bab 2 tinjauan pustaka - Universitas Sumatera Utara

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Magnet
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan
magnet. Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam
serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah
magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun
teratur), magnet- magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang
bukan magnet, magnet elementernya mempunyai
arah
sembarangan
(tidak
teratur) sehingga efeknya saling meniadakan, yang mengakibatkan tidak
adanya kutub-kutub magnet pada ujung logam. Setiap magnet memiliki dua
kutub, yaitu: utara dan selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada
pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada
pada kutub-kutubnya (Siregar, Seri D. 2013).
Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari
yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik
yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang
mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah
contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan
intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah
Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1 weber/m 2 = 1
tesla) yang mempengaruhi luasan satu meter persegi (Theresya, 2014).
2.2
Pengertian Medan Magnet
Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan
adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka
terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan
terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan
sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan
pada titik tersebut.
Universitas Sumatera Utara
2.2.1 Momen Magnetik
Bila terdapat dua buah kutub magnet yang berlawanan +m dan –m terpisah
sejauh l, maka besarnya momen magnetiknya ( ⃑⃑ ) adalah:
⃑⃑ = mlrˆ
(2.1)
dengan ⃑⃑ adalah sebuah vektor dalam arah vektor unit rˆ berarah dari kutub
negatif ke kutub positif. Arah momen magnetik dari atom bahan non magnetik
adalah acak sehingga momen magnetik resultannya menjadi nol. Sebaliknya di
dalam bahan-bahan magnetik, arah momen magnetik atom-atom bahan itu
teratur sehingga momen magnetik resultan tidak nol. Momen magnet
mempunyai
satuan
dalam cgs
adalah gauss.cm3 atau emu dan dalam SI
mempunyai satuan A.m2
2.2.2 Induksi Magnetik
Definisi induksi magnet, Induksi magnet adalah kuat medan magnet akibat
adanya arus listrik yang mengalir dalam konduktor. Adanya kuat medan
magnetic disekitar konduktor berarus listrik diselidiki pertama kali oleh Hans
Christian (Denmark, 1774 –1851). Jika jarum kompas diletakkan sejajar dengan
konduktor itu dialiri arus listrik.Bila arah arus dibalik, maka penyimpangannya
juga berbalik. Suatu bahan magnetik yang diletakkan dalam medan luar ⃑ ’
akan menghasilkan medan tersendiri ⃑ ’yang menigkatkan nilai total medan
magnetic bahan tersebut. Induksi magnetik yang didefinisikan sebagai medan
total bahan ditulis sebagai :
⃑
⃑+⃑’
(2.2)
Hubungan medan sekunder = 4 ⃑⃑ , satuan dalam cgs adalah gauss, sedangkan
dalam geofisika eksplorasi dipakai satuan gamma (g) dan dalam SI adalah tesla
(T) atau nanoTesla (nT).
2.2.3 Kuat Medan Magnetik
Kuat medan magnetik disuatu titik adalah gaya magnetik yang dialami tiap
satu-satuan kuat kutub magnet utara disuatu titik yang berada didalam
medan magnetik magnet lain. Kuat medan magnetik yang disebabkan oleh arus
listrik disebut dengan induksi magnetik.Kuat medan magnet pada suatu titik yang
Universitas Sumatera Utara
berjarak r dari m1 didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat kutub magnet,
dapat dituliskan sebagai:
⃑
(oersted)
(2.3)
Dengan :
F
= Gaya (Newton)
⃑
= Kuat medan magnet luar (Gauss)
m1,m2 = Kuat kutub magnet 1 dan 2 (Ampere meter)
r1,r2
= Jarak titik ke kutub magnet
µ
= Permeabilitas ruang hampa (4 x 10-7 H/m)/udara (1 H/m)
(Afza,Erini. 2011).
Macam – Macam Magnet
2.3
Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam,
yaitu:
2.3.1 Magnet Permanen
Suatu magnet permanen harus mampu menghasilkan fluks magnet yang
tinggi dari suatu volume magnet tertentu, stabilitas magnetik yang baik terhadap
efek temperatur dan waktu, serta memiliki ketahanan yang tinggi terhadap
pengaruh demagnetisasi. Pada prinsipnya, suatu magnet permanen haruslah
memiliki karakteristik minimal dengan sifat kemagnetan remanen, Br dan
koersivitas intrinsik, Hc serta temperatur Curie, Tc yang tinggi. (Azwar Manaf,
2013)
2.3.2 Magnet Remanen
Magnet remanen adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan
magnet yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara
mengalirkan arus listrik atau digosok dengan magnet alam secara berulang-ulang.
Bila suatu bahan pengantar dialiri arus listrik, besarnya medan magnet yang
dihasilkan tergantung pada besar arus listrik yang dialirkan. Medan magnet
remanen yang digunakan dalam praktek kebanyakan dihasilkan oleh arus
dalam kumparan yang berinti besi. Agar medan magnet yang dihasilkan
cukup kuat, kumparan diisi dengan besi atau bahan sejenis besi dan sistem
ini
dinamakan electromagnet.
