in electromagnetic wave
absorption application.
Key words: Barium Heksaferit, BaFe12O19, Ultrasonic Mixing, Electromagnetic Wave
I. PENDAHULUAN
Dewasa ini penelitian di bidang material magnetik
sangat banyak dikembangkan. Salah satu material
magnetik yang banyak dikembangkan adalah bahan
magnetik Barium M-Heksaferrit. Barium Heksaferrit
banyak diaplikasikan untuk alat elektronik seperti radio,
video recorder, disk driver dan microwave. Dalam bidang
militer Barium Heksaferrit digunakan sebagai bahan
pembuat material Radar Absorbing Material (RAM).
Keuntungan/kelebihan Barium Heksaferrit diantaranya
yaitu harganya yang relatif murah, mempunyai anisotropi
kristalin magnet yang cukup besar, koersivitas tinggi
(6700 Oe), temperatur Curie (450 ºC), magnetisasi
saturasi yang relatif besar (78 emu/g), kestabilan kimiawi
yg baik, tahan korosi [1]. dan pembuatannya yang relatif
mudah. Untuk menghasilkan bahan Barium Heksaferrit,
dapat disintesis menggunakan beberapa metode yang
telah dikembangkan, diantaranya kristalisasi dari kaca,
mekano-kimia, metalurgi serbuk (mechanical alloying),
high ball milling, mekanik paduan sol-gel, aerosol dan
kopresipitasi [2].
Barium heksaferrit memiliki saturasi magnetisasi
(tingkat kejenuhan sifat magnetik) dan koersivitas
intrinsiknya (kekuatan medan magnetik) juga sangat
tinggi, menyebabkan sifat anisotropik material semakin
meningkat menyebabkan sifat absorbsinya menjadi
semakin lemah sehingga sulit digunakan sebagai media
perekam magnetik. Sifat magnetik, terutama koersivitas
pada magnet permanen sangat tergantung pada ukuran
butir [3], dan nilai koersivitas yang rendah dibutuhkan
untuk dijadikan sebagai absorber [4]. Untuk mereduksi
sifat anisotropik tersebut maka diperlukan pendopingan.
Dalam penelitian ini digunakan ion doping Mn dan Zn.
Pada penelitian ini akan disintesis Barium Heksaferrit
(BaFe12O19), dimana Fe disubsitusi dengan ion Mn dan
Zn. Setelah ion Fe atau Ba diganti dengan, Zn-Ti, Mn-Ti,
Ti-Cu, Ni-Zr dan Co-Mo, magnetisasi saturasi,
koersivias, anisotropi frekuensi resonansi konstan dan
feromagnetik barium ferit berubah [4]. Barium MHeksaferit merupakan material yang memiliki kemampuan untuk menyerap gelombang mikro [5], akan tetapi
medan koersivitas (Hc) terlalu tinggi. Dan salah satu
syarat yang harus dipenuhi untuk aplikasi praktis sebagai
penyerap gelombang elektromagnetik adalah bahwa
bahan material ini harus memiliki nilai medan koersivitas
serendah mungkin dengan saturasi magnet yang tinggi [68]. Tingginya nilai medan koersivitas menyebabkan sifat
anisotropik material semakin meningkat sehingga sifat
absorbsinya menjadi semakin lemah. Dengan menurunkan nilai medan koersivitas bahan magnetik ini berarti
menurunkan medan anisotropi magnetokrsitalinnya.
Dengan demikian diperlukan modifikasi bahan
dengan merekayasa struktur dari bahan magnetik ini
untuk mendapatkan nilai saturasi magnetik yang tinggi.
Penambahan ion Mn dan Zn tersebut diharapkan akan
mereduksi sifat anisotropik dari Barium M-Heksaferrit,
sebagai akibat dari dikacaukannya arah momen magnet
oleh munculnya ion substitusi Mn dan Zn hingga
domainnya menjadi random, sehingga penelitian terhadap
sifat magnetik dari Barium M-Heksaferrit ini menjadi
suatu hal mendasar yang harus diteliti.
Penelitian ini difokuskan pada sintesis material
BaFe12-2xMnxZnxO19 dengan menggunakan metode
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Desyani Ambarwanti / Struktur dan Sifat Kemagnetan Material Magnet BaFe12MnxZnxO19 yang Disiapkan
dengan Metode Ultrasonic Mixing
ultrasonic mixing.. Dengan mensubsitusi ion Mn dan Zn
pada temperatur kalsinasi 7000C dan sintering 11000C
dengan memvariasikan nilai variabel x = 0 dan x = 2
sehingga terbentuk material Barium M-Heksaferrit
M
sebagai mate-rial
rial magnetik. Material yang diperoleh
selanjutnya akan dianalisis dengan X-Ray
Ray Diffractometer
(XRD) untuk mengidentifikasi fasa/kristal dan
Permagraph untuk mengetahui sifat kemagnetan.
