Naskah_Ringkas

UNIVERSITAS INDONESIA

PENINGKATAN SIFAT ABSORPSI
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK MELALUI REKAYASA
MIKROSTRUKTUR DAN STRUKTUR SEL MATERIAL PENYERAP SISTEM

BARIUM HEXAFERRITE

RINGKASAN DISERTASI

YANA TARYANA
1706081800

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU BAHAN-BAHAN
DEPOK
AGUSTUS 2021

UNIVERSITAS INDONESIA

PENINGKATAN SIFAT ABSORPSI
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK MELALUI REKAYASA
MIKROSTRUKTUR DAN STRUKTUR SEL MATERIAL PENYERAP SISTEM

BARIUM HEXAFERRITE

RINGKASAN DISERTASI

YANA TARYANA
1706081800

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU BAHAN-BAHAN
DEPOK
AGUSTUS 2021

UNIVERSITAS INDONESIA

PENINGKATAN SIFAT ABSORPSI
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK MELALUI REKAYASA
MIKROSTRUKTUR DAN STRUKTUR SEL MATERIAL PENYERAP SISTEM

BARIUM HEXAFERRITE

RINGKASAN DISERTASI

Untuk memperoleh gelar Doktor dalam bidang ilmu Bahan-Bahan yang
dipertahankan di hadapan Sidang Terbuka Promosi Doktor
Universitas Indonesia

Dibawah pimpinan Rektor Universitas Indonesia
Prof. Ari Kuncoro, S.E., M.A., Ph.D.

Pada hari Selasa tanggal 3 Agustus 2021

YANA TARYANA
1706081800

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI DOKTOR ILMU BAHAN-BAHAN
DEPOK
AGUSTUS 2021
i

Ketua Sidang Terbuka :
Rektor

Prof. Ari Kuncoro, S.E., M.A., Ph.D.

Ketua Pelaksana Sidang Terbuka :
Dr. Rokhmatuloh, S.Si., M.Eng.

Tim Penguji:
Dr. Budhy Kurniawan, M.Si.

Dr. Djati Handoko, M.Si.
Dr. Dede Djuhana, M.Si.
Dr. Wisnu ari Adi, M.Si.

ii

Promotor :
Prof. Dr. Azwar Manaf, M. Met.

Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Kopromotor:
Dr. Yuyu Wahyu, M.T.
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia
Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi

iii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas ijin dan
ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan disertasi ini. Penulisan disertasi ini bertujuan untuk
memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Doktor dari Program Studi Material Sains
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia. Dalam perjalanan
proses penelitian sampai dengan penulisan disertasi ini, penulis menyadari banyak kendala
dan kesulitan yang dihadapi. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-
besarnya kepada :

1. Prof. Dr. Azwar Manaf, M.Met selaku promotor dan Dr. Yuyu Wahyu, M.T selaku ko
promotor yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan
bimbingan dari mulai proses riset sampai dengan penyusunan disertasi ini.

2. Dr. Agus Haryono, M. Sc selaku Deputi Ilmu Pengetahuan Teknik - LIPI, Dr. Budi
Prawara selaku Kepala Satker Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi - LIPI
(P2ET-LIPI), dan seluruh tim kepengurusan beasiswa by research yang telah
memberikan fasilitas dan dukungan penuh sehingga tugas belajar ini berjalan lancar.

3. Kedua orang tua, Istri tercinta dan anak-anak tersayang yang selalu mendoakan dan
memberikan dukungan moril.

4. Seluruh staf akademik Prodi Ilmu Bahan-Bahan Departemen Fisika FMIPA UI yang
telah memberikan bekal ilmu pengetahuan dan riset pada bidang Material bagi penulis.

5. Seluruh karyawan Departemen Fisika FMIPA UI yang telah memberikan pelayanan
yang baik selama penulis bekerja di laboratorium.

6. Rekan-rekan kerja di P2ET-LIPI dan LPTB-LIPI yang telah ikut membantu penulis
dalam proses penelitian.
Akhir kata, semoga Alloh SWT membalas segala kebaikan semua pihak yang telah

membantu. Semoga disertasi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.

Depok, 3 Agustus 2021
Penulis

Yana Taryana

iv

ABSTRAK

Nama : Yana Taryana
Program Studi : Ilmu Bahan
Judul : Peningkatan Sifat Absorpsi Gelombang Elektromagnetik

Melalui Rekayasa Mikrostruktur Dan Struktur Sel Material
Penyerap Sistem Barium Hexaferrite

RAM (Radar Absorbing Material) merupakan sebuah bahan yang dapat menyerap dan
melemahkan gelombang elektromagnetik. Dalam satu dekade terakhir, RAM banyak
menggunakan bahan berbasis Barium Hexaferrite karena sifat-sifatnya yang memiliki
magnetisasi saturasi (Ms), medan koersivitas (Hc), medan anisotropi (Ha) dan konstanta
anisotropi (K) yang besar, dan frekuensi resonansi yang tinggi. Sifat-sifat dasar tersebut
berkaitan erat dengan sifat serapan gelombang elektromagnetik.

Pada penelitian ini dilakukan rekayasa mikrostruktur dan struktur sel senyawa barium
hexaferrite (BaFe12O19) dengan komposisi BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 ( x= 0,0 - 1,0) dan
komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x=0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15) pada perubahan struktur
parameter kristal, sifat magnetik, dan pengaruhnya terhadap sifat serapan gelombang
elektromagnetik dalam jangkau frekuensi RADAR. Penyiapan sampel dilakukan melalui
reaksi pemaduan basah secara mekanik (mechanical alloying). X-ray diffraction (XRD),
scanning electron microscope (SEM), permagraph, dan vector network analyzer (VNA)
masing-masing digunakan untuk mengamati dan menganalisis fasa dan struktur kristal,
morfologi permukaan, sifat-sifat magnetik, dan serapan gelombang elektromagnetik.

Material fasa tunggal BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 diperoleh pada komposisi x ≤ 0.35 memiliki
grain seragam terdistribusi secara acak dengan ukuran rata-rata grain meningkat dari 126 nm
pada komposisi x = 0,05 sampai 154 nm pada komposisi x = 0,35 sedangkan pada komposisi
x > 0,35 menurun secara drastis hingga 71 nm pada komposisi x = 1,0. Sifat-sifat magnetik
Ms, Hc, Ha, dan K1 menurun dengan pertambahan kandungan x dalam sampel. Sementara,
sifat serapan gelombang elekromagnetik meningkat dengan bandwidth yang lebar karena
penurunan Hc. Serapan maksimum terjadi pada komposisi x = 0,35 dengan reflection loss
(RL) sebesar -28,09 dB (menyerap 96,06 % intensitas gelombang yang datang) pada
frekuensi 9,92 GHz dan bandwidth 3,10 GHz. Optimalisasi penyerapan gelombang RADAR
ditelusuri pada material dengan komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0, 0,05, 0,1, dan
0,15). Fasa tunggal terjadi pada semua komposisi dengan struktur mikro terdiri dari grain
terdistribusi secara random. Ukuran rata-rata grain adalah 91 nm pada x= 0,0 mengalami
sedikit peningkatan sampai 142 nm pada x= 0,15. Optimalisasi penyerapan gelombang
RADAR pada material BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 terjadi pada pada komposisi x= 0,05 dengan
RL sebesar -36,39 dB (menyerap 98,48 % intensitas gelombang yang datang) pada frekuensi
9,96 GHz dengan bandwidth 2,74 GHz. Terjadi peningkatan nilai RL sebesar 2,42 %
dibandingkan dengan penyerapan optimal material penyerap BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19
komposisi x= 0,35. Peningkatan ini disertai dengan penurunan bandwidth sebesar 11,61 %.
Hasil penelusuran efek ukuran partikel terhadap optimalisasi penyerapan memperlihatkan
semakin kecil dan seragam ukuran partikel, semakin besar penyerapan intensitas gelombang
elektromagnetik disertai dengan pergeseran frekuensi puncak serapan ke frekuensi yang lebih
rendah dan bandwidth yang semakin sempit. Maksimum RL diperoleh pada material dengan

komposisi BaFe11,6Sn0,35Zn0,05O19 berukuran rata-rata partikel 400 mesh (37 m) sebesar -

v

53,45 dB atau menyerap 99,79 % intensitas gelombang yang datang pada frekuensi 9,42
GHz, bandwidth 0,4 GHz.
Kesimpulan umum dari hasil penelitian ini adalah substitusi ion Sn4+ dan Zn2+ terhadap ion
Fe3+ pada senyawa BaFe12O19 efektif menurunkan koersivitas dan mempertahankan
magnetisasi remanen. Nilai RL material penyerap komposisi BaFe11,6Sn0,35Zn0,05O19
mencapai 98,48 % (-36,39 dB) dengan bandwidth 2,74 GHz dalam jangkau frekuensi Radar
(x-band). Peningkatan lanjut nilai RL mencapai 99,79 % (-53,45 dB) dapat diperoleh dengan
mengecilkan ukuran rata-rata partikel lolos saringan 400 mesh disertai konsekuensi
penurunan bandwidth sebesar 85,40 %.
Kata Kunci : Radar Absorbing Materials, Barium hexaferrite, magnetisasi saturasi, medan
koersivitas, reflection loss, struktur kristal, ukuran partikel

vi

ABSTRACT

Name : Yana Taryana
Study Program : Material Sciences
Title : The Enhancement of Electromagnetic Wave Absorption

Properties Through Microstructure Engineering and Cell
Structure of Barium Hexaferrite Absorbing Material System

Radar Absorbing Material (RAM) is material capable of absorbing and reducing
electromagnetic waves. Over the last decade, most RAM has been made from materials based
on barium hexaferrites due to its properties which have high values of saturation
magnetization (Ms), coercivity (Hc), anisotropic field (Ha), magnetocrystalline anisotropic
constant (K1), and a high natural resonance frequency. These properties are closely related to
the absorption properties of electromagnetic waves.

In this study, the modification of barium hexaferrite (BaFe12O19) to BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19
( x= 0.0 - 1.0) and BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0.0, 0.05, 0.1, and 0.15) compositions was
performed, which led to changes in crystal structure parameters, magnetic properties and
their effect on electromagnetic wave absorption properties within the RADAR frequency
range. The samples were prepared via a wet mechanical alloying reaction. X-ray diffraction
(XRD), scanning electron microscope (SEM), permagraph and vector network analyser
(VNA) were used to observe and analyse phases, crystal morphology, magnetic properties
and absorption of electromagnetic wave, respectively.

The single-phase material BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 obtained at composition x = 0.35. The
microstructure consisted of uniform grains whose orientation was random and the mean size
of the grains changed from 126 nm at composition x= 0.05 to 154 nm at composition x= 0.35.
While at composition x > 0,35 it decreased dramatically to 71 nm at composition x = 1,0.
The magnetic properties of Ms, Hc, Ha, and K1 decreased with increasing x content in the
sample. Meanwhile, the absorption properties of electromagnetic waves increase with a large
bandwidth as a result of a decrease in Hc. The maximum absorption occured in the x= 0.35
composition with a reflection loss (RL) of -28,09 dB (absorb 96.06% of the incoming wave
intensity) at a frequency of 9.92 GHz and a bandwidth of 3.10 GHz. The optimization of the
absorption of RADAR waves has been traced to the composite materials BaFe(11.65-
x)Sn0.35ZnxO19 (x= 0.0, 0.05, 0.1 and 0.15). Single-phase materials were obtained in all
compositions with a microstructure composed of randomly oriented grains. The mean grain
size is 91 nm at x = 0.0, rising slightly to 142 nm at x = 0.15. Optimization of RADAR wave
absorption on BaFe(11.65-x)Sn0.35ZnxO19 material occurs at composition x= 0,05, resulted in
RL of -36.39 dB (absorbs 98.48% of the incoming wavelength) at a frequency of 9.96 GHz
with a bandwidth of 2.74 GHz. The RL value increased by 2.42% compared to the optimum
absorption of BaFe(12-x)Sn0.5xZn0.5xO19 at x= 0.35. The increase was accompanied by 11.61
% decrease in bandwidth. The effect of particle size on absorption shows that the smaller and
more uniform the particle size, the greater the absorption of magnetic waves. The increase in
absorption was accompanied by a shift in the absorption peak frequency to a lower frequency
and narrower bandwidth. The largest RL was obtained from material with a composition of
BaFe11.6Sn0.35Zn0.05O19, with the mean particle size of 400 mesh (37 μm). This resulted in RL