Keuntungan
electromagnet
adalah bahwa
Universitas Sumatera Utara
kemagnetannya dapat dibuat sangat kuat, tergantung dengan arus yang
dialirkan. Dan kemagnetannya dapat dihilangkan dengan memutuskan arus
listriknya. (Afza, Erini. 2011).
2.4
Klasifikasi Material Magnetik
Material magnetik adalah material yang mempunyai sifat magnetik. Sifat
magnetik adalah fenomena suatu bahan menarik atau menolak material lain
yang berada di dekatnya. Berdasarkan nilai suseptibilitas material magnetik
dibedakan
menjadi
3 yaitu diamagnetik, paramagnetik, dan ferromagnetik
(Theresya, 2014).
2.4.1 Diamagnetik
Bahan diamagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas
negatif dan sangat kecil. Sifat diamagnetik ditemukan oleh Faraday pada
tahun 1846 ketika sekeping bismuth ditolak oleh kedua kutub magnet, hal
ini memperlihatkan bahwa medan induksi dari magnet tersebut menginduksi
momen magnetik pada bismuth pada arah berlawan dengan medan induksi pada
magnet (Tipler, 1991).
Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika
bahan diamagnetik dibalik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron
dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan
resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan. Sifat diamagnetik
bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan bersifat
diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat
magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron
yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin
elektron
berpasangan,
akibatnya
bahan
ini
tidak menarik garis gaya.
Permeabilitas bahan diamagnetik adalah μ < μ0 dan susepbtibilitas magnetiknya <
0. Contoh bahan diamagnetik yaitu bismut, perak, emas, tembaga dan seng. ( J.D.
Kraus, 1998).
2.4.2 Paramagnetik
Material paramagnetik mempunyai nilai suseptibilitas positif di mana magnetisasi
M paralel dengan medan luar. Material yang termasuk dalam paramagnetik adalah
Universitas Sumatera Utara
logam transisi dan ion logam tanah jarang (rare-earth ions). Ion-ion ini
mempunyai kulit atom yang tidak terisi penuh yang berisi momen magnet
permanen. Momen magnet permanen terjadi karena adanya gerak orbital dan
elektron (Theresya, 2014).
Setiap elektron berperilaku seperti magnet kecil yang pada medan magnet
memiliki salah satu orientasi yaitu searah atau berlawanan arah dengan medan
magnet tergantung dengan arah spin elektron. Ketika tidak ada medan luar
orientasi momen magnet acak, tetapi ketika medan luar diterapkan maka
orientasi momen magnetik sebagian mengarah ke medan luar.
Gambar 2.1 Orientasi momen magnetik bahan paramagnetik (a) Tanpa adanya
medan luar, (b) Dengan adanya medan luar (Theresya, 2014)
Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga
bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan paramagnetik,
medan B yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya dalam
hampa udara. Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif
dan berada dalam rentang 10-5 sampai 10-3 m3/Kg, sedangkan permeabilitasnya
adalah μ > μ 0.Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram
(Theresya, 2014).
2.4.3 Ferromagnetik
Ferromagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetik
positif yang sangat tinggi. Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik
luar dapat menyebabkanderajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol
magnetik atomnya. Dalam beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan
sekalipun medan kemagnetannya telah hilang. Hal ini terjadi karena momen dipol
Universitas Sumatera Utara
magnetik atom dari bahan – bahan ferromagnetik ini mengarahkan gaya-gaya
yang kuat pada atom disebelahnya. Sehingga dalam daerah ruang yang sempit,
momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi.
Daerah ruang tempat momen dipol magnetik yang disearahkan ini disebut
daerah magnetik. Dalam daerah ini, semua momen magnetik disearahkan,
tetapi arah penyearahnya beragam dari daerah sehingga momen magnetik total
dari kepingan mikroskopi bahan ferromagnetik ini adalah nol dalam keadaan
normal (Tipler, 1991).
2.5
Material Magnet Lunak dan Magnet Keras
Material magnetik diklasifikasikan menjadi dua yaitu material magnetik
lemah atau soft magnetic materials maupun material magnetik kuat atau hard
magneticmaterials. Penggolongan ini berdasarkan kekuatan medan koersifnya
dimana soft magnetic atau material magnetik lemah memiliki medan koersif
yang lemah sedangkan material magnetik kuat atau hard magnetic materials
memiliki medan koersif yang kuat. Hal ini lebih jelas digambarkan dengan
diagram histerisis atau hysteresis loop sebagai loop.
