SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING SKRIPSI CUT HANI SAFIRA

Transkripsi

1 SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING SKRIPSI CUT HANI SAFIRA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapain gelar Sarjana Sains CUT HANI SAFIRA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

3 PERNYATAAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI SERBUK BaFe 12 O 19 DENGAN ADITIF FeMo MELALUI METODE MECHANICAL ALLOYING SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Juni 2016 CUT HANI SAFIRA

4 PENGHARGAAN Puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan karunia-nya telah dapat diselesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Sintesis dan Karakterisasi Serbuk BaFe 12 O 19 dengan Penambahan FeMo Melalui Metode Mechanical Alloying. Maka diucapkan terimakasih kepada : 1. Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku dekan FMIPA USU yang telah memberi bimbingan dan dukungan selama perkuliahan maupun dalam penyusunan skripsi ini. 2. Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika FMIPA USU, staff pengajar dan pegawai Departemen Fisika USU yang telah membimbing dan membantu selama perkuliahan dan penyelesaian skripsi ini. 3. Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU dan Dosen Pembimbing Akademik yang telah meluangkan waktu membimbing dan memberi dukungan selama perkuliahan dan penyusunan skripsi ini. 4. Awan Maghfirah, S.Si, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu untuk membimbing, mendukung, mendo akan serta memberi saran untuk menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 5. Prof.Perdamean Sebayang,M.Sc selaku dosen pembimbing di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dalam penelitian dan penyusunan skripsi. 6. Bapak T.Syahrial Harny dan Ibu Sri Endah Kiswarini selaku orang tua yang sangat berjasa dalam memberikan ilmu, nasehat, material, do a dan dukungan selama perkuliahan dan penyelesaian skripsi ini, serta Cut Siti Asyura selaku adik yang selalu memberikan semangat. 7. Dosen Pembimbing Lapangan dan Pegawai di Pusat Penelitian Fisika-LIPI (Bu Ayu, Pak Candra, Pak Arief, Pak Toto, Bang Anggi, Pak amat, Bang Mardi, Bu Yati) yang telah membimbing dan membantu selama menyelesaikan penelitian. 8. Eni Indriani Sinaga (Fisika 2012) selaku teman kos selama 3 tahun yang telah menemani dalam suka-duka.

5 9. Teman-teman seperjuangan Cewek-cewek kos L-48 (Marta Nainggolan, Santa Simanjuntak, Sulistra Simamora, Riris Julita, Fitry Silaban, dan Mia Aulia) yang telah menemani dalam suka dan duka selama melakukan penelitian dan penyusunan skripsi ini. 10. Saudara saudara dan sepupu sepupu (Bang Pontam, Kak Cut Sartika, Kak Eva, Bang Andri, Kak Citra, Mak Tin, Bude Lintang, Om Kris, Tante Antin, Kak Putri, Bang Dedek, Wak Adek, Pakde Agus, Ibu Ati, Kak Raihan, Dek Tia, Dek Fifi) yang telah memberi dukungan dan do a. 11. Physics On Fire atau Fisika USU 2012 selaku sahabat dan teman seperjuangan selama masa perkuliahan dan tugas akhir (Roby, Cyndi, Addin, Ivan, Fransisco, Roi, Tania, Melpa, Elisabeth, Mutia, Ari, Rudi, Ivo, Zefanya, Josapat, Jekson, dkk). 12. Darla s Family KKN kelompok 7 (Andrianus, Yani, Halim, Rizka, Enda, Egar, Ayu, Anita, Sarah, Karyaman, Putri) yang selalu memberi semangat. 13. Keluarga Prof. Masno Ginting yang turut serta memberikan nasehat, dukungan, serta do a untuk menyelesaikan penelitian dan skripsi ini. 14. Asisten Laboratorium Fisika Inti (Dewi, Niko, Lyana, Rahmat) juga selaku teman seperjuangan dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi. 15. Sahabat dan teman - teman penulis (Bang Nuril Akhyar, Alfira Sari, Dianlopa, Febrina, Uci, Bena, Andissi, Bang Irfan, Bang Sulthan, Angga, Vivi, Nufus, dan Bang Junel) yang turut serta memberi dukungan, semangat, dan do a. 16. Teman teman seperjuangan yang melakukan PKL maupun T.A di LIPI (Giass, Devi, Mares, Andi, Indah, Hanifah, Taufik, Firman. Aris, Majid, Widya, Devin, Ulul, Muda, Raihan, Bang Bahtiar, Bang Ciswandi, Peter, Cicik, Putri, Arief Halim, Sahat). 17. Staff pengajar di PAUD Shafira (Buk Ida, Buk Dar, Buk Ira) yang turut serta memberikan do a, semangat, dan dukungan. 18. Adek- adek Fisika USU st.2013 (Yara, Uci, Riza, dkk), st.2014 (Ifrah, Gabriel, Wiwid, Fiqhi, dkk), st.2015 (Dwika, Ira, Elo, Zabrina, dkk) yang telah memberi dukungan dan do a.