vii

of -53.45 dB or absorbing 99.79% of incoming wave intensity at a frequency of 9.42 GHz
and a bandwidth of 0.4 GHz.
The general conclusion from the results of this study is that the substitution of Sn4+ and Zn2+
ions on Fe3+ ions in BaFe12O19 compounds is effective in reducing coercivity, and
maintaining remanent magnetization. BaFe11.6Sn0.35Zn0.05O19 has reached 98.48% (-36.39
dB) with a bandwidth of 2.74 GHz in the radar (x-band) frequency range. In addition, an
increase in RL to 99.79% (-53.45 dB) was achieved by reducing the mean particle size
through a 400 mesh filter with a substantial decrease in bandwidth of 85.40%.
Keywords : Radar Absorbing Materials, barium hexaferrite, saturation magnetization,
coercivity field, reflection loss, crystal structure, particle size

viii

DAFTAR ISI
Halaman Judul…………………………………………………………………..............i
Panitia Sidang Terbuka ..................................................................................................ii
ABSTRAK........................................................................................................................v
ABSTRACT ...................................................................................................................vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................................ix
BAB 1 PENDAHULUAN................................................................................................1
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................4
BAB 3 METODE PENELITIAN .................................................................................10
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .........................................................................14
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .........................................................................41
REFERENSI ..................................................................................................................43
DAFTAR PUBLIKASI ILMIAH.................................................................................48
DAFTAR RIWAYAT HIDUP......................................................................................49

ix

BAB 1
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Material penyerap gelombang elekromagnetik mempunyai peranan penting di dalam

sistem elektronika telekomunikasi dan kehidupan manusia akibat timbulnya polusi radiasi
gelombang elektromagnetik. Secara elektronik, material tersebut diperlukan untuk
mengurangi dan menghindari terjadinya osilasi yang diakibatkan oleh electromagnetic
interference (EMI) yang dapat mengganggu peralatan sistem disekitarnya dan juga dapat
mengurangi energi gelombang pantulan dari suatu objek. Sedangkan pada bidang pertahanan
militer, material ini sangat dibutuhkan untuk menurunkan dan menghilangkan gelombang
pantulan yang berasal dari sistem radar sehingga objek tidak dapat dideteksi. Sementara
dalam kehidupan manusia, material penyerap berfungsi untuk mengurangi pengaruh radiasi
gelombang elektromagnetik yang dapat membahayakan kesehatan.

Penelitian terhadap material penyerap gelombang elektromagnetik mulai diminati sejak
perang dunia ke dua ketika Amerika membangun proyek “siluman” yang dipersiapkan untuk
pesawat tempur pembom dengan teknologi canggih. Rekayasa bentuk geometri dan
penggunaan bahan penyerap sebagai pelapis permukaan badan pesawat merupakan teknik
yang digunakan dalam proyek tersebut (Gaylor, 1989). Geometri badan pesawat dirancang
dengan bidang-bidang permukaan yang lancip seperti bentuk pyramid dengan tujuan
gelombang pantulan terjebak didalamnya saling memantulkan diantara dinding-dinding
pyramid sehingga gelombang pantulan yang mengarah ke sistem radar sangat lemah. Bentuk
geometri pesawat seperti itu memiliki kekurangan dalam melawan gaya gesekan udara
dengan kecepatan yang sangat tinggi. Dengan demikian, penelitian lebih mengarah pada
bahan penyerap gelombang elektromagnetik yang disebut radar absorbing material (RAM)
sebagai lapisan (coating) yang penggunaaannya lebih universal (Lederer, 1986).

Pada 1930-an, pertama kali bahan yang digunakan untuk penelitian penyerap
gelombang elektromagnetik adalah karbon hitam yang berfungsi sebagai bahan resistif dan
titanium dioxide. Bahan ini memiliki permitivitas yang tinggi untuk mengurangi ketebalan
lapisan. Mekanisme serapan yang digunakan adalah metode resonansi seperempat lamda (λ)
(Saville, 2005). Semenjak itu, penelitian bahan-bahan untuk penyerap gelombang
elektromagnetik semakin pesat seiring dengan perkembangan teknologi telekomunikasi

Universitas Indonesia 1

dengan fungsi yang berbeda-beda. Pada bidang telekomunikasi (handphone, radio
broadcasting berdaya tinggi, dan peralatan elektronik lainnya) bahan penyerap berfungsi
untuk menguragi efek radiasi yang dapat mengganggu unjuk kerja sistem peralatan radio di
sekelilingnya dan yang paling strategis adalah pada bidang pertahanan militer dimana bahan
penyerap gelombang elektromagnetik dijadikan sebagai bahan coating untuk lapisan badan
pesawat anti-radar.

Dalam dua dekade terakhir, bahan yang banyak digunakan sebagai bahan dasar
penyerap gelombang elektromagnetik adalah bahan yang bersifat magnetik ferit, yaitu
stronsium dan barium hexaferrite. Beberapa ion doping dilakukan melalui rekayasa struktur
sel dan mikrostruktur untuk melihat pengaruhnya terhadap sifat magnetik dan sifat serapan
gelombang elektromagnetik (Chang et al., 2012) (Ghasemi et al., 2006) (Kagotani et al.,
2004) (Mendoza-Suárez et al., 2001)(Soman et al., 2014). Pada umumnya sintesis dilakukan
melalui metode reaksi padatan (solid-state reaction) (Adi, 2014) dan metode sol-gel
(Nikmanesh et al., 2019). Jasbir Singh dan kawan-kawan telah melakukan penelitian
pengaruh struktur kristal, ketebalan sampel terhadap impedansi mathcing terhadap sifat
serapan gelombang elektromagnetik pada komposisi Ba0,5Sr0,5CoxAlxFe12-2xO19. Hasil
pengamatan menunjukan bahwa serapan terbaik terjadi pada komposisi x=1,0 di frekuensi
11.22 GHz dengan reflection loss (RL) -16,4 dB dan impedansi 87,8-j64 Ω dengan ketebalan
2,9 mm. Sementara struktur kristalnya memperlihatkan rasio c/a adalah 3,924 (Singh et al.,
2017). Pengaruh sifat magnetik terhadap sifat serapan gelombang salah satunya diamati oleh
Hüseyin Sözeri dan kawan kawan dengan mensubstitusi ion magnetik (Mn2+, Co2+, Ni2+ dan
Cu2+), ion non magnetik (Zn2+) dan ion dielektrik (Ti4+) ke dalam barium hexaferrite dengan
komposisi BaFe11X0,5Ti0,5O19 dimana X adalah ion magnetik dan non magnetik. Hasil
pengamatan menunjukkan bahwa komposisi BaFe11Zn0,5Ti0,5O19 menghasilkan serapan RL
maksimum –34 dB pada frekuensi 9,54 GHz dan memiliki medan koersivitas (Hc) terendah
1082 Oe dibandingakan dengan komposisi lainnya (Sözeri et al., 2015). Dari penelitian
tersebut dapat disimpulkan bahwa sifat magnetik Hc yang rendah berpengaruh pada sifat
serapan RL yang semakin dalam. Penurunan Hc dipengaruhi juga oleh ukuran butir sampel
(grain size) dimana pertumbuhan butir yang meningkat menyebabkan nilai Hc berkurang
secara drastis (Dho et al., 2005a). Lebih lanjut, ukuran partikel juga dapat mempengaruhi
gelombang pantulan. Semakin kecil ukuran partikel maka semakin banyak jumlah partikel
yang menyebabkan gelombang yang dipantulkan semakin kecil (Cai et al., 2018)(S. Zhang
et al., 2014). Sementara pengaruh nilai permeabilitas dan permitivitas kompleks suatu bahan

Universitas Indonesia 2

merupakan kerugian tersendiri terhadap sifat serapan gelombang elektromagnetik. Maka dari
itu dibutuhkan bahan yang mempunyai nilai permeabilitas (μ) dan permitivitas (ɛ ) yang
tinggi menjadi untuk merancang penyesuai impedansi (Liu et al., 2017).

Berdasarkan hasil penelitian-penelitian di atas, menunjukan adanya hubungan antara
parameter struktur kristal, sifat magnetik, ukuran partikel, dan sifat serapan gelombang
elektromagnetik. Hubungan parameter-parameter tesebut dapat dijadikan acuan dalam
merancang bahan penyerap gelombang elektromagnetik.

1.2 Perumusan Masalah
Bahan magnet yang berbasis heksaferit sampai saat ini menjadi bahan dasar yang

komposisi strukturnya banyak direkayasa sesuai dengan kebutuhan aplikasinya. Beberapa
kelebihan yang dimiliki oleh bahan ini adalah memiliki anisotropi magnetokristalin yang
tinggi, suhu Curie tinggi, dan magnetisasi saturasi yang besar (Adi, 2014b) (Manawan, 2014).
Saat ini, perkembangan penelitian bahan berbasis heksaferit banyak digunakan sebagai
bahan penyerap gelombang elektromagnetik. Berdasarkan literature yang ada, bahan
penyerap gelombang elektromagnetik harus memiliki parameter magnetisasi saturasi (Ms)
yang tinggi, medan koersivitas (Hc) yang rendah, ukuran partikel yang kecil dan impedansi
yang sama dengan impedansi saluran. Parameter-parameter tersebut dapat dipenuhi dengan
merekayasa struktur sel melalui sebstitusi ion-ion magnetik, non magnetik dan ion dielektrik.
Maka dari itu, pada penelitian ini dilakukan rekayasa mikrostruktur dan struktur sel barium
hexaferrite (BaFe12O19) yang dapat mempengaruhi parameter struktur kristal, sifat-sifat
magnetik, ukuran partikel dan impedansinya. Kemudian dipelajari sejauh mana pengaruh
parameter-parameter tersebut dapat mempengaruhi sifat serapan gelombang
elektromagnetik.

1.3 Tujuan Penelitian
Secara umum tujuan penelitian ini adalah merekayasa mikrostruktur dan struktur sel

material penyerap gelombang elektromagnetik melalui substitusi ion Zn2+ dan Sn4+ ke dalam
barium hexaferrite untuk memperoleh karakteristik serapan terbaik dari material tersebut.
Sedangkan tujuan khusus penelitian ini adalah :
- Mempersiapkan pembentukan material penyerap fasa tunggal melalui penelusuran

komposisi BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 dimana x= 0, 0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35,
0,5, 0,7, dan 1,0 yang dilanjutkan dengan komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 dengan x=
0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15 untuk meningkatkan serapan gelombang elektromagnetik.

Universitas Indonesia 3

- Mengetahui pengaruh substitusi ion Zn2+ dan Sn4+ pada BaFe12O19 terhadap perubahan
parameter struktur kristal, sifat-sifat magnetik (magnetisasi saturasi (Ms), medan
koersivitas (Hc)), impedansi (Z) yang dapat mempengaruhi sifat serapan gelombang
elektromagnetik.

- Menemukan nilai tradeoff dari Ms, Hc terhadap nilai reflection loss (RL) yang terbaik
- Merekayasa mikrostruktur material dari sistem yang terbaik melalui proses re-milling

untuk mendapatkan ukuran partikel yang lebih kecil dan diharapkan dapat meningkatkan
penyerapan gelombang elektromagnetik.