Gambar 2.2 Histeris material magnet (a) Material lunak, (b) Material keras
Gambar 2.2 menunjukkan kurva histeresis untuk material magnetic lunak pada
bagian (a) dan material magnetik keras pada bagian (b). H merupakan medan
magnetik yang diperlukan untuk menginduksi medan berkekuatan B dalam
Universitas Sumatera Utara
material. Setelah medan H ditiadakan, dalam specimen tersisa magnetisme
residual Br, yang disebut residual remanen, dan diperlukan medan magnet Hc
yang disebut gaya koersif, yang harus diterapkan dalam arah berlawanan
untuk meniadakannya. Magnet lunak mudah dimagnetisasi serta mudah pula
mengalami demagnetisasi, seperti tampak pada Gambar 2.2 Nilai H yang rendah
sudah memadai untuk menginduksi medan B yang kuat dalam logam, dan
diperlukan medan Hc yang kecil untuk menghilangkannya. Magnet keras
adalah material yang sulit dimagnetisasi dan sulit di demagnetisasi. Karena
hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m2) merupakan energi per
satuan volume, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama
dengan energi yang diperlukan untuk satu siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai
+H hingga –H sampai 0. energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat dapat
diabaikan; medan magnet keras memerlukan energi lebih banyak sehingga
pada
kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan. Dikatakan, magnetisasi
permanen (Afza, Erini. 2011).
2.6
Magnet Komposit
Pengertian magnet komposit terdiri dari dua bahan yang berbeda yang
digabung
atau
dicampur
secara
makroskopis.
Pada
umumnya
magnet
komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serbuk bahan magnet dan bahan pengikat
serbuk yang disebut matrik. Magnet komposit ini dibuat dengan pencampuran
serbuk bahan magnet dengan pengikat bahan bukan magnet, seperti semen
portland, polimer, dengan komposisi yang diinginkan didalam alat pencampur
(Karokaro, 2002).
Pada serbuk magnet inilah yang akan menentukan karakterisasi dari
magnet komposit, seperti sifat kekerasan, kekuatan serta sifat mekanik yang
lainnya. Sedangkan jumlah elemen serbuk magnet didalam komposit akan sangat
menentukan kekuatan medan magnet dari magnet komposit, karena banyak
sedikitnya bahan pengikatnya akan mempengaruhi sifat magnet (LihJiun Yu,
2012).
Pada magnet komposit, sifat-sifat struktur yang dibentuknya masih terlihat
jelas. Pada magnet komposit dapat dibuat menjadi rigid atau elastis,
Universitas Sumatera Utara
tergantung pada bahan campuran yang digunakan. Sifat-sifat yang dapat
diatur
oleh perbandingan campuran adalah kekuatan dan kedap air. Apabila
bahan campuran pada magnet komposit yang bersifat elastis seperti karet
alam, maka akan didapatkan magnet komposit yang bersifat elastis(Sudirman,
2002).
Pada dasarnya magnet komposit yang memiliki sifat rigit mempunyai
kelebihan dalam sifat mekaniknya yang tidak mudah pecah, sedangkan
magnet komposit yang memiliki sifat elastis mempunyai kelebihan dalam
sikap mekaniknya adalah memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Dimana
keunggulan yang dimiliki oleh magnet komposit adalah pengabunggan dari sifatsifat unggul masing-masing pembentuknya(Hadi, 2000).
Dengan sifat ferit yang dimiliki, menunjukkan bahwa sifat struktural dan
magnetik nanocomposites tergantung pada baik isi ferit dan komposisi karet alam
atau plastik di nanocomposites. Semua nanocomposites menunjukkan pertukaran
bias seperti fenomena yang dihasilkan dari kopling pertukaran berputar pada
antarmuka antara daerah inti magnet ferit dan keteraturan permukaan wilayah
nanopartikel (Mokhtar, 2012)
2.7
Magnet Permanen Ferrit
Magnet permanen ferrit juga dikenal sebagai magnet keramik dikembangkan
pada tahun 1950-an sebagai suatu hasil dari teori Stoner
–Wohlfarth yang
mengindikasikan bahwa koersivitas dari sistem pada partikel bidang tunggal
sebanding terhadap anisotropi. Magnet ferrit yang banyak dipakai yaitu
Barium
Ferrit
BaO.6(Fe2O3) disamping SrO.6(Fe2O3) dan PbO.6 (Fe2O3).
Magnet Ferrit mempunyai sifat mekanik yang kuat dan tidak mudah terkorosi.
Disamping itu magnet ferrit mempunyai koersivitas yang tinggi dengan
tingkat kestabilan yang tinggi terhadap pengaruh medan luar serta temperatur
(Culity, 1972).
2.7.1 Barium Heksaferit
Barium Heksaferit merupakan magnet keramik yang banyak digunakan dalam
berbagai aplikasi. Barium Heksaferit memiliki beberapa keunggulan antara lain
ketersediaan bahan bakunya yang melimpah dan pembuatannya yang relatif
Universitas Sumatera Utara
mudah. Barium Heksaferit dapat disintesis dengan beberapa metode seperti
kristalisasi