Karakterisasi Lapisan Tipis Material Magnetik Perovskite Untuk Menentukan Nilai Permitivitas dan Permeabilitasnya.
Gede Yudharma1*.
Bayu Ari Wibowo2 dan Fauzan Fadhurrohman Amarulloh3 Program Studi Teknik Mesin.
Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa Jl.
Kalibaru Timur.
Kelurahan Kalibaru Medan Satria .
Bekasi.
Indonesia.
Jawa Barat.
Program Studi Teknik Elektro.
Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa Jl.
Kalibaru Timur.
Kelurahan Kalibaru Medan Satria .
Bekasi.
Indonesia.
Jawa Barat.
*Email: gyudharma123@gmail.
Abstrak - Pembuatan lapisan tipis material magnetik perovskite lanthanum manganit menggunakan metoda deposisi elektroforesis pada susbtrat stainless steel.
Serbuk LaMnO3 terlebih dahulu disintesis memakai metoda sol-gel dengan campuran stokiometri serbuk La(NO.
6H2O dan Mn(NO.
4H2O.
Sebagai larutan suspensi dipakai campuran ethanol dan deionized water dengan komposisi 90 : 10 serta serbuk LaMnO3 sebesar 30 mg dalam 50 ml larutan.
Dengan memberikan tegangan DC sebesar 60 V dan waktu deposisi 35 menit.
Selanjutnya sampel dikarakterisasi secara berurutan dengan analisis difraksi sinar-X, pemindaian mikroskop elektron dan vector network analysis (VNA).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan tipis lanthanum manganit memiliki nilai konstanta dielektrik .
u') hingga 80 sedangkan dielectric loss (AA.
antara 0-80.
Sedangkan nilai permeabilitas pada puncak resonansi mencapai AA ' = 13 dan AA" = 7.
Kata kunci: deposisi elektroforesis, permitivitas dan permeabilitas Pendahuluan Perovskite merupakan mineral yang memiliki formula umum ABO3, dengan A ion trivalent logam tanah jarang atau logam lantanida dan B merupakan ion trivalent logam unsur transisi dimana struktur unit sel material perovskite yang ideal berbentuk kubus.
Salah satu senyawa perovskite yaitu lanthanum manganit atau LaMnO3 memiliki struktur yang telah tersusun secara antiferomagnetik ini sangat stabil.
Sifat magnetik lanthanum manganit yang didoping sebagai senyawa induk tidak berhenti pada substitusi parsial ion La3 di situs A struktur Beberapa peneliti telah mempelajari sifat fisik lanthanum manganit yang didoping yang telah disubstitusi parsial baik di situs A maupun situs B .
Saat ini, penggunaan gelombang elektromagnetik telah meluas ke berbagai bidang, termasuk telekomunikasi, aplikasi militer, dan proyek sipil.
Peningkatan yang pesat dalam penggunaan dan kecenderungan pergeseran frekuensi untuk domain gigahertz (GH.
juga berkontribusi terhadap peningkatan electromagnetic interference (EMI).
Terjadinya EMI berdampak negatif pada kinerja perangkat yang menggunakan gelombang mikro, seperti perangkat medis, perangkat nirkabel, sistem radar, sistem komunikasi satelit, dan antena.
Untuk mengatasi permasalahan EMI, banyak desain material penyerap gelombang mikro baru telah dibuat, termasuk absorber metamaterial, peredam permukaan selektif frekuensi resistif peredam feromagnetik.
Salah satu syarat yang harus dimiliki oleh suatu bahan untuk dapat elektromagnetik adalah bahwa bahan harus memiliki permeabilitas kompleks .
dan (A.
Kemampuan menyimpan energi listrik dan magnet suatu bahan dilambangkan dengan nilai dari permitivitas riil (A') dan permeabilitas riil (').
Sementara itu, bagian imajiner (A ", ") mewakili hilangnya energi listrik dan magnet .
Untuk dapat diterapkan sebagai material penyerap gelombang mikro pada frekuensi tinggi di atas gigahertz, lapisan tipis mejadi kebutuhan yang dapat mengatasi permasalahan kompeksitas peralaan elektroik dengan ruang yang sempit, serta harus memiliki struktur mikro yang homogen dan morfologi permukaan yang halus .
Salah satu material yang banyak digunakan dan dieksplorasi sebagai bahan penyerap gelombang mikro adalah lanthanum manganite yang didoping di situs A dengan kation alkali tanah La1OexAxMnO3.
Sifat yang diinginkan biasanya diperoleh dengan memvariasikan konsentrasi ion doping divalen ini .