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Barium Hexaferrite (BaFe12O19)
Barium hexaferrite (BHF) memiliki rumus struktur BaFe12O19 merupakan golongan

hexagonal ferrite tipe M yang memiliki struktur kristal hexagonal dengan grup ruang
P63/mmc dengan panjang parameter kisi adalah a=b= 5,89 Å dan c = 23,17 Å (Pullar,
2012a). Ion oksigen, Ba dan Fe pada struktur heksagonal tumpukan padat (hexagonal close
packed, HCP) menempati situs oktahedral (12k, 4f2, dan 2a), tetrahedral (4f1), dan trigonal
bipiramidal (2b). Kation Fe merupakan satu satunya sumber moment magnet dimana situs
12k, 2a, and 2b mempunyai arah spin up dan situs 4f1 dan 4f2 mempunyai arah spin down
seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Unit cell dari struktur kristal paduan ini dibangun
oleh superposisi dua buah blok S dan dua buah blok R yang disimbolkan oleh SRS*R*. Atom
Oksigen terletak close packed dengan ion Ba dan Fe di dalam sisi intersisi. Terdapat sepuluh
lapisan atom oksigen di sepanjang sumbu c dan atom besi ditempatkan pada lima lokasi yang
berbeda secara kristalografis. Blok S (Fe6O8) dan S * merupakan bidang spinel dengan 2
lapisan oksigen dan enam ion Fe3+. Empat dari ion Fe3+ ini berada di situs oktahedral dengan
arah spin sejajar (paralel) satu sama lain. Dua ion Fe3+ yang tersisa berada di situs tetrahedral
dan memiliki spin antiparalel dengan yang ada di situs oktahedral. Sedangkan blok R dan R*
terdiri-dari tiga lapisan oksigen dengan slah satu anion oksigen digantikan dengan ion Ba.
Setiap blok R berisi enam ion Fe3+, lima ion berada di situs octahedral dengan arah polarisasi
tiga spin up dan dua spin down. Sementara, satu ion Fe3+ berkoordinasi dengan lima anion
O2- dan memiliki arah polarisasi spin up. Atom-atom Fe pada 2a tersusun secara Oktahedral

Universitas Indonesia 4

dengan jarak Fe-O yang sama, namun demikian ion-ion Fe yang tersusun secara oktahedral
pada 4f2 dan 12k mempunyai jarak interatomik yang berbeda, kira-kira 0,185 nm sampai
0,237 nm. Susunan ion-ion Fe berbentuk tetrahedral pada FeO4, trigonal bipiramida pada
FeO5, dan oktahedral pada FeO6. Setiap ion Fe3+ memiliki momen magnet sebesar 5 μB, maka
jumlah momen magnet dapat dihitung dengan mengetahui bahwa delapan ion Fe3+ berada
dalam keadaan spin up, dan empat ion dalam keadaan spin down sehingga menghasilkan
empat spin up ion Fe3+. Oleh karena itu, jumlah momen magnet ion Fe3+ adalah 4 x 5 = 20
μB (Özgür et al., 2009).

Gambar 2.1 Struktur kristal barium hexaferrite (Özgür et al., 2009)

Berdasarkan struktur kristalnya, maka sifat-sifat magnetik BaFe12O19 memiliki
magnetisasi saturasi (Ms) yang tinggi (72 A m/kg), medan anisotropi (Ha) 1353 kA/m,
frekuensi resonansi natural yang tinggi, magnetic loss yang besar, konstanta anisotropi kristal
(K1) 3,3 x 106 erg/cm3 dan sifat kimia yang baik sehingga banyak digunakan sebagai bahan
dasar magnet permanen (Ghasemi et al., 2006; Kojima, 1982; Pullar, 2012). Sifat-sifat
magnetik dan gelombang mikro dapat berubah dengan mensubstitusi pasangan ion yang
sesuai ke dalam situs Ba2+ atau Fe3+ sehingga penggunaan material ini semakin luas (Alam
et al., 2015).

2.2 Mekanisme Serapan Gelombang Elektromagnetik
Secara umum mekanisme serapan gelombang elektromagnetik ketika berinteraksi

dengan material terbagi dua, yaitu serapan akibat struktur geometri permukaan dan serapan
yang terjadi akibat interaksi gelombang elektromagnetik dengan struktur material di
dalamnya. Pada struktur geometri permukaan material, gelombang datang yang berinteraksi
dengan permukaan material akan terjadi gelombang yang diteruskan dan yang dipantulan.

Universitas Indonesia 5

Pada gelombang pantulan terjadi gelombang yang saling memantulkan diantara struktur
geomentri di dekatnya sehingga energi gelombang pantulan yang mengarah ke sumber
gelombang menjadi sangat lemah. Sedangkan serapan yang terjadi di dalam material
dipengaruhi oleh sifat-sifat magnetik, permeabilitas, permitivitas material, impedansi, dan
ukuran partikel dari materialnya. Permitivitas (ε) dan permeabilitas (μ) kompleks merupakan
sifat listrik dan magnetik suatu material yang masing-masing memiliki bagian ril dan imajiner
(Dixon, n.d.). Besarnya energi dari medan listrik luar yang tersimpan dalam material
dinyatakan oleh bilangan ril () dan besarnya energi yang hilang akibat medan listrik luar
dinyatakan oleh bilangan imajiner (). Material dikatakan tanpa kerugian apabila bagian
imajiner bernilai nol (loss factor). Berlaku juga untuk parameter permeabilitas dimana
besarnya energi tersimpan dalam material yang berasal dari medan luar dinyatakan oleh
bilangan ril (µ) dan energi yang hilang akibat medan magnet luar dinyatakan oleh bilangan
imajiner (µ) (Yaw(Rohde&Schwarz), 2006). Perbandingan antara konstanta dilektrik ()
dengan redaman () dinamakan loss tangen dielektrik. Semakin besar nilai loss tangen
material maka semakin besar redaman saat gelombang bergerak melalui material tersebut.
Demikian juga yang terjadi pada material yang bersifat magnetik.

Gambar 2.2 Ilustrasi serapan gelombang elektromagnetik 6

Universitas Indonesia

Gambar 2.2 menunjukkan ilustrasi mekanisme serapan gelombang elektromagnetik
ketika berinteraksi dengan material. Serapan gelombang elektromagnetik dapat dianggap
sebagai kehilangan energi (loss energy) akibat berinteraksi dengan material. Mekanisme
serapan terjadi ketika gelombang elektromagnetik datang (incident wave) berinteraksi
dengan material maka sebagian energi gelombang dipantulkan dan sisanya diserap atau
diteruskan.

Apabila gelombang pantulannya memiliki beda fasa yang sama dengan gelombang
datang maka terjadi superposisi negatif yang menyebabkan energi gelombang saling
menghilangkan atau mengurangi. Kehilangan energi juga terjadi akibat gelombang yang
saling memantulkan diantara butira-butiran di dalam material sehingga energi gelombang
yang dipantulkan ke luar menjadi lemah. Serapan maksimum terjadi apabila impedansi
sumber (Zo) sama dengan impedansi material (Zin) atau Zo=Zin. Di samping itu, pelemahan
energi pantulan terjadi juga akibat rugi arus eddy (loss eddy current) dimana disipasi energi
terjadi akibat arus yang bersirkulasi (melingkar) pada permukaan konduktor yang
disebabkan oleh medan magnet eksternal yang menginduksi elektron-elektron bebas
sehingga menimbulkan gaya gerak listrik (GGL) yang arahnya tegak lurus dengan arah
induksi medan magnet. (Mishra & Sharma, 2016). Besarnya energi disipasi tergantung pada
nilai resistivitas, konduktivitas (σ), medan listrik (E) dan dimensi dari material yang
dinyatakan oleh (J. Smit and H. P. J. Wijn, 1954). Selanjutnya pada domain wall resonance,
gerakan domain wall akibat induksi magnet luar mengalami perubahan orientasi domain
magnet yang menghasilkan gaya pemulih. Ketika medan luar yang kecil diterapkan akan
terjadi sedikit pergeseran dinding dari energi minimum dan dinding akan kembali ke
konfigurasi asalnya saat pelepasan medan. Sebaliknya ketika medan luar yang besar
diterapkan, maka dinding akan bergeser melewati energi minimum penghalang ke jarak
tertentu dan ketika medan luar dilepaskan, dinding tidak kembali pada posisi semula karena
adanya energi penghalang tadi. Proses tersebut mengakibatkan terjadinya disipasi energi.
Terakhir adalah mekanisme spin elektron resonance dimana medan listrik eksternal
mempengaruhi gerakan inti atom yang berputar menyerupai gasing dalam bidang vertikal
yang bentuk putarannya seperti kerucut. Perputaran ini disebut dengan gerak presisi atau
frekuensi larmor. Resonansi terjadi apabila medan frekuensi radio (HRF) sama dengan
frekuensi larmor yang mengakibatkan jari-jari elektron yang berpresisi menjadi lebih
panjang dari sebelumnya. Getaran kristal akibat gerak presisi pada tingkat energi yang lebih
tinggi menyebabkan perpindahan atau penyerapan energi HRF (Moulson et al., 2003).

Universitas Indonesia 7

2.3 Eksplorasi Bahan Penyerap Gelombang Elektromagnetik berbasis BaFe12O19
Banyak penelitian yang telah mengeksplorasi potensi fasa magnetik BaFe12O19 sebagai

Radar Absorbing Material (RAM). Berbagai metode sintesis untuk pembentukan maupun
rekayasa material ini juga telah dikembangkan. Sebagai dampaknya, berbagai jenis material
hasil rekayasa dan kemampuan penyerapannya telah tersedia pada berbagai publikasi. Saat
ini produk absorber yang bersifat komersial menggunakan bahan berbasis karbon seperti
pada ruangan anechoic chamber yang dibangun di sekelilingnya oleh lapisan busa berbentuk
pyramid berbasis bahan karbon. Lapisan karbon yang didukung dengan bentuk geometri
dapat menurunkan interferensi gelombang elektromagnetik. Kekurangan lapisan karbon ini,
yaitu hanya memiliki nilai permeabilitas sehingga penambahan unsur lain dapat
memunculkan nilai permitivitas (G. P. Srivastava, 1992). Berdasarkan hasil penelitian dalam
satu dekade terakhir, bahan berbasis magnetik ferit seperti barium dan stronsium hexaferrite
memiliki sifat-sifat yang terkandung di dalamnya mudah dikontrol (Dho et al., 2005b; Tang
& Hu, 2007).Berikut ini disampaikan kembali informasi penting dan hasilnya dari hasil
penelusuran penulis.

Z. Mosleh.,et al, 2016 telah melakukan sistesis bahan penyerap sistem Ba1-x CexFe12O19
(x= 0,0, 0,05, 0,1, 0,15, dan 0,2) melalui metode sol-gel. Pengamatan pola difraksi sinar x
menunjukan sampel pada komposisi x>0,1 muncul fasa kedua, yaitu α-Fe2O3 dengan fraksi
massa 4% untuk x=0,15 dan 15% untuk x= 0,2. Serapan maksimum pada frekuensi x-band
terjadi pada komposisi x= 0,15 dengan RL = -16,74 dB pada frekuensi 10,3 GHz seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.13. Pengukuran dan analisis sifat magnetik menghasilkan nilai
Ms= 53 emu/g dan Hc = 5088 Oe (Mosleh et al., 2016).

S.S. seyyed Afghahi., et al, 2016, dalam penelitiannya telah melakukan sintesis
material BHF dengan komposisi BaMgxZnxX2xFe12-4xO19 dimana x = 0,3, 0,5, 0,7, 0,9 dan X
= Zr, Ce, Sn melalui proses pencampuran mekanik selama 20 jam kemudian dikalsinasi pada
temperatur 1000 oC selama 5 jam. Sifat serapan gelombang elektromagnetik yang terbaik
terjadi pada komposisi BaMg0,9Zn0,9Zr1,8Fe8,4O19 dengan nilai RL = -19,3 dB pada frekuensi
12,3 GHz. Data ini didukung juga dengan sifat-sifat magnetik Ms = 37,3 emu/g, Mr = 3,77,
dan Hc = 94 Oe (Afghahi et al., 2016).

Pan Shen., et al, 2017, telah melakukan pengaruh substitusi La-Ni terhadap BHF
dengan komposisi kimia Ba1−xLaxFe12−xNixO19 (x=0, 0,05, 0,1, 0,15, 0,2) melalui proses
pengedapan kimiawi. Hasil terbaik dari seluruh penelitiannya terjadi pada komposisi x= 0,1
dengan Ms = 57,65 emu/g, Mr = 32,61 emu/g, Hc = 5054 Oe dan serapan gelombang

Universitas Indonesia 8

elektromagnetik pada frekuensi 13,05 GHz dengan RL = - 13,5 dB dengan ketebalan sampel
1,5 mm (Shen et al., 2017).

Penelitian sifat magnetik dan serapan gelombang elektromagnetik dengan material
nanocomposite BHF/ multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs)/ polymer polyaniline
(PANi) telah dilakukan oleh A. Afzali., et all, 2017, melalui metode sol gel dan polimerisasi.
Karakterisasi terbaik diperoleh pada senyawa BHF/MWCNTs/PANi dengan sifat magnetik
Ms= 22 emu/g, Mr = 9,4 emu/g dan Hc = 761 Oe dan RL= -36,2 dB pada frekuensi 10,2 GHz
(Afzali et al., 2017).

Metode reaksi padatan (solid-state reaction) pada BaZn0,6Zr0,3 X0,3Fe10,8O19 dimana X
= Ti, Ce, Sn telah dilakukan oleh Afghahi.,et al, 2017. Serapan maksimum gelombang
elektromagnetik terjadi pada komposisi sampel BaZn0,6Zr0,3Sn0,3Fe10,8O19 (ZZS) pada
frekuensi 11,1 GHz dengan nilai RL = -16,3 dB dan bandwidth (BW) 1,6 GHz pada
penurunan RL -10 dB dengan sifat magnetik Ms =18,1 emu/g, Mr = 2,9 emu/g dan Hc =118
Oe (Afghahi et al., 2017).

Sachin Tyagi., et al, 2018 telah melakukan sintesa BaFe12O19/ZnFe2O4/CNTs
nanocomposite dengan metode pembakaran otomatis termasuk prekursor sitrat menggunakan
sol-gel (SeG) diikuti dengan konversi gel-to-nanocrystalline (GeN). Nilai serapan yang
terbaik terjadi pada campuran komposisi 60 % ferrite, 20 % CNT dan 20 % epoxy dengan
ketebalan sampel 2 mm, RL= -43,22 dB, frekuensi 10,30 GHz dengan BW 2,95 GHz yang
diukur pada penurunan RL sebesar -10 dB. Sifat –sifat magnetik yang dihasilkan adalah Ms
= 53,49 emu/g dan Hc= 2726,09 Oe (Tyagi et al., 2018).

Jun Li., et al, 2018, telah melakukan investigasi terhadap material sistem
Ba(CoZr)xFe12-2xO19 (x = 0.2, 0.4, 0.6) melalui proses sintesa dengan menggunakan metode
solid-state rection. Serapan gelombang elektromagnetik terbaik terjadi pada komposisi x=0,4
dengan ketebalan 1,6 mm, yaitu nilai RL = -28,7 dB di frekuensi 16,4 GHz dengan BW pada
penurunan RL -10 dB adalah 4,48 GHz. Karakteristik serapan ini didukung oleh sifat-sifat
magnetik yang diperoleh, yaitu Ms = 33,44 emu/g, Mr = 7,65 emu/g dan Hc =456,15 (Li et
al., 2018).

H. Nikmanesh., et al, 2019, telah melakukan penelitian multi dopping nano-partikel
BHF dengan komposisi BaCoxCuxZr2xFe12-4xO19 (x =0,0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, dan 0,5) melalui
proses preparasi pembakaran sol-gel. Sifat-sifat magnetik yang mendukung kepada nilai
serapan maksimum gelombang elektromagnetik terjadi pada komposisi sampel
BaCo0.5Cu0.5ZrFe10O19 dengan nilai Ms = 49,07 emu/g, Mr = 13,18, dan Hc = 396,91 Oe.

Universitas Indonesia 9

Dimana besarnya RL = -27,4 dB pada frekuensi 14,44 GHz dengan BW= 5,53 GHz pada
penurunan RL= -10 dB (Nikmanesh et al., 2019).

BAB 3
METODE PENELITIAN

Eksperimen yang dilakukan pada penelitian ini dimulai dengan substitusi parsial sistem
barium hexaferrite dengan ion-ion non magnetik (La3+, Sn4+, dan Zn2+). Kemudian dilanjut
dengan substitusi kombinasi Sn-Zn melalui proses sintesa dengan perlakuan yang sama.
Dalam bagian ini ini dijelaskan proses sintesa substitusi kombinasi pasangan ion Sn-Zn
terhadap barium hexaferrite.

Proses penelitian ini dibagi 2 tahap sintesis, yaitu pertama pembentukan fasa tunggal
melalui rekayasa struktur sel barium hexaferrite dengan substitusi ion Sn4+ dan Zn2+ dan
kedua rekayasa mikrostuktur melalui proses re-milling dan filtering dengan menggunakan
shaker mill untuk mendapatkan beberapa ukuran partikel yang berbeda. Sintesis yang
dilakukan adalah komposisi BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x= 0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35,
0,5, 0,7 dan 1,0) kemudian dilanjutkan dengan sintesa dengan komposisi BaFe(11,65-
x)Sn0,35ZnxO19 (x=0,0 ,0,05, 0,1, dan 0,15) yang bertujuan untuk meningkatkan nilai serapan
gelombang elektromagnetik. Proses re-milling dan filtering dilakukan pada variasi komposisi
yang terbaik untuk mendapatkan peningkatan nilai serapan yang lebih baik lagi.

3.1 Preparasi Sampel Uji
Penyiapan prekursor BaFe12O19 dengan metode mechanical milling dilakukan dengan

perbandingan nominal kandungan besi dan barium (Fe : Ba) adalah 12 : 1. Dalam prakteknya
digunakan perbandingan Fe : Ba adalah 11,5 : 1 karena mempertimbangkan adanya efek
penambahan ion Fe pada waktu proses milling akibat tumbukan bola bola baja pejal dengan
jar mill. Bahan-bahan baku yang digunakan sebagai penyusun sistem BaFe(12-
x)Sn0,5xZn0,5xO19 dan BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 adalah iron (III) oxide (Fe2O3), barium
carbonate (BaCO3), zink oxide (ZnO), dan tin (IV) oxide (SnO2). Bahan tambahan calsium
oxide (CaO) dan silicon dioxide (SiO2) dipergunakan sebagai binder. Semua bahan baku
berasal produk Merck dengan tingkat kemurnian pro analysis dan alkohol dengan kemurnian
99%.

Universitas Indonesia 10

Bahan-bahan baku dengan berat masing-masing dicampurkan dengan penambahan
alkohol 25 ml dan dimilling selama 7 jam di dalam alat planetary ball mill. Perbandingan
berat bahan dengan bola-bola baja adalah 1:10. Sampel hasil milling kemudian dilakukan
pengovenan pada suhu 100 oC - 300 oC untuk menghilangkan kandungan air. Selanjutnya
sampel dianil pada temperatur 1150 oC selama 2 jam dan digerus menggunakan diskmill
dengan penambahan 0,6 % CaO dan 0,75 % SiO2 sebagai binding agents. Sampel dikompaksi
dengan tekanan maksimal 10 ton kemudian disintering pada temperatur 1200 oC selama 2
jam. Secara keseluruhan, diagram alur proses ditunjukan oleh Gambar 3.1 dan Gambar 3.2

Gambar 3.1 Diagram alur rekayasa struktur sel

Universitas Indonesia 11

Gambar 3.2 Diagram alur rekayasa mikrostruktur

Preparasi sampel untuk karakterisasi peningkatan sifat serapan dilakukan sebagai
berikut : sejumlah sampel dengan komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x=0,0, 0,05, 0,1, dan
0,15) menjalani proses penggerusan mekanik kembali melalui proses milling basah dengan
penambahan 20 ml aquades selama 3 jam. Kemudian dilakukan pengeringan dalam oven
pada temperatur 100 oC - 300 oC selama 1 jam untuk menghilangkan kandungan air.
Selanjutnya gumpalan serbuk hasil pengeringan ini digerus dan dicetak dalam holder
waveguide untuk penyiapan pengujian serapan gelombang elektromagnetik dengan
menggunakan alat vector network analyzer (VNA). Diagram alur rekayasa mikrostruktur
ditunjukkan oleh Gambar 3.2.

3.2 Teknik Pengukuran RAM
Sifat serapan gelombang elektromagnetik merupakan bagian akhir dari proses

pengukuran untuk melihat keberhasilan dari tujuan yang ingin dicapai. Teknik pengukuran
sifat serapan gelombang elektromagnetik dengan menggunakan alat ukur VNA terdiri-dari
teknik pengujian dua kutub ( full port) dan teknik pengujian satu kutub (single port).

Universitas Indonesia 12

Gambar 3.3 Set up pengukuran dua kutub

Teknik dua kutub merupakan teknik pengukuran material atau device elektronik
dimana kedua port dari alat ukur VNA digunakan secara bersamaan seperti ditunjukkan pada
Gambar 3.3. Beberapa literature telah menjelaskan secara rinci cara menggunakan teknik ini
dalam mengukur sifat serapan gelombang elektromagnetik untuk menentukan RLnya
(Afghahi et al., 2016; Afzali et al., 2017; Isa Araz, 2017). Kelemahan teknik pengujian dua
kutub dalam pengukuran material absorber adalah tidak dapat memastikan bahwa material
tersebut melakukan serapan atau mentransmisikan energi gelombang yang dikirimkan karena
berdasarkan teori parameter S, VNA akan menunjukkan nilai RL yang sangat kecil apabila
material tersebut mempunyai sifat meneruskan energi. Teknik ini lebih cocok untuk
mengukur permeabilitas dan permitivitas suatu material. Berdasarkan teori gelombang
elektromagnetik, nilai impedansi merupakan fungsi dari permeabilitas dan permitivitas
bahan.

Gambar 3.4 Set up pengukuran dengan teknik satu kutub 13

Universitas Indonesia

Gambar 3.4 menunjukkan set up pengukuran dengan teknik satu kutub. Pada teknik ini
hanya satu kutub dari alat ukur VNA yang digunakan (Lee et al., 2016) dan sampel harus
dilapisi logam yang bersifat pemantul sempurna misalnya plat alumunium Penyiapan sampel
dalam bentuk serbuk harus dipadatkan telebih dahulu dalam cetakan (holder) kemudian
dilapisi logam di bagian belakangnya. Dimensi sampel disesuaikan dengan adapter
waveguide yang digunakan. Teknik ini memberikan informasi bahwa sampel yang diukur
mempunyai sifat meneruskan atau menyerap gelombang (Park et al., 2009) (Branka Mušič1,
Andrej Žnidaršič2, 2011). Mekanisme serapan terjadi ketika sumber gelombang yang bersal
dari VNA kutub 1 berinteraksi dengan material absorber dan gelombang pantulannya
kembali dideteksi oleh kutub yang sama. Hasil pengukuran menampilkan grafik RL dan
sejumlah data dari rentang frekuensi pengukuran. Apabila material tidak sempurna bahkan
bersifat meneruskan gelombang maka akan terjadi gelombang pantulan yang besar akibat
dipantulkan oleh lapisan logam (Ma et al., 2012) (Y. Zhang et al., 2018). Dengan demikian
teknik ini memberikan informasi yang pasti tentang sifat material sebagai penyerap atau
penerus gelombang elektromagnetik (Crailsheim & Panzenböck, 1997; Guan et al., 2017).

BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bagian bab 4 ini disampaikan senyawa-senyawa substitusi berbasis BHF dan
dibahas pengaruh substitusi parsial ion La3+, Zn2+, dan Sn4+ dan kombinasi Sn, Zn terhadap
perubahan mikrostruktur, sifat-sifat magnetik dan serapan gelombang elektromagnetik.
Senyawa substitusi tersebut menackup seri Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5,
0,6, dan 0,7), Ba(1-x)ZnxFe12O19 (x = 0, 0,1, 0,3, dan 0,5), BaFe(12-x)ZnxO19 (x = 0, 0,1, 0,3,
dan 0,5), Ba(1-x)SnxFe12O19 (x = 0, 0,1, 0,2, dan 0,3), dan BaFe(12-x)SnxO19 (x = 0, 0,1, 0,3, dan
0,5).

Seri senyawa material juga mencakup senyawa substitusi simultan ion Sn4+ dan Zn2+
terhadap ion Fe dalam BaFe12O19 dengan komposisi BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x= 0,05, 0,1,
0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35, 0,5, 0,7 dan 1,0). Kemudian dilanjutkan dengan komposisi
BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15) dengan tujuan pembentukan senyawa
substitusi berbasis BHF fasa tunggal dan diharapkan meningkatkan serapan gelombang
elektromagnetik. Sebagaimana yang sudah dijelaskan bahwa seluruh data hasil pengukuran

Universitas Indonesia 14

XRD dianalisis dengan menggunakan bantuan perangkat lunak general structure analysis
system (GSAS) dan sifat magnetik intrinsik (Ms, Ha, dan K) dihitung berdasarkan metode law
of approach to magnetic saturation (LAS). Dilakukan juga rekayasa mikrostruktur melalui
penghalusan mekanik untuk memperoleh ukuran partikel yang lebih kecil dan seragam. Maka
pembahasan juga mencakup efek ukuran partikel untuk terhadap sifat serapan gelombang
elektromagnetik.

4.1 Komposisi Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7)
Gambar 4.1 menunjukkan hasil pengukuran pola difraksi sinar-X (XRD) sampel

barium hexagonal ferrite substitusi La3+ (Ba1-xLaxFe12O19) untuk x = 0,0 - 0,7, diperoleh hasil
bahwa semua sampel terdiri dari fasa barium hexaferrite dengan simetri kristal heksagonal
(grup ruang P63/mmc) (Obradors et al., 1985). Puncak-puncak dari pola XRD semua sampel
sangat bersesuaian dengan data ref JCPDS: 00-043-0002.

Gambar 4.1 Pola XRD sistem Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7)

Tabel 4.1 merupakan hasil pengolahan pola difraksi sinar-X sistem Ba1-xLaxFe12O19
dengan variasi x= 0,0 – 0,7 yang memperlihatkan perubahan parameter struktur kristal
jumlah fraksi massa fasa material yang terbentuk dari hasil substitusi ion La ke dalam ion
Ba. Data pada Tabel 4.1 ini menyimpulkan terdapat batas kelarutan ion La menggantikan ion
Ba terletak pada 0,1≤ x <0,2. Diluar batas kelarutan tersebut, material menjadi material multi
fasa.

Universitas Indonesia 15

Tabel 4.1 Parameter struktur Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7)

Sampel Fasa Parameter kisi (Å) V Fraksi
(x) (Å 3) wt%
0,0 BaFe12O19 ab c
0,1 702,99 100,00
0,2 Ba0,9Fe12O19 5,9064 5,9064 23,2680
Ba0,9Fe12O19 702,17 100,00
0,3 Fe2O3 5,9055 5,9055 23,2480 701,65 89,10
Ba0,9Fe12O19 304,20 10,90
0.4 Fe2O3 5,9045 5,9045 23,2390 700,89 64,53
LaFeO3 304,26 30,03
0,5 Ba0,9Fe12O19 5,0486 5,0486 13,7850 243,30 5,43
Fe2O3 699,97 48,13
0,6 LaFeO3 5,9029 5,9029 23,2260 304,21 42,84
Ba0,9Fe12O19 244,70 9,03
0,7 Fe2O3 5,0487 5,0487 13,7830 699,50 33,49
LaFeO3 304,14 54,25
Ba0,9Fe12O19 5,5870 5,5540 7,8400 244,51 12,27
Fe2O3 699,20 24,08
LaFeO3 5,9015 5,9015 23,2060 304,17 62,28
Ba0,9Fe12O19 244,43 13,64
Fe2O3 5,0488 5,0488 13,7800 699,10 15,93
LaFeO3 304,18 67,95
5,5690 5,5800 7,8730 244,41 16,12

5,9003 5,9003 23,2010

5,0484 5,0484 13,7794

5,5690 5,5770 7,8710

5,9006 5,9006 23,1900

5,0483 5,0483 13,7813

5,5670 5,5770 7,8710

5,9002 5,9002 23,1900

5,0486 5,0486 13,7803

5,5669 5,5779 7,8710

Hasil refinement ini juga didukung oleh pengamatan morfologi permukaan partikel
untuk fase tunggal dan multiphase dengan menggunakan SEM seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 4.2. Pengamatan morfologi partikel memperlihatkan kesamaan dan keregaman
dengan bentuk partikel poligonal pada komposisi x= 0,1. Sedangkan pada komposisi x= 0,3
terlihat permukaan sampel tidak terdistribusi seragam yang menunjukkan adanya fasa lain.
Secara umum karakteristik fasa tunggal sampel polikristalin adalah homogenitas dan bentuk
partikel seragam untuk fasa BaFe12O19 di seluruh permukaan sampel.

1 μm 1 μm

a) x= 0,1 b) x= 0,3

Gambar 4.2 Morfologi partikel Ba1-xLaxFe12O19 a) x= 0,1 dan b) x= 0,3

Universitas Indonesia 16

Gambar 4.3 menunjukkan kurva histeresis sebagai material hard magnet dengan nilai
koersivitas dan magnetisasi remanent yang masih besar pada semua komposisi sampel. Nilai
Ms mengalami penurunan dengan pertambahan kandungan La. Nilai Hc mengalami
penurunan hanya pada komposisi x = 0,1 disebabkan ion La berhasil menggantikan ion Ba
di situs oktahedral. Sementara nilai Hc untuk x > 0,1 mengalami kenaikan dengan
pertambahan kandungan La dan hanya mengalami sedikit penurunan pada komposisi x =0,7
seperti diperlihatkan oleh Gambar 4.4. Secara umum, berdasarkan kondisi tersebut dapat
disimpulkan bahwa substitusi ion La3+ terhadap barium hexaferrite komposisi Ba1-
xLaxFe12O19 mampu meningkatkan nilai Hc dan bersifat sebagai magnet permanen.

Gambar 4.3 Kurva histeresis dari Ba(1- Gambar 4.4 Ms dan Hc terhadap kandungan x
x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7)

Sementara karakterisasi serapan gelombang elektromagnetik diukur dengan
menggunakan alat VNA melalui teknik satu kutub (one port) dimana material under test
(MUT) dilapisi dengan metal konduktor sebagai pemantul sempurna. Pengukuran dilakukan
pada rentang frekuensi 8 GHz-12 GHz (X-band) dengan ketebalan sampel 1,5 mm. Gambar
4.5 memperlihatkan nilai RL Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7) dari hasil pengukuran serapan
gelombang elektromagnetik. Nilai RL minimum sebesar -8,77 dB terjadi pada komposisi x
= 0,0 pada frekuensi 11,08 GHz. Nilai RL untuk sampel x > 0,0 meningkat dibandingkan
dengan x= 0,0, namun nilai RL tertinggi diperoleh dari sampel dengan komposisi x = 0,1
ketika sampel bereaksi sempurna dan berhasil membentuk fasa tunggal pada komposisi x =
0,1, yaitu besarnya RL -22,52 dB (92,52 % serapan) pada frekuensi 11,14 GHz, Zin=
49,31+j7,44 Ω, dan Γ= 0,075.

Universitas Indonesia 17

Gambar 4.5 Kurva RL dari Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7)

Tabel 4.2 Ringkasan sifat magnetik dan sifat serapan gelombang elektromagnetik material
Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7)

Sifat Magnetik Sifat serapan gelombang elektromagnetik

x Ms Hc Frekuensi Zin Γ RL %
(Ω) (dB) Serapan
(emu/g) (kOe) (GHz)

0,0 65,06 3,69 11,08 42,54-j35,20 0,364 - 8,77 63,57

0,1 64,58 3,41 11,14 49,31+j7,44 0,075 - 22,52 92,52

0,2 59,83 3,48 11,13 53,78-j7,96 0,085 - 21,45 91,54

0,3 57,37 3,66 11.,13 49,05-j11,96 0,120 - 18,39 87,96

0,4 52,63 3,85 11,62 38,62-j3,16 0,133 - 17,52 86,70

0,5 44,46 3,98 11,86 31,50+j8,62 0,249 - 12,02 74,94

0,6 37,85 4,25 11,16 28,03-j3,83 0,285 - 10,88 71,42

0,7 28,34 4,12 10.92 39,59-j28,21 0,320 - 9,89 67,97

Tabel 4.2 menunjukkan ringkasan hasil evaluasi sifat magnetik dan sifat serapan
gelombang elektromagnetik dari sampel Ba(1-x)LaxFe12O19 (x = 0,0 - 0,7).

4.2 Komposisi Ba(1-x)ZnxFe12O19 (x= 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5)
Pola difraksi sinar-X senyawa substitusi Zn sistem Ba(1-x)ZnxFe12O19 (x= 0,0, 0,1, 0,3,

dan 0,5) ditunjukan pada Gambar 4.6. Hasil identifikasi puncak difraksi keseluruhan sampel
memperlihatkan kehadiran fasa utama BaFe12O19 dengan simetri kristal heksagonal (grup
ruang P63/mmc) dengan puncak-puncak dari pola XRD sangat bersesuaian dengan data ref
JCPDS: 00-043-0002. Sedangkan fasa lain yang ditemukan dari hasil identifikasi adalah
Fe2O3 dan ZnO bersesuaian dengan file crystallography open database (COD : 99-100-0141
dan COD : 99-200-4184).

Universitas Indonesia 18

Gambar 4.6 Pola XRD untuk sistem Ba(1-x)ZnxFe12O19 (x = 0, 0,1, 0,3, dan 0,5)

Senyawa Ba(1-x)ZnxFe12O19 dengan komposisi x= 0,1, sampel menghasilkan fasa kedua
disamping fasa utama BaFe12O19 yaitu fasa Fe2O3. Hal ini terjadi karena ion Zn2+ masuk
menggantikan ion Fe3+ sebagai konsekuensinya sebagian ion Fe keluar membentuk Fe2O3.
Sedangkan sampel dengan komposisi x= 0,3 dan x= 0,5, terdapat 3 fasa penyusun material
masing-masing BaFe12O19, Fe2O3 dan ZnO. Fraksi massa kedua fasa minor tersebut dapat
dihitung secara kuantitatif dan telah dicantumkan dalam Tabel 4.3. Dengan demikian,
substitusi ion Zn pada komposisi Ba(1-x)ZnxFe12O19 tidak dapat menggantikan ion Ba.

Tabel 4.3 Parameter struktur Ba(1-x)ZnxFe12O19 (x= 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5)

x Fasa Parameter kisi (Å) V Fraksi calc.
(Å3) (wt %)
abc 698,3
697,8 100,00
0,0 BaFe12O19 5,8943 5,8943 23,209 302,1 90,58
696,5 9,42
0,1 BaFe11,9Zn0,1O19 5,8880 5,8880 23,243 302,1 71,39
Fe2O3 51,7 24,91
5,0380 5,0380 13,742 695,5 3,70
302,2 51,56
BaFe11,9Zn0,1O19 5,8860 5,8860 23,211 50,2 44,14
4,19
0,3 Fe2O3 5,0375 5,0375 13,747

ZnO 3,3780 3,3780 5,236

BaFe11,9Zn0,1O19 5,8830 5,8830 23,200

0,5 Fe2O3 5,0372 5,0372 13,753

ZnO 3,3390 3,3390 5,203

Gambar 4.7 memperlihatkan SEM micrograph sampel komposisi x= 0,0 mewakili
mikrostruktur fasa tunggal dan komposisi x= 0,3 untuk mikrostruktur multi fasa. Sedangkan
Gambar 4.8 menunjukkan kurva histeresis hasil pengukuran permagraph sampel Ba(1-
x)ZnxFe12O19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5). Nilai Ms= 65,06 emu/g pada sampel x= 0,0 merupakan
nilai Ms fasa BHF (Shen et al., 2017). Nilai ini menurun drastis menjadi 24,78 emu/g pada
sampel x = 5 dikarenakan dalam sampel ini fraksi massa fasa BHF adalah 5,08 %. Sementara

Universitas Indonesia 19

nilai Hc menurun dengan pertambahan kandungan ion Zn mulai 3,46 kOe pada x= 0,0
menjadi 3,06 kOe pada x= 0,5. Pada kasus ini, penurunan terkait dengan hadirnya fasa
magnet lunak seperti Fe2O3 dengan fraksi massa terbesar dalam sampel.

1 μm 1 μm

a) x= 0,0 b) x= 0,3

Gambar 4.7 Morfologi partikel Ba(1-x)ZnxFe12O19 untuk a) x= 0,0 b) x= 0,3

Gambar 4.8 Kurva histeresis dari Ba(1-x)ZnxFe12O19 Gambar 4.9 Kurva RL komposisi Ba(1-x)ZnxFe12O19
(x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5) (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)

Dalam Tabel 4.4 disamping mencantumkan nilai Ms dan Hc dari sampel Ba(1-
x)ZnxFe12O19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5), juga telah dilengkapi dengan parameter sifat serapan
gelombang elektromagnetik yang diturunkan dari data pada Gambar 4.9. Keseluruhan sampel
memiliki serapan gelombang elektromagnetik meskipun dengan nilai RL yang rendah pada
frekuensi puncak serapan di sekitar 11 GHz. Kehadiran fasa lain (Fe2O3) pada komposisi x=
0,1 memberikan pengaruh pada nilai impedansi dan RL pada frekuensi 10,68 GHz dengan
nilai serapan maksimum -11,16 dB. Sementara, kehadiran fasa Fe2O3 dan ZnO pada

Universitas Indonesia 20

komposisi x= 0,3 dan x= 0,5 memberikan besarnya RL yang menurun dengan kenaikan fasa
ZnO.

Berdasarkan indikator parameter sifat magnetik dan sifat serapan gelombang
elektromagnetik yang ditunjukkan oleh Tabel 4.4 dapat disimpulkan bahwa substitusi ion Zn
menggatikan ion Ba pada komposisi Ba(1-x)ZnxFe12O19 menghasilkan parameter-parameter
karakterisasi yang belum memenuhi persyaratan sebagai bahan penyerap gelombang
eletromagnetik.

Tabel 4.4 Ringkasan sifat magnetik dan sifat serapan gelombang elektromagnetik
komposisi Ba(1-x)ZnxFe12O19

Sifat Magnetik Sifat serapan gelombang elektromagnetik

x Komposisi Ms Hc F Zin Γ RL %

(emu/g) (kOe) (GHz) (Ω) (dB) serapan

0,0 BaFe12O19 65,06 3,69 11,08 42,4-j35,20 0,364 - 8,77 83,57

0,1 Ba0,9Zn0,1Fe12O19 57,69 3,01 10,68 33,34-j16,59 0,276 -11,16 72,33

0,3 Ba0,7Zn0,3Fe12O19 48,68 3,31 10,52 32,20-j25,56 0,362 -8,83 63,82

0,5 Ba0,5Zn0,5Fe12O19 24,78 3,06 10,48 31,60-j28,61 0,393 -8,10 60,64

4.3 Komposisi BaFe(12-x)ZnxO19 (x = 0, 0,1, 0,3, dan 0,5)
Pola difraksi XRD sampel BaFe(12-x)ZnxO19 dengan komposisi x= 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5

diperlihatkan pada Gambar 4.10. Hasil analisis identifikasi fasa diketahui bahwa sampel
membentuk fasa tunggal BaFe(12-x) ZnxO19 pada komposisi x= 0 dan x= 0,1. Sedangkan untuk
komposisi x= 0,3 dan x= 0,5, sampel juga memiliki fasa kedua ZnO yang puncak-puncak
difraksinya sesuai dengan data COD : 99-200-4184. Kemunculan fasa ZnO menyebabkan
fraksi massa BaFe12O19 berkurang menjadi 89,96 % pada x= 0,3 dan 88,33 % pada x= 0,5.

Gambar 4.10 Pola XRD untuk sistem BaFe(12-x)ZnxO19 (x = 0, 0,1, 0,3, dan 0,5) 21

Universitas Indonesia

Ion Zn berhasil menggantikan sebagian ion Fe dalam struktur BaFe11,9Zn0,1O19 dengan
ratio parameter kisi c/a = 3,93 sebagai validasi struktur hexaferrite [(Pullar, 2012). Hal ini
dimungkinkan terjadi akibat perbedaan jari-jari atom Zn2+ (0,6 Å) dengan jari jari atom Fe3+
(0,63 Å) kurang dari 15 % (Shannon et al., 1976) seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Parameter struktur BaFe(12-x)ZnxO19 (x = 0, 0,1, 0,3, dan 0,5)

x Fasa Parameter kisi (Å) V Fraksi
(Å3) (wt %)
0,0 BaFe12O19 a bc 698,34
0,1 BaFe11,9Zn0,1O19 698,32 100,00
0,3 BaFe11,9Zn0,1O19 5,8943 5,8943 23,209 698,21 100,00
51,00 89,96
ZnO 5,8941 5,8941 23,211 698,01 10,04
0,5 BaFe11,9Zn0,1O19 51,10 88,33
5,8899 5,8899 23,239 11,67
ZnO
3,3600 3,3600 5,224

5,8899 5,8899 23,236

3,360 3,360 5,225

Foto morfologi permukaan sampel komposisi x= 0,1 dan x= 0,3 ditunjukkan pada
Gambar 4.11. Ukuran grain rata-rata dapat ditaksir dari foto migrograph tersebut adalah
kurang dari 1 mikron untuk sampel x = 0,1. Sedangkan micrograph sampel komposisi x =
0,3 terlihat campuran grain dengan morfologi yang berbeda akibat kehadiran fasa lain.
Disamping itu juga mikrostruktur sampel x= 0,3 terlihat terdiri dari grain dengan ukuran jauh
lebih halus. Kehadiran fasa kedua fasa kedua pada komposisi x= 0,3 dan x= 0,5 berperan
sebagai inhibitor bagi pertumbuhan grain fasa utama sehingga memiliki mikrostruktur
dengan ukuran grain yang lebih halus dibandingkan sampel berfasa tunggal.

1 μm 1 μm

a) x= 0,1 b) x= 0,3

Gambar 4.11 Morfologi partikel BaFe(12-x) ZnxO19 untuk a) x = 0,1 dan b) x = 0,3

Universitas Indonesia 22

Gambar 4.12 adalah plot kurva histeresis dari komposisi BaFe(12-x)ZnxO19 (x= 0,0, 0,1,
0,3, dan 0,5). Berkurangnya nilai Hc dari 3,69 kOe menjadi 2,63 kOe dipastikan karena efek
substitusi ion Fe oleh ion Zn. Hadirnya ion Zn menggantikan ion Fe pada struktur kristalnya
diduga menurunkan konstanta magnetokristalin anisotropi (Vinnik et al., 2015).

Gambar 4.12 Kurva hsiteresis dari BaFe(12-x) ZnxO19 Gambar 4.13 Kurva RL komposisi BaFe(12-x)
(x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5) ZnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)

Gambar 4.13 adalah plot kurva RL sampel BaFe(12-x) ZnxO19 (x= 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5).
Keseluruhan sampel masing-masing memiliki ketebalan 1,5 mm. Nilai RL sampel dengan x>
0 jauh lebih besar dibandingkan sampel dengan x= 0. Sampel bebas substitusi ion Zn ini
memiliki nilai RL sebesar -8,77 dB pada frekuensi disekitar 11 GHz. Nilai RL ini kemudian
meningkat dengan pertambahan fraksi ion Zn dalam struktur fasa dan menjadi -22,13 dB
pada x= 0,5. Pada Table 4.6 diringkas karakteristik penting sifat magnetik dan sifat serapan
gelombang elektromagnetik dari material magnetik BaFe(12-x) ZnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, dan
0,5).

Tabel 4.6 Ringkasa sifat magnetik dan sifat serapan gelombang elektromagnetik komposisi
BaFe(12-x) ZnxO19 (x = 0, 0,1, 0,3, dan 0,5)

Sifat Magnetik Sifat serapan gelombang elektromagnetik

x Komposisi Ms Hc F Zin Γ RL %

(emu/g) (kOe) (GHz) (Ω) (dB) serapan

0,0 BaFe12O19 65,06 3,69 11,08 42,4-j35,2 0,364 - 8,77 63,57

0,1 BaZn0,1Fe11,9O19 48.47 2,63 10.48 45,43-j17,30 0,184 -14,68 81,55

0,3 BaZn0,3Fe11,7O19 54.08 2,67 10,68 41,91-j6,31 0,111 -19,06 88,86

0,5 BaZn0,5Fe11.5O19 54,81 2,96 10,46 42,74-j0,17 0,078 - 22,13 92,17

Universitas Indonesia 23

4.4 Komposisi Ba(1-x)SnxFe12O19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)
Pola difraksi sampel komposisi Ba(1-x)SnxFe12O19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5)

diperlihatkan pada Gambar 4.14. Semua puncak difraksi material dengan komposisi x = 0,0
adalah sesuai dengan puncak difraksi BHF fasa tunggal BaFe12O19. Sedangkan untuk
komposisi x ≥ 0,1 semua sampel memiliki fasa kedua disamping fasa utama BaFe12O19 yaitu
fasa Fe2O3. Hal ini menunjukkan bahwa ion Sn4+ tidak dapat menggantikan ion Ba2+ pada
fasa BaFe12O19 karena selisih jari jari atom Sn dengan Ba relatif besar adalah 59 %, yaitu Sn4+
= 0,55 Å dan jari jari ionik Ba2+ = 1,35 Å (Shannon et al., 1976) sesuai dengan hukum Hume
Rothery (Shackelford, 2009).

Gambar 4.14 Hasil XRD untuk sistem Ba(1-x)SnxFe12O19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5)

Luaran hasil analisis kuantitatif berupa jenis fasa, parameter kristal dan fraksi massa
fasa material diringkas dalam Tabel 4.7. Terdapat indikasi ion Sn tidak dapat menggantikan
ion Ba. Namun, tidak teridentifikasinya fasa oksida Sn diduga menggantikan ion Fe.
Pemberian fraksi massa berlebih senyawa Fe2O3 berdasarkan komposisi designasinya,
menyebabkan hadirnya fasa kedua.

Tabel 4.7 Parameter struktur Ba(1-x)SnxFe12O19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5)

x Fasa Parameter kisi (Å) V Fraksi
(Å3) (wt %)
ab c
698,3 100
0 BaFe12O19 5,8943 5,8943 23,209 694,8 90,15
300,46 9,85
0,1 BaFe11,9Sn0,1O19 5,8808 5,8808 23,199 697,0 70,35
5,0283 13,721 300,91 29,65
Fe2O3 5,0283 699,3 50,42
301,35 49,58
0,3 BaFe11,7Sn0,3O19 5,8860 5,8860 23,233
5,0306 13,7298
Fe2O3 5,0306

0,5 BaFe11,7Sn0,3O19 5,8911 5,8911 23,270
5,0330 13,7366
Fe2O3 5,0330

Universitas Indonesia 24

Gambar 4.15 adalah foto SEM yang memperlihatkan morfologi kristalit sampel Ba(1-
x)SnxFe12O19 mewakili material multi fasa (x= 0,1 dan 0,3). Sedangkan Gambar 4.16
memperlihatkan kurva histeresis sampel Ba(1-x)SnxFe12O19. Keempat sampel memiliki kurva
histeresis yang tidak sama. Nilai Ms, Mr, Hc menurun secara proporsional dengan
meningkatnya nilai x=0 sampai dengan x=0,5. Hal ini terjadi sebagai konsekuensi efek
subsitusi ion Sn terhadap Fe dan kehadiran fasa kedua dalam sampel. Kurva histeresis sampel
itu turut menentukan nilai RL yang ditunjukkan pada Gambar 4.17.

1 μm 1 μm

a) x= 0,1 b) x= 0,3

Gambar 4.15 Morfologi partikel Ba(1-x)SnxFe12O19 untuk a) x= 0,1 dan b) x = 0,3

Gambar 4.16 Kurva histeresis komposisi Ba(1- Gambar 4.17 kurva RL komposisi Ba(1-x)SnxFe12O19
x)SnxFe12O19 ( x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5) ( x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)

Kurva RL pada x> 0,0 memperlihatkan serapan energi gelombang elektromagnetik
semakin menurun dengan pertambahan kandungan x pada sampel mulai dari -24,46 dB pada
x= 0,1 berkurang sampai -20,06 dB pada x= 0,5. Serapan maksimum terjadi pada komposisi
x= 0,1 dengan besarnya RL= -24,46 dB (94,02 % serapan) pada frekuensi 10,20 GHz, Zin=

Universitas Indonesia 25

46,29-j4,42 , Γ= 0,060 dengan sifat magnetik Ms= 48,78 emu/g dan Hc= 2,35 kOe. Hubungan
sifat magnetik dengan sifat serapan gelombang elektromagnetik dapat dilihat pada Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Hubungan sifat magnetik dengan sifat serapan gelombang elektromagnetik komposisi
Ba(1-x)SnxFe12O19 ( x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5 )

Sifat Magnetik Sifat serapan gelombang elektromagnetik

x Komposisi Ms Hc F Zin Γ RL %
0,0 BaFe12O19 (emu/g) (kOe) (GHz) (Ω) (dB) serapan
65,06 3,69
11,08 42,4-j35,2 0,364 - 8,77 63,57

0,1 Ba0,9Sn0,1Fe12O19 48,78 2,35 10,20 46,29-j4,42 0,060 - 24,46 94,02

0,3 Ba0,7Sn0,3Fe12O19 43,45 1,40 10,22 47,31-j6,25 0,070 - 23,13 93,03

0,5 Ba0,5Sn0,5Fe12O19 32,68 0,85 10,34 46,86-j9,14 0,099 - 20,06 90,07

4.5 Komposisi BaFe(12-x)SnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5)
Pada Gambar 4.18 diperlihatkan hasil pengukuran XRD sampel dengan komposisi

BaFe(12-x)SnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5). Puncak-puncak difraksi dari XRD berkesesuaian
dengan data referensi COD : 99-200-3026. Penambahan fasa minor terjadi pada sampel
dengan komposisi x = 0,5 yaitu fasa Fe2O3.

Gambar 4.18 Hasil XRD untuk komposisi BaFe(12-x)SnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)

Berdasarkan data pada Tabel 4.9, komposisi x = 0,5 memiliki fasa kedua berupa
senyawa Fe2O3 sebesar 38,62 %. Kehadiran fasa kedua tersebut diduga lebih dikarenakan
kontaminasi Fe dari bola aparatus ball mill. Tidak terdeteksinya fasa SnO2 bisa dikarenakan
fraksinya yang terlalu rendah sehingga masih dimungkinkan larut menggantikan Fe dan
sebagian ion Fe yang keluar membentuk Fe2O3.

Universitas Indonesia 26

Tabel 4.9 Parameter struktur BaFe(12-x)SnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)

x Fasa Parameter kisi (Å) V Fraksi
(Å3) (wt %)
abc
702,99 100
0,0 BaFe12O19 5,9064 5,9064 23,268 700,2 100
703,4 100
0,1 BaFe11,9Sn0,1O19 5,8953 5,8953 23,266 706,5 61,38
303,6 38,62
0,3 BaFe11,7Zn0,3O19 5,9022 5,9022 23,315

0,5 BaFe11,7Zn0,3O19 5,9093 5,9093 23,363
Fe2O3
5,047 5,047 13,762

Gambar 4.19 adalah foto SEM memperlihatkan mikrostruktur permukaan sampel
BaFe(12-x)SnxO19. Pada sampel komposisi x= 0,1 terlihat fasa BaFe12O19 dengan morfologi
heksagonal tersebar merata hampir di seluruh sampel dengan ukuran hampir seragam sekitar
300-500 nm. Sedangkan mikrostruktur sampel komposisi x= 0,5 terlihat hadirnya fasa minor
dengan ukuran jauh lebih besar.

1 μm 1 μm

a) x= 0,1 b) x= 0,5

Gambar 4.19 Morfologi partikel BaFe(12-x)SnxO19 a) x= 0,1 b) x= 0,5

Gambar 4.20 adalah plot kurva histeresis sampel BaFe(12-x)SnxO19 hasil pengukuran
pada rentang medan magnet luar -0,15 kOe – 15,0 kOe. Kurva histeresis tersebut
memperlihatkan kurva dengan nilai Ms, Mr dan Hc yang menurun seiring dengan
pertambahan fraksi ion pensubsitusi (x). Substitusi Sn pada komposisi BaFe(12-x)SnxO19 (x =
0,0, 0,1, 0,3, dan 0,5) telah menurunkan magnetocrystalline anisotropy constant ditandai
dengan menurunnya Hc. Sifat-sifat magnetik yang dihasilkan dari sampel tersebut yaitu Ms,
Mr yang tinggi dan Hc yang rendah sangat sesuai dengan parameter yang dibutuhkan sebagai
bahan penyerap gelombang elektromagnetik. Selanjutnya Gambar 4.21 menunjukkan kurva
RL hasil pengukuran yang dikonfirmasi dengan hasil perhitungan dari impedansi terukur oleh
VNA. Terlihat bahwa puncak-puncak kurva RL pada masing-masing frekuensi resonansi
setiap sampel mengalami sedikit pergeseran ke kiri dengan pertambahan kandungan Sn pada
sampel akibat nilai Hc yang menurun.

Universitas Indonesia 27

Gambar 4.20 Kurva histeresis komposisi BaFe(12- Gambar 4.21 Kurva RL komposisi BaFe(12-x)SnxO19
x)SnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5) (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)

Tabel 4.10 menampilkan hubungan sifat magnetik dengan sifat serapan gelombang
elektromagnetik masing-masing sampel. Serapan maksimum terjadi pada komposisi x= 0,3
dengan nilai RL = -29,42 dB (96,62 % serapan) pada frekuensi 10,58 GHz, Ms = 54,03 emu/g,
dan Hc = 1,00 kOe. Dari seluruh hasil karakterisasi menunjukkan bahwa nilai Ms yang tinggi
dan Hc yang rendah pada komposisi BaFe(12-x)SnxO19 memberikan pengaruh terhadap
besarnya serapan gelombang elektromagnetik dan sangat cocok untuk dikembangkan sebagai
bahan penyerap gelombang elektromagnetik.

Tabel 4.10 Hubungan sifat magnetik dengan sifat serapan gelombang elektromagnetik komposisi BaFe(12-
x)SnxO19 (x = 0,0, 0,1, 0,3, 0,5)

Sifat Magnetik Sifat serapan gelombang elektromagnetik

x Komposisi Ms Hc F Zin Γ RL %

(emu/g) (kOe) (GHz) (Ω) (dB) serapan

0,0 BaFe12O19 65,06 3,69 11,08 42,4-j35,2 0,364 - 8,77 63,57

0,1 BaFe11,9 Sn0,1O19 55,54 2,48 10,66 55,24+j0,04 0,050 -26,06 95,02

0,3 BaFe11,7Sn0,3O19 54,03 1,00 10,58 52,87-j1,97 0,034 -29,42 96,62

0,5 BaFe11,5 Sn0,5O19 53,42 0,33 10,3 45,22+j0,60 0,051 -25,92 94,94

4.6 Material Penyerap Gelombang Radar BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x= 0,05 – 1,0)
Berdasarkan hasil-hasil penelitian sebagaimana yang telah dibahas di atas, telah

terbukti bahwa struktur sel sistem barium hexaferrite mudah untuk direkayasa. Dari hasil-
hasil penelitian yang sudah dilakukan di atas, maka yang menarik perhatian adalah komposisi
BaFe(12-x)ZnxO19 dan BaFe(12-x)SnxO19 karena komposisi ini menunjukan sifat magnetik yang
sangat memenuhi untuk pengembangan bahan penyerap gelombang elektromagnetik. Kedua
komposisi tersebut mampu mempertahankan nilai Ms dan menurunkan Hc. Dengan demikian,

Universitas Indonesia 28

penelitian berlanjut dengan mensubsitusi Zn,Sn secara bersamaan ke dalam barium
hexaferrite melalui komposisi BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x= 0,05-1,0).

(a) Fasa tunggal

(b) Multi fasa
Gambar 4.22 Pola difraksi sinar-x a) fasa tunggal dan b) multi-fasa sampel BaFe(12-x)Zn0.5xSn0,5xO19

(x= 0,05 - 1,0)

Gambar 4.22 menunjukkan hasil indentifikasi difraksi sinar-X seluruh sampel dengan
komposisi BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x= 0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35, 0,5, 0,7 dan 1,0).
Semua sampel memiliki pola difraksi yang hampir identik dengan struktur fasa barium
hexaferrite (BHF). Struktur fase tunggal ditemukan pada komposisi x ≤ 0,35 yang

Universitas Indonesia 29

ditunjukkan pada Gambar 4.22 (a), sedangkan fase kedua mulai terlihat pada x> 0,35 akibat
masuknya dua kation pada struktur kristal BHF yang ditunjukkan oleh Gambar 4.22 (b). Hasil
analisis keseluruhan data XRD pembentukan fasa BHF pada sampel BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19
(x = 0,05-1,0) dirangkum pada Tabel 4.11.

Tabel 4.11 Parameter struktur komposisi BaFe(12-x)Zn0,5xSn0,5xO19 (x = 0,05 – 1,0)

x Fasa Parameter kisi (Å) V  Fraksi
0,05 (Å3) (g/cm3) (wt.%)
0,1 BaFe11,95Zn0,025Sn ab c c/a 698,6
0,15 0,025O19 3,938 5,762 100
0,2 BaFe11,9Zn0,05Sn0,0 5,8951 5,8951 23,2130 3,938 698,7
0,25 5O19 3,939
0,3 BaFe11,85Zn0,075Sn 5,8954 5,8954 23,2150 3,938 699,0 5,761 100
0,35 0,075O19 3,938
BaFe11,8Zn0,1Sn0,1 5,8956 5,8956 23,2210 3,938 699,3 5,759 100
0,5 O19 3,938
BaFe11,75Zn0,125Sn 5,8968 5,8968 23,2240 3,938 699,4 5,756 100
0,7 0,125O19
BaFe11,7Zn0,15Sn0,1 5,8971 5,8971 23,2250 3,939 699,5 5,755 100
1,0 5O19
BaFe11,65Zn0,175Sn 5,8972 5,8972 23,2260 3,939 699,5 5,754 100
0,175O19
BaFe11,65Zn0,175Sn 5,8973 5,8973 23,2260 699,3 5,754 100
0,175O19
ZnO 5,8968 5,8968 23,2240 51,4 5,756 97,3
699,1
BaFe11,65Zn0,175Sn 3,346 3,346 5,3000 5,534 2,7
0,175O19 5,8958 5,8958 23,2230 51,8 5,755 90,69
ZnO 698,9
3,349 3,349 5,3320 5,216 9,31
BaFe11,65Zn0,175Sn 5,8949 5,8949 23,2230 51,4 5,756 81,53
0,175O19 71,83
ZnO 3,346 3,346 5,3000 5,272 11,61
4,743 4,743 3,1920 6,966 6,86
SnO2

Selanjutnya hasil refinement data XRD digunakan juga untuk menghitung ukuran rata-
rata kristalit (D) dan lattice strain (ɛ) melalui teknik W-H (Williamson-Hall) plot (Tahir et
al., 2021) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.23. Ukuran rata-rata kristalit dan lattice
strain semakin meningkat seiring dengan penambahan ion Zn2+ dan Sn4+ ke dalam sampel
mulai dari 126 nm dan 1,1 x 10-3 pada komposisi x = 0,05 sampai 154 nm dan 1,42 x 10-3
pada komposisi x = 0,35. Peningkatan ini terjadi akibat ion Zn2+ dan Sn4+ berhasil
menggantikan sebagian posisi Wyckoff site ion Fe3+ yang menyebabkan ukuran grain
bertambah besar. Kondisi ini dikuti dengan meningkatnya stress pada kisi. Selanjutnya pada
komposisi x > 0,35, D dan ε menurun secara drastis sampai 71 nm dan 1,05 x 10-3 pada
komposisi x = 1,0. Kondisi ini terjadi karena pada komposisi x > 0,35 bukan lagi fasa tunggal,

Universitas Indonesia 30

sehingga fasa kedua yang dihasilkan dari kelebihan ion Zn2+ dan Sn4+ menahan pertumbuhan
grain dan mengurangi stress pada kisi.

(a) W-H plot komposisi x = 0.05 (b) W-H plot komposisi x = 0.35

(a) W-H plot komposisi x = 1.0 (b) Ukuran kristalit dan lattice strain sebagai
fungsi komposisi x

Gambar 4.23 Ukuran rata-rata kristalit dan lattice strain dari BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19

1 μm 1 μm

(a) x= 0,15 (b) x= 0,7

Gambar 4.24 Morfologi partikel sampel BaFe(12-x)Zn0,5xSn0,5xO19

Universitas Indonesia 31

Gambar 4.24 (a) dan (b) menunjukkan mikrograf SEM masing-masing untuk sampel
fasa tunggal dan multi-fase. Struktur mikro sampel x = 0,15 dan x = 0,7 memiliki morfologi
kristal dominan yang hampir sama, yaitu berbentuk heksagonal homogen dengan ukuran
partikel rata-rata sekitar 300 nm - 1500 nm. Namun pada sampel x = 0,7 terdapat dua
morfologi kristalin yang berbeda dengan ukuran yang berbeda. Hal ini menegaskan hasil
identifikasi fasa XRD bahwa sampel tersebut merupakan material multi fasa.

Gambar 4.25 menunjukan hasil pengukuran sifat magnetik dari BaFe(12-
x)Zn0.5xSn0.5xO19 (x = 0,05 – 1,0) menggunakan permagraph. Kurva-kurva histeresis pada
Gambar 4.25 (a) tidak menunjukkan perubahan signifikan pada Ms dan Mr tetapi Hc
berkurang secara progresif dengan pertambahan kandungan x pada sampel yang ditunjukkan
secara spesifik pada Gambar 4.25 (b) yang juga termasuk plot volume sel satuan (V) fase
magnet.

(a) (b)
Gambar 4.25 (a) Kurva histeresis BaFe(12-x)Zn0,5xSn0,5xO19 (x = 0,05 – 1,0) (b) Ms, Hc, V sebagai fungsi

kandungan x

Tabel 4.12 merangkum sifat magnet BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x = 0,05 - 1,0). Nilai
Ms, Mr dan Hc ditentukan sesuai dengan kurva histeresis masing-masing komposisi. Sampel
dengan komposisi hingga x = 0,35 adalah satu fasa, ternyata memiliki Ms yang menurun
secara progresif dengan meningkatnya nilai x, mulai dari 67,83 emu/g pada komposisi x =
0,05 menurun menjadi 64,39 emu/g pada komposisi x = 0,35

Universitas Indonesia 32

Tabel 4.12 Parameter-parameter magnertik sampel BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x = 0,05 - 1,0)

x Ms (emu/g) Mr (emu/g) Hc (kOe) Ha (kOe) K1 (erg/cm3)
BHF 68,49 45,59 2,84 16,56 2,5 x 106
0,05 67,83 38,36 2,84 16,34 2,3 x 106
0,15 65,62 37,30 2,55 14,07 1,97 x 106
0,35 64,39 35,91 1,00 11,10 1,69 x 106
0,5 61,87 34,19 0,98 8,01 1,20 x 106
0,7 61,58 33,96 0,77 7,23 1,17 x 106
1,0 59,44 26,59 0,47 6,33 0,89 x 106

Selanjutnya, sifat serapan diukur dengan teknik satu kutub pada ketebalan sampel 1,5
mm yang dilapisi metal di bagian belakangnya yang berfungsi sebagai pemantul sempurna
(Afghahi et al., 2017) (Gogoi et al., 2014). Hasil pengukuran RL sebagai fungsi frekuensi
disandingkan dengan nilai Hc untuk masing masing sampel pada Gambar 4.26. Semua
sampel mampu menyerap gelombang elektromagnetik pada rentang frekuensi x-band (8 GHz
- 12 GHz) dengan satu puncak serapan. Setiap sampel memiliki nilai RL yang berbeda dan
terjadi pada frekuensi resonansi yang berbeda. Nilai-nilai RL yang disajikan oleh VNA
merupakan hasil perhitungan dari Zin terukur. Nilai-nilai Zin dari hasil pengukuran sampel
ditampilkan dengan diagram smith chart Gambar 4.27.

(a) Kurva RL dan BW sampel BaFe(12- (b) Kurva RL versus Hc sebagai
x)Sn0,5xZn0,5xO19 fungsi komposisi x

Gambar 4.26 Karakteristik serapan sampel BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (0,05-1,0)

Universitas Indonesia 33

Gambar 4.27 Nilai-nilai impedansi terukur sampel BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (0,05-1,0)

Dengan bantuan Smith chart, dapat diketahui bahwa serapan maksimum terjadi pada
komposisi x = 0,35 dengan impedansi (Zin = 51,54-j3. 69 Ω) yang mendekati nilai Zo (50 Ω).
Sampel dengan nilai impedansi tersebut menghasilkan RL terbesar yaitu -28,09 dB atau
96,06 % intensitas gelombang elektromagnetik yang masuk kedalam material mampu diserap
pada frekuensi 9,92 GHz dengan BW sebesar 3,1 GHz. Secara keseluruhan sifat serapan
gelombang elektromagnetik ditampilkan pada Tabel 4.13.

Tabel 4.13 Karaktristik serapan sampel BaFe(12-x)Sn0,5xZn0,5xO19 (x = 0,05 - 1,0)

x Zin (Ω) Γ f (GHz) RL (dB) BW -10 dB %
RL (GHz) Serapan
0,05 33,05-j22,14 0,324 10,48 -9,78 67,57
0,15 38,28-j19,36 0,250 10,48 -12,03 - 74,97
0,35 51,54-j3, 69 0,039 9,92 -28,09 0,22 96,06
0,5 51,96-j5, 51 0,057 9,92 -24,84 3,10 94,27
0,7 46,93-j4,34 0,055 10,48 -25,22 3,06 94,52
1,0 60,69-j3, 87 0,103 9,64 -19,77 2,04 89,73
3,04

4.7 Komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15)
Berdasarkan hasil karakterisasi sifat serapan telah diketahui bahwa sampel dengan fasa

tunggal memberikan nilai RL yang tinggi. Oleh karena itu, penelitian berlanjut untuk
mengoptimalkan komposisi fasa tunggal melalui sistem BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 dimana x=

Universitas Indonesia 34

0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15 dengan pertimbangan sampel BaFe(12-x)SnxO19 berfasa tunggal masih
dimungkinkan terjadi pada 0,3 ≤ x < 0,5.

Pola difraksi sinar-x pada Gambar 4.28 memperlihatkan semua sampel memiliki pola
difraksi yang sama mengikuti struktur fasa barium hexaferrite. Substitusi Sn, Zn secara
bersamaan berhasil mensubsitusi ion Fe menghasilkan fasa tunggal untuk semua komposisi
sesuai dengan data referensi COD : 99-200-3026.

Gambar 4.28 Hasil pola difraksi sinar-x komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15)

Pada Tabel 4.14 memperlihatkan nilai-nilai parameter struktur yang diperoleh dari
hasil analisis pola difraksi sinar-x. Semua sampel menunjukkan fasa tunggal barium
hexaferrite dengan ratio c/a = 3,94.

Tabel 4.14 Parameter struktur komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0 ,0,05, 0,1, dan 0,15)

x Fasa a Parameter kisi (Å) V Fraksi
5,9024 bc c/a (Å3) (wt.%)
0,0 BaFe11,65Sn0,35O19 5,9024 3,94 702,13 100
0,05 BaFe11,6Sn0,35Zn0,05O19 5,8993 5,9024 23,2712 3,94 701,75 100
0,1 BaFe11,55Sn0,35Zn0,1O19 5,9038 5,9024 23,2585 3,94 700,69 100
0,15 BaFe11,5Sn0,35Zn0,15O19 5,8993 23,2483 3,94 699,72 100
5,9038 23,2397

Gambar 4.29 memperlihatkan secara visual mikrostruktur sampel dengan bentuk grain
yang seragam baik dari morfologinya maupun ukurannya yang mengkofirmasikan bahwa
material tersebut diindikasikan fasa tunggal. Lebih lanjut ukuran rata-rata kristal diselidiki
melalui metode W-H plot seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.30. Hasilnya
menunjukkan bahwa ukuran rata-rata butiran (kristal) mengalami peningkatan dengan

Universitas Indonesia 35

pertambahan kandungan ion Zn dalam sampel mulai dari 91 nm pada x = 0,0 meningkat
sampai 142 nm pada x= 0,15. Sementara hasil pengukuran sifat magnetik diperlihatkan oleh
plot kurva histeresis pada Gambar 4.31. Nilai Ms, Mr, dan Hc mengalami peningkatan dengan
pertambahan kandungan x dalam sampel. Peningkatan paremeter magnetik ini terus terjadi
sampai komposisi x= 0,15. Nilai Ms meningkat mulai dari 57,44 emu/g pada komposisi x=
0,0 sampai 61,73 emu/g pada komposisi x= 0,15. Sementara peningkatan nilai Hc
dikarenakan terjadinya peningkatan pada nilai konstanta magnetokristalin anisotropi (K1).

1 μm 1 μm

a) x= 0,0 b) x= 0,15

Gambar 4.29 Morfologi partikel sampel BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 a) x= 0,0 b) x= 0,15

Gambar 4.30 W-H plot komposisi BaFe(11,65- Gambar 4.31 Kurva histeresis BaFe(11,65-
x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0 ,0,05, 0,1, dan 0,15) x)Sn0,35ZnxO19 (x = 0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15)

Universitas Indonesia 36

Secara lengkap parameter sifat kemagnetan sampel BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19
ditunjukkan pada Tabel 4.15. Disamping konstanta magnetokristalin anisotropi (K1)
mempengaruhi koersivitas, mikrostruktur material juga sangat menentukan nilai koersivitas
terukur.

Tabel 4.15 Sifat-sifat magnetik komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x = 0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15)

x Ms (emu/g) Mr (emu/g) Hc (kOe) Ha (kOe) K1 (erg/cm3)
BHF 68,49 45,59 2,84 16,56 2,5 x 106
0,0 57,44 31,88 0,93 7,64 1,11 x 106
0,05 58,36 33,00 1,03 7,73 1,17 x 106
0,1 60,61 34,34 1,05 7,82 1,19 x 106
0,15 61,73 36.03 1,07 7,91 1,21 x 106

Selanjutnya Gambar 4.32 menunjukkan kurva RL komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19
(x= 0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15) yang diperoleh dari nilai impedansi material (Zin) hasil
pengukuran. Hasil pengukuran nilai impedansi sampel BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0 ,0,05,
0,1, dan 0,15) mendekati impedansi karakteristik saluran pada semua sampel (Tabel 4.16)

Tabel 4.16 Sifat serapan gelombang mikro BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0 ,0,05, 0,1, dan 0,15)

x Zin (Ω) Γ f (GHz) RL (dB) BW -10 dB of %
RL (GHz) serapan
0,0 51,35+j0,514 0,014 9,76 -36,91 98,57
0,05 49,74+j1,49 0,015 9,96 -36,39 1,98 98,48
0,1 48,86+1,04 0,016 9,88 -36,15 2,74 98,44
0,15 51,96+j1,49 0,024 9,9 -32,26 1,90 97,56
1,06

Terjadi sedikit penurunan nilai RL terhadap kenaikan kandungan x dalam sampel mulai
dari -36,91 dB pada x= 0,0 menurun menjadi -32,26 dB pada x= 0,15. Serapan gelombang
elektromagnetik yang terbaik terjadi pada x= 0,05 dengan nilai Zin= 49,74 +j1,49 Ω, koefisien
refleksi (Γ) = 0,015. Nilai ini memeberikan RL= -36,39 dB (98,48 % serapan) pada frekuensi
9,96 GHz dengan BW= 2,74 GHz pada penurunan RL -10 dB. Nilai RL ini berkorelasi
dengan nilai Ms = 58,36 emu/g, Mr = 33,00 emu/g dan Hc = 1,03 kOe. Dengan demikian,
nilai trade-off dari sifat magnetik yang menghasilkan serapan terbaik adalah pada komposisi
x= 0,05. Pada komposisi ini dapat disimpulkan bahwa terjadi peningkatan serapan dengan
BW yang lebih sempit dibandingkan dengan komposisi BaFe(12-x)Snx/2Znx/2O19 pada x = 0,35.

Universitas Indonesia 37

Gambar 4.32 Kurva RL komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0, 0,05, 0,1, dan 0,15)

4.8 Rekayasa Mikrostruktur Komposisi BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0 - 0,15)
Beberapa laporan (Cai et al., 2018)(S. Zhang et al., 2014) memperlihatkan bahwa

ukuran partikel yang kecil dapat mempengaruhi serapan gelombang elektromagnetik. Pada
penelitian ini telah juga dilakukan perlakuan lanjut untuk mendapatkan ukuran partikel yang
lebih kecil dan seragam melaui proses penghalusan secara mekanik selama 3 jam terhadap
sampel BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 (x= 0,0 - 0,15). Sedangkan ukuran partikel yang berbeda dan
seragam diperoleh melalui proses filtering dengan menggunakan shaker mill ukuran 200
mesh, 325 mesh, dan 400 mesh.

a) x= 0,0 b) x= 0,05

Universitas Indonesia 38

c) x= 0,1 d) x= 0,15

Gambar 4.33 Kurva RL BaFe(11,65-x)Sn0,35ZnxO19 a) x= 0,0, b) x= 0,05, c) x= 0,1, dan d) x= 0,15

Hasil pengukuran RL untuk sampel komposisi yang sama tetapi dengan ukuran partikel
berbeda ditunjukkan pada Gambar 4.33. Nilai RL tersebut secara tegas memperlihatkan
kenaikan dengan mengecilnya ukuran partikel. Peningkat nilai RL ini juga disertai dengan
pergeseran frekuensi pada puncak serapan. Hal ini terjadi untuk semua komposisi. Kejadian
ini disebabkan karena semakin kecil ukuran partikel maka semakin kuat gelombang datang
yang dihamburkan (Xu-dong Cai.,et all, 2018).

Tabel 4.17 menampilkan nilai-nilai parameter serapan gelombang elektromagnetik.
Serapan maksimum diperoleh pada komposisi x= 0,05 (BaFe11,6Sn0,35Zn0,05O19) dengan
ukuran partikel 400 mesh. Pada komposisi ini diperoleh RL= -53,45 dB yang terjadi pada
frekuensi resonansi 9,42 GHz dengan BW sebesar 0,36 GHz pada penurunan RL -10 dB.
Sementara Tabel 4.18 merupakan ringkasan dari eksplorasi bahan penyerap gelombang
elektromagnetik yang telah dipaparkan pada bab 2 dan hasilnya dibandingkan dengan hasil
penelitian penulis. Dari hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa ukuran partikel yang kecil
memberikan nilai serapan (RL) yang tinggi. Kondisi tersebut mirip dengan hasil penelitian
yang penulis lakukan meskipun ukuran partikelnya berbeda. Dengan demikian hasil
penelitian penulis pada komposisi BaFe11,6Sn0,35Zn0,05O19 dengan ukuran partikel 400 mesh
memperoleh serapan yang lebih tinggi (RL= -53,45 dB) dibandingkan dengan hasil publikasi
Sachin Tyagi., et al, 2018 dengan nilai serapan (RL= -43,22 dB) pada komposisi
BaFe12O19/ZnFe2O4/CNTs nanocomposite.

Universitas Indonesia 39