II. METODE EKSPERIMEN
Diagram alir preparasi Barium M
M-Heksaferit dan
pengujiannya diperlihatkan pada Gambar 1.
313
PVAC (Polyvinyl Acetate), proses ini dilakukan untuk
menghilangkan karbon yang masih terkandung dalam
material, melepaskan gas-gas
gas dalam bentuk karbonat atau
hidroksida sehingga menghasilkan serbuk da
dalam bentuk
oksida, dan dicetak menjadi bentuk pelet diamter 2.0 cm
dengan tekanan 5 ton dengan me
menggunakan kompaktor
hidrolik. Sampel
mpel pelet tersebut disintering pada suhu
1100ºC (dita-han
han selama 3 jam), proses ini dilakukan
untuk mengakti-fasi
fasi sampel, men
menurunkan nilai porositas
dan menambah-kan
kan nilai densitas, serta memperkuat
ikatan antar serbuk. Uji karakterisasi ya
yang dilakukan
meliputi : uji XRD dan uji Pemagraph.
III.. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengukuran Difraksi Sinar X
Untuk dapat mengetahui fasa
fasa-fasa yang terbentuk
pada sampel yang telah melalui proses pemanasan, maka
dilakukan karakterisasi sampel dengan menggunakan
peralatan X-ray
ray Diffractrometer yang kemudian dianalisa
secara kualitatif. Proses analisa tersebut dilakukan
dengan cara mencocokkan dataa hasil pengukuran difraksi
yang didapat dari sampel dengan data hasil difraksi sinar
sinarX yang terdapat pada database ICDD (International
Center for Diffraction Data).
Gambar 2 menunjukkan pola dari fasa BaFe12O19
setelah
elah dilakukan proses identifikasi fasa ppada BaFe12-2xMnxZnxO19 pola difraksi untuk komposisi X=0. Hal ini
sesuai dengan hasil data standar ICDD nomor 84-0757,
memiliki parameter kisi a = b = 5.892 Å c=23.183 Å.
Proses
roses sintesis dengan metode ultrasonik mixing telah
berhasil secara efektif mensubstitusi
ensubstitusi fasa menjadi
BaFe12O19.
Gambar 1.. Diagram alir preparasi dan pengujian sampel
magnet Barium Heksaferit yang didoping ion Mn
dan Zn (BaFe12-2xMnxZnxO19).
Preparasi sampel bahan magnet barium heksaferit
yang disubstitusi dengan bahan besi oksida dari serbuk
BaCO3, Fe2O3, MnCO3, dan ZnO dari produk Merck
dengan kemurnian lebih dari 99 %. Semua serbuk
dimasukkan kedalam gelas kimia dan ditambahkan cairan
etanol 70% secukupnya untuk mempermudah pencampencam
puran bahan. Campuran bahan tersebut diultasonic
mixing selama 30 menit, bertujuan agar partikel-partikel
partikel
pada bahan menjadi homogen.
Setelah itu dilakukan pengeringan menggunakan hot
plate dengan suhu 100ºC selama 1 jam, pengeringan
dilakukan untuk menghilangkan kadar etanol saat
pencampuran bahan. Proses selanjutnya adalah kalsinasi
dengan suhu 700ºC (ditahan selama 2 jam). Serbuk yang
telah di-kalsinasi dicampur dengan perekat polimer
Gambar 2.. Pengukuraan difraksi sinar X.
B. Analisa Sifat Kemagnetan
Sifat kemagnetan Barium M
M-Heksaferrit dapat
diidentifikasi dengan pengujian Permagraph. Besarnya
sifat magnet suatu bahan dapat diketahui melalui kurva
histerisis, dari kurva histerisis tersebut dapat diketahui
nilai remanensi (Mr)) dan medan koersivitas ((Hc). Dari
keadaan saturasi dapat diketahui nilai saturasi ((Ms).
Untuk komposisi BaFe12O19 ((X = 0) nilai remanen
(Mr) yang didapat adalah sebesar 0.173 T, nilai medan
koersivitasnya (Hc)) adalah sebesar 248.216 kA/m
(Gambar 3.a) dan nilai saturasi (Ms
Ms) adalah sebesar 0.291
T (Gambar 3.b).
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII
XXVI HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Desyani Ambarwanti / Struktur dan Sifat Kemagnetan Material Magnet BaFe12MnxZnxO19 yang Disiapkan
dengan Metode Ultrasonic Mixing
314
Untuk komposisi BaFe8Mn2Zn2O19 (X = 2) nilai
remanen (Mr) yang didapat adalah sebesar 0.148 T, nilai
medan koersivitasnya (Hc) adalah sebesar 229.68 kA/m
(Gambar 4.a) dan nilai saturasi (Ms)) adalah 0.247 T
(Gambar 4.b). Kurva histerisis memperlihatkan telah
terjadi nilai koersivitas yang merupakan bukti bahwa
komposisi BaFe12O19 dan BaFe8Mn2Zn2O19 telah
terbentuk.
IV. KESIMPULAN
Fasa Barium Heksaferrit BaFe12O19 pada saat X = 0
memiliki nilai medan koersivitas yang besar
dibandingkan dengan dengan sampel yang lain. Pada saat
X = 0 memiliki nilai medan koersivitas (Hc)
(
yang tinggi
disebabkan karena memiliki kandungan BaFe12O19 yang
lebih banyak, diketahui bahwa BaFe12O19 mempunyai
sifat hard magnetic namun ketika penambahan Mn dan
Zn diharapkan dapat mengurangi nilai medan koersivitas
sehingga dapat bersifat soft magnetic. Pengukuran sifat
kemagnetan menghasilkan pembentukkan kkurva histerisis
yang memiliki nilai koersivitas (Hc
Hc) yang semakin
menurun dengan meningkatnya substitusi Mn dan Zn
terhadap Fe. Sifat kemagnetan yang dihasilkan berupa
kurva histerisis memperlihatkan telah terjadi nilai
koersivitas yang merupakan bukti bah
bahwa komposisi
BaFe12O19 dan BaFe8Mn2Zn2O19 telah terbentuk.
(a)
(b)
Gambar 3.
Grafik Pemagraph untuk komposisi X = 0
(a).Kurva Histerisis (b).Keadaan Saturasi.
Saturasi
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kami ucapkan
pkan atas kepada
Laboratorium Fisika Material Universitas Negeri Jakarta
dan Departemen Fisika Universitas Indonesia atas
fasilitas peralatan untuk pengukuran.
PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
(a)
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
(b)
Gambar 4.
Grafik Pemagraph untuk komposisi X = 2
(a).Kurva Histerisis (b).Keadaan
Keadaan Saturasi.
Saturasi
X. Tang, Xin, (2005), Influence of Synthesis Variables on
The Phase Component and Magnetic Properties of M-BaM
Hexaferrite Powders Prepared Via Sugar
Sugar- Nitrates
Process. Journal Of Material Science. ISSN 0022
0022- 2461
Priyono, 2010. “Karakterisasi Magnetik dan Absorbsi
Gelombang Mikro Material Magnet Berbahan Dasar
Barium Hexaferrite”, Disertasi S-3,
3, FMIPA, Universitas
Indonesia.
Gramatyk, P, et al. 2006. “Soft magnetic composite based
on nanocrystalline Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 and Fe
powders”.
wders”. Journal of Achievement Materials and
Manufacturing aengineering.
Ghasemi. A. dkk. 2005. “Electromagnetic properties and
microwave absorbing characteristics of doped barium
hexaferrite”. Journal of Magnetism and Magnetic
Materials 302 (2006) 429–435.
Feng Y.B., Qiu T., Shen C.Y., 2007, “Absorbing
Properties and Structural Design of Microwave Absorbers
Based on Carbonyl Iron and Barium Ferrite”, Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 318 (2007) 88–13.
Zhang,H.,Yao,X.,Wu,M., Zhang,, L., British Cer. Transc.,
102 (2003) 01-10
LI, X.C.,Gong,R., Feng, Z.,Yan,, J., Shen, X., HE,H.,
J.Am.Ceram. Soc., 89 (4) (2006) 1450--1452.
Zhou ,K. S.,H.Xia ,K.-L.Huang,, L.
L.-W. Deng, D.
Wang,Y.-P. Zhou, S.-H.Gao,, Physica B, 404 (2009)175
(2009)175179.
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII
XXVI HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014
ISSN : 0853-0823
Fly UP