Pada penelitian ini akan dibuat lapisan tipis lanthanum manganit yang diendapkan pada substrat stainless steel dengan metoda Deposisi Elektro Foresis (DEF) dan mengkarakterisasi untuk menentukan nilai permitivitas dan Selanjutnya, suspensi dibuat dengan melarutkan bubuk LaMnO3 ke dalam larutan 30 mg/50 ml menggunakan campuran etanol dan deionized water.
Sebelum melakukan proses DEF, suspensi di ultrasonik selama 30 menit untuk memastikan campuran homogen dan menghindari penggumpalan suspensi.
Pemasangan insalasi DEF menggunakan wadah glass ukur agar cukup untuk suspensi cair .
olume 50 m.
seperti terlihat pada gambar 1, sedangkan penempatan elektroda dalam gelas diatur dengan jarak antar elektroda 10 mm.
Tegangan DC yang diberikan sebesar 60V, serta waktu deposisi selama 35 menit.
Eksperimen Bubuk LaMnO3 telah disiapkan dengan metode pembakaran otomatis sol-gel sitrat-nitrat.
Massa La(NO.
6H2O
Mn(NO.
4H2O
perhitungan stokiometri dan dilarutkan dalam air Penambahan asam sitrat sebagai kompleks ion logam dihitung dengan perbandingan asam sitrat terhadap ion logam sebanyak 1,2 : 1.
Setelah itu, larutan diaduk dan dipanaskan di atas hot plate magnetik pada suhu 80AeC.
pH larutan diatur menjadi 7 dengan menambahkan larutan amonia.
Jika sudah terbentuk gel kental, maka dilanjutkan untuk menghilangkan kadar airnya dengan cara pemanasan pada suhu 120AeC dalam oven Proses selanjutnya adalah kalsinasi pada suhu 550AeC selama 6 jam.
Tahap terakhir adalah sintering pada suhu 800AeC selama 12 jam.
Hasil proses sol-gel dikarakterisasi dengan difraktometer sinar-X (XRD) menggunakan difraktometer PANalitical X'pert dengan CuK (=1,5.
Gambar 1.
Skema proses deposisi elektroforesis Untuk menghindari pengendapan partikel, dilakukan pengadukan lambat dengan menggunakan magnetic bead stirrer.
Massa deposit diperoleh dengan menimbang sampel sebelum dan sesudah proses deposisi.
Setelah pengendapan, substrat dikeringkan pada suhu kamar untuk menghindari penguapan yang cepat dari dispersan organik dan munculnya Kemudian dianil pada suhu 950 AC selama 2 jam.
Hasil dan Pembahasan Material lanthanum mangnait memiliki Sifat antiferomagnetik karena adanya interaksi antara sesama ion Mn3 dengan tetangga terdekat melalui anion O2- yang disebut dengan interaksi superexchange.
Dan interaksi ini yang membuat terjadinya perubahan transfer electron hadir.
Superexchange merupakan interaksi magnetik antara ion Mn3 yang berdekatan dimediasi oleh ion non magnetik O2- dengan spin elektron yang berpasangan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Hal ini merupakan interaksi yang lazim terjadi pada saat oksida manganit terisolasi dengan ion perantaranya adalah O2-.
ya= 9 yuI yuyayaya cos yuE Di mana D adalah rata-rata ukuran kristalit .
I), adalah panjang gelombang Cu-K yang bertindak sebagai sumber sinar-X yang digunakan selama pengukuran .
,5406 yI), _HKL adalah lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) dari setiap puncak difraksi dalam satuan radian, dan adalah sudut difraksi untuk puncak paling intens.
Tabel 1.
Hasil yang diperoleh dari proses refine Rietveld Gambar 2.
Ilustrasi mekanisme interaksi superexchange Mn3 - Mn3 .
Parameter kisi Atom SG : R -3 c Posis atom a=b .
I) = 5,530 c .
I) = 13,396 c= = 90o , = 120o d = 35,56 nm Dalam hal ini.
Mn3 berada pada konfigurasi 3d4 yang terdiri dari orbital t2g .
riply degenerate orbita.
dengan level energi yang lebih rendah dan orbital eg .
xcited degenarate orbita.
yang memiliki level energi lebih tinggi.
Dengan demikian orbital yang terlibat adalah orbital eg .
xcited degenarate orbita.
yang kosong dari ion Mn3 dan orbital 2p ion O2- yang Jadi elektron pada orbital 2p ion O2- terbagi diantara dua ion Mn3 yang berdekatan yang mengisi orbital eg yang kosong.
Ini merupakan transfer elektron secara tidak nyata .
irtual transfe.
yang menjadi ciri khas dari mekanisme interaksi superexchange.
LaMnO3.
Sehigga material ini cocok diaplikasikan sebagai kandidat bahan absorber gelombang elektromagnetik.
Dari table 1 merupakan data hasil karakterisasi XRD yang di refine dengan metoda Rietveld.
dilihat bahwa sample memilik group ruang R-3c.
Hasil dari pendekatan grafis sesuai dengan hasil yang diperoleh dari pendekatan kristalografi menggunakan persamaan Debye-Scherrer berikut .
Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) bertujuan untuk melihat bentuk morfologi material LaMnO3.
Pada pengujian ini sampel yang digunakan berbentuk lapisan tipis pada substrat SS Mode karakterisasi yang digunakan adalah BSE seperti terlihat pada gambar 3.
Sampel disiapkan dengan metoda deposisi elektroforesis dengan konsentrasi suspensi 30 mg LaMnO3 dengan memberikan tegangan 60V serta waktu deposisi selama 35 menit.
Sampel lapisan tipis kemudian di anil dengan temperatur 800, 900 dan 950oC selama 2 jam.
Dari hasil SEM dan pengukuran diameter partikel memakai software imagej terlihat bahwa makin tinggi temperatur anil rata-rata diameter partikel semakin besar.
Secara umum, sampel terdiri dari banyak partikel serta Berdasarkan histogram yang menunjukkan distribusi ukuran partikel rata-rata (D) sekitar 190-390 nm.
Perubahan temperatur anil mempengaruhi ukuran partikel dan morfologi LaMnO3 hasil deposisi.
Probability D= 190 nm
100 200 300 400 500 600
Diameter .
Probability D= 270 nm
100 200 300 400 500 600 700
Diameter .
Probability D= 390 nm
100 200 300 400 500 600 700
Diameter .
Gambar-3.
Hasil SEM lapisan tipis pada temperature a.
800oC, b.
900oC dan c.
Suatu material penyerap gelombang mikro atau microwave absorber material (MAM) yang baik yaitu apabila memiliki sifat magnetik dan listrik yang baik pula.
Untuk itu maka material tersebut harus memiliki nilai impendasi tertentu serta kesesuaian antara nilai permeabilitas relatif .
uNr ) dan juga nilai permitivitas relatifnya .
uAy.
Sedangkan untuk mengetahui besar nilai impedansi yang dimiliki oleh suatu material MAM dapat dilakukan dengan melalui perhitungan dari persamaan berikut ini.
ycsycnycu = ycsycuOo A r ycycaycuEa( [ o ] Oor Ar ) .
Dimana: ycsycnycu adalah impedansi input .
ycsycu adalah impedansi karakteristik udara bebas .
c adalah cepat rambat cahaya = 3 x 108 m/s L adalah tebal material .
adalah frekuensi gelombang mikro (H.
Real 60V-800 Real 60V-900 Real 60V-950 (Au" ) Au' ) Frequency (GH.
Im 60V-800
Im 60V-900
Im 60V-950
(A" )
Frequency (GH.
Real 60V-800
Real 60V-900
Real 60V-950
( A') Im 60V-800
Im 60V-900
IM 60V-950
Frequency (GH.
Frequency (GH.
Gambar 4.
Pola permitivitas riil dan imajiner dan .
permeabilitas riil dan imajiner.
Ketika gelombang elektromagnetik yang datang tegak lurus dengan material, dan dalam hal ini ycsycnycu merupakan impedansi karakteristik yang dimiliki oleh material MAM.
Dan untuk nilai permeabilitas relatif .
serta nilai permitivitas relatif ( yuAyc ) diperoleh dari persamaan berikut ini.
yuNyc = 1Oeyu Oey.
Oo 2 Oe 2 Oey.
2 yuI 2 yuI 2 1 yuAyc = yuNyc .
Oe yuI.
yuI02 yuN ( .
dari persamaan .
, nilai koefisien refleksi .
yang digunakan, diperoleh dari perhitungan dengan persamaan .
dibawah ini.
ycI 2OeycI 2 1 yu = 11 2ycI 21 ) Oe 1 .
ycI 2OeycI 2 1 A Oo( 11 2ycI 21 dimana koefisien refleksi harus bernilai kurang dari 1 .
u < .
, dan untuk nilai parameter reflektansi .
serta parameter transmitansi .
yang digunakan, berasal dari hasil pengujian menggunakan Vector Network Analyzer (VNA) dengan frekuensi antara 8 - 12 GHz.
Nilai permitivitas dan permeabilitas material lapsan tipis lanthanum manganit yang dideposisi selama 35 menit, kemudian dianil dengan temperatur 800, 900 dan 950 selama 2 jam dapat dilihat pada gambar 4.
Tingginya nilai konstanta dielektrik .
u') hingga 80 sedangkan dielectric loss (AA.
antara 0-80, berkurang dengan bertambahnya temperatur anil.
Gambar 4 a-b adalah bagian riil dari permitivitas (A') dan bagian imajiner (A").
Tingginya nilai konstanta dielektrik .
u') hingga 83 dikaitkan dengan perilaku logam tipis tipis perovskite lanthanum manganit.
Polarisasi muatan antara partikel konduktif yang berdekatan menimbulkan nilai konstanta dielektrik yang tinggi .
Rugi dielektrik karena konduksi (AA.
diamati antara 0-83, menurun dengan meningkatnya suhu anil.
Rugi dielektrik dapat disebabkan oleh karena relaksasi dielektrik, konduktansi dan resonansi.
Beberapa puncak muncul pada kurva permitivitas nyata dan menunjukkan perilaku resonansi magnetik yang kompleks .
Gambar 4.
adalah bagian riil dari permeabilitas (AA') merupakan alignment dipol magnet dan bagian imajiner (AA") yang terkait dengan kehilangan sifat Nilai ay lebih rendah dari bagian nyata AA' yang menunjukkan terjadinya frekuensi resonansi magnetik pada sampel yang dapat dikaitkan dengan resonansi alami dan fenomena arus eddy yang terjadi pada lapisan tipis.
Nilai permeabilitas pada puncak resonansi mencapai AA ' = 13 dan AA" = 7.
Nilai ini lebih tinggi dari bahan LSMO bulk.
Dengan nilai permitivitas dan permeabilitas yang dimiliki lapisan tipis lanthanum manganit ini, material ini bisa menjadi kandidat sebagai absorber gelombang mkiro.
Ogawa.
AuA New Preparation Method of LaMnO.
Perovskite Using Electrochemical Oxidation,Ay JOURNAL.
SOLID STATE Chem.
, vol.
91, pp.
61Ae70, .
Sableku and W.
Ari.
AuAnalisi struktur dan sifat magnetik perovskit LaMnO3 sebagai kandidat bahan absorber gelombang elektromagnetik,Ay 2013.
Cokun.
Taarkuyu.
Irmak.
Acet.
SamancioNlu, and S.
Aktyrk.
AuMagnetic properties of La0.
65Ca0.
30Pb0.
05Mn0.
9B0.
1O3 (B =
Co.
Ni.
Cu and Z.
,Ay J.
Alloys Compd.
622, pp.
796Ae804.
Feb.
Chen.
Li.
Gu.
Shi, and R.
Wu.
AuUltrathin broadband microwave absorbers using ferromagnetic films,Ay J.
Magn.
Magn.
Mater.
, vol.
349, pp.
259Ae 263, 2014.
Ling et al.
AuThin and broadband Ce2Fe17N3-/MWCNTs composite absorber with efficient microwave absorption,Ay J.
Alloys Compd.
, vol.
1097Ae1103, 2019.
Li.
Hu.
Zhou.
Fan, and X.
Li.
AuAttractive microwaveabsorbing properties of La1-xSrxMnO3 manganite powders,Ay Mater.
Chem.
Phys.
, vol.
75, no.
1Ae3, pp.
101Ae104, .
Marozau et al.
AuInfluence of la and Mn vacancies on the electronic and magnetic properties of LaMnO3 thin films grown by pulsed laser deposition,Ay Phys.
Rev.
- Condens.
Matter Mater.
Phys.
, vol.
May 2014.
Holzwarth and N.
Gibson.
AuThe Scherrer equation versus the &apos.
Debye-Scherrer equation&apos.
,Ay Nat.
Publ.
Gr.
, vol.
6, no.
9, p.
534, 2011.
Auzener1951 - Interaction between the dshell in the transition metals.
Ferromagnetic compounds of manganese with perovskite structure.
Feng.
Qiu, and C.
Shen.
AuAbsorbing properties and structural design of microwave absorbers based on carbonyl iron and barium ferrite,Ay J.
Kesimpulan Dalam penelitian ini dibuat lapisan tipis dengan memakai metoda deposisi elektroforesis.
Suspensi dengan konsentrasi 0.
3 gram LaMnO3 pada 50 ml larutan athenol dan aquabides dengan komposisi .
Pada proses deposisi elektroforesis ini, mampu menghasilkan lapisan tipis lantnanum manganit pada substrat stainlees Lapisan tipis hasil deposisi elektroforesis lanthanum manganit pada tegangan 60V dan waktu deposisi 35 menit kemudian dipanaskan dengan temperatur anil 800, 900 dan 950oC selama 2 jam.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan tipis lanthanum manganit memiliki nilai konstanta dielektrik .
u') hingga 80 serta dielectric loss (AA.
antara 0-80.
Sedangkan nilai permeabilitas pada puncak resonansi mencapai AA ' = 13 dan AA" = 7.
Dengan nilai permitivitas dan permeabilitas yang dimiliki lapisan tipis lanthanum manganit ini, menjadi kandidat sebagai material absorber gelombang mkiro.
Referensi