6 19. Abang abang dan kakak kakak Fisika USU st.2011 (Kak Diana, Kak Putri, dkk), st.2010 (Bang Anthony, Bang Lamhot, dkk), serta senior dan alumni lainnya yang turut memberikan dukungan dan do a. 20. Pihak pihak lain yang telah berjasa dan selalu memberikan dukungan, dan do a. Disadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan agar skripsi ini dapat diperbaiki untuk lebih baik. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca. Medan, Juni 2016 Cut Hani Safira

7 Sintesis dan Karakterisasi Serbuk BaFe 12 O 19 dengan Aditif FeMo Melalui Metode Mechanical Alloying ABSTRAK Telah dilakukan sintesis serbuk BaFe 12 O 19 dengan penambahan aditif FeMo (1, 3, 5, 7, dan 9%wt) melalui metode mechanical alloying dan variasi temperatur kalsinasi 1000, 1100, dan 1200 o C (2 jam). Karakterisasi yang dilakukan pada serbuk meliputi: true density, Optical Microscope (OM), Vibrating Sample Magnetometer (VSM), dan X-Ray Diffraction (XRD). Hasil karakterisasi true density sebelum kalsinasi menghasilkan nilai berkisar 3,22-4,61 x 10-3 kg/ m 3 dan hasil karakterisasi Optical Microscope (OM) menghasilkan nilai nm. Hasil analisis VSM dengan penambahan 5%berat FeMo adalah σ s = 50,49 (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; σ r = 23,83 (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; jh c = 1106 (10 3 /4π) A/m; dan BH max = 137 (10-1 /4π) J/m 3 dan merupakan nilai yang optimum. Serbuk BaFe 12 O 19 dengan penmbahan 5%wt FeMo yang dikalsinasi pada temperatur 1000 o C (2 jam) menghasilkan σ s = 31,56 (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; σ r = 17,17 (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; jh c = 445,36 (10 3 /4π) A/m dan BH max = 8,66 (10-1 /4π) J/m 3 dan merupakan nilai optimum. Dari hasil analisis XRD serbuk tersebut diperoleh 59,2% fasa barium heksaferit (BaFe 12 O 19 ), 24,11% fasa hematit (Fe 2 O 3 ), dan 16,67% fasa barium oxide (BaO) dengan struktur kristal heksagonal,trigonal, dan tertagonal. Bahan serbuk ini termasuk semihard magnetic dan memungkinkan untuk digunakan sebagai bahan sensor magnetik. Kata Kunci: BaFe 12 O 19, FeMo, Mechanical Alloying, Kalsinasi, Vibrating Sample Magnetometer.

8 Synthesis and Characterization of BaFe 12 O 19 powder with FeMo Additive by Mechanical Alloying Method ABSTRACT BaFe 12 O 19 powder with FeMo (1, 3, 5, 7, dan 9%wt) additive has been synthesis by mechanical alloying method and variation of calcination at temperature: 1000, 1100, and 1200 o C (2 h). The characterization of powder include: true density, Optical Microscope (OM), Vibrating Sample Magnetometer (VSM), and X-Ray Diffraction (XRD). The characterization result of true density before calcination are 3,22-4,61 x 10-3 kg/m 3, and the result of Optical Microscope are nm. VSM analysis results with 5wt% FeMo additive are σ s = 50,49 (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; σ r = 23,83 (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; jh c = 1106 (10 3 /4π) A/m ; and BH max = 137 (10-1 /4π) J/m 3 is the optimum value. After calcination at 1000 o C (2 h) temperature, the results are σ s = (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; σ r = (4π x 10-7 ) Wb.m/kg; jh c = (10 3 /4π) A/m; and BH max = 8.66 (10-1 /4π) J/m 3 which is the optimum value. XRD analysis showed that the powder BaFe 12 O 19 with 5wt% FeMo addition has 59.2% barium hexaferrite (BaFe 12 O 19 ), 24.11% hematite (Fe 2 O 3 ), and % barium oxide (BaO) phase with hexagonal, trigonal, and tetragonal crystal structure respectively. This material can be categorized semihard magnetic and possibility use for magnetic sensor material. Keywords: BaFe 12 O 19, FeMo, Mechanical Alloying, Calcination, Vibrating Sample Magnetometer.

9 DAFTAR ISI Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak vi Abstract vii Daftar Isi ix Daftar Tabel x Daftar Gambar xi Daftar Lampiran xii Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 4 Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Kemagnetan Bahan Diamagnetik Paramagnetik Feromagnetik Anti-feromagnetik Magnet Keramik Sampel Penelitian Barium Haksaferit Besi (Fe) Molibdenum (Mo) Sifat Sifat Magnet Permanen Koersivitas Remanen atau Keterhambatan Saturasi Magnetisasi Medan Anisotropi Kurva Histerisis Metode Metalurgi Serbuk Mechanical Alloying Kalsinasi Karakterisasi Sifat Fisis True Density 17

10 2.9.2 DTA/TG Karakteristik Mikrostruktur Optical Microscope (OM) X-Ray Diffraction Karakterisasi Sifat Magnet dengan Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 21 Bab 3 Metode Penelitian 3.1. Tempat Pemelitian Waktu penelitian Alat dan Bahan Diagram Alir Preparasi Sampel Milling BaFe 12 O Wet Milling FeMo Mixing Uji Sifat Fisis True Density DTA/TG Kalsinasi Uji Mikrostruktur Optical Microscope X-Ray Diffraction Uji Sifat Magnet 31 Bab 4 Hasil dan Pembahasan 4.1. Pengujian Serbuk X-Ray Diffraction True Density Optical Microscope (OM) Vibrating Sample Magnetometer (VSM) DTA/TG Karakterisasi Sampel Vibrating Sample Magnetometer (VSM) X-Ray Diffraction 44 Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan Saran 46 Daftar Pustaka

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Nilai kerapatan dari beberapa jenis Ferrite 12 Tabel 3.1. Matriks komposisi sampel BaFe 12 O 19 : FeMo 26 Tabel 4.1. Hasil pengukuran true density dengan variasi komposisi aditif FeMo terhadap serbuk BaFe 12 O Tabel 4.2. Hasil analisis ukuran partikel serbuk BaFe 12 O 19 dan FeMo serta campuran ke-dua material tersebut 36 Tabel 4.3. Hasil analisis Vibrating Sample Magnetometer (VSM) pada serbuk BaFe 12 O 19 dan penambahan 1, 5, dan 9%wt FeMo 38 Tabel 4.4. Hasil analisis Vibrating Sample Magnetometer (VSM) pada penambahan 5%wt FeMo terhadap serbuk BaFe 12 O 19 yang telah dikalsinasi selama 2 jam 42

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Susunan momen dipol material diamagnetic, (a). Tanpa medan magnet dan (b). Dengan medan magnet 5 Gambar 2.2. Susunan momen dipol material paramagnetic, (a). Tanpa magnet dan (b). Dengan medan magnet 6 Gambar 2.3. Susunan momen dipol untuk material feromagnetik tanpa ataupun dengan adanya medan magnet dari luar 6 Gambar 2.4. Kurva Histerisis 14 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian 24 Gambar 3.2. Planetary Ball Mill (PBM) 25 Gambar 3.3. High Energy Milling (HEM) 26 Gambar 3.4. Piknometer 27 Gambar 3.5. Thermolyne 28 Gambar 3.6. Proses kalsinasi, (a). T = 1000 o C, (b). T = 1100 o C, dan (c). T = 1200 o C (2 jam) 29 Gambar 3.7. Optical Microscope (OM) 30 Gambar 3.8. X-Ray Diffraction 31 Gambar 3.9. Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 32 Gambar 4.1. Hasil analisa XRD dari serbuk BaFe 12 O Gambar 4.2. Hasil analisa XRD dari serbuk FeMo 34 Gambar 4.3. Nilai true density eksperimen dan teori dari campuran serbuk BaFe 12 O 19 dan FeMo 35 Gambar 4.4. Foto serbuk 99 %wt BaFe 12 O 19 : 1 %wt FeMo (a). hasil OM, (b). hasil analisis software ImageJ 36 Gambar 4.5. Hubungan antara jumlah partikel dan kumulatif distribusi terhadap diameter partikel dari serbuk 99%wt BaFe 12 O 19 : 1%wt FeMo 37 Gambar 4.6. Kurva histeresis dari hasil analisis sifat magnet pada penambahan 1, 5, dan 9 %wt FeMo terhadap BaFe 12 O Gambar 4.7. Kurva demagnetisasi pada kuadran ke-dua dari serbuk BaFe 12 O 19 dengan penambahan 5%wt FeMo 40 Gambar 4.8. Kurva DTA/TGA dari serbuk BaFe 12 O 19 dengan penambahn 1%wt FeMo 40 Gambar 4.9. Kurva histeresis hasil analisis sifat magnet pada penambahan 5%wt FeMo terhadap serbuk BaFe 12 O 19 yang dikalsinasi pada temperatur 1000, 1100, dan 1200 o C selama 2 jam 42

13 Gambar 4.10.Kurva demagnetisasi pada kuadran ke-dua dari serbuk BaFe 12 O 19 dengan penambahan 5%wt FeMo yang dikalsinasi pada temperatur 1000 o C selama 2 jam 44 Gambar 4.11.Hasil analisis XRD (a). serbuk BaFe 12 O 19, (b) serbuk BaFe 12 O 19 dengan penambahan 5%wt FeMo yang dikalsinasi pada temperatur 1000, (b) serbuk BaFe 12 O 19 dengan penambahan 5%wt FeMo yang dikalsinasi pada temperatur 1200 o C selama 2 jam 44

14 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Peralatan Penelitian 49 Lampiran 2. Perhitungan True Density 53 Lampiran 3. Hasil Optical Microscope (OM) 56 Lampiran 3. Kurva BH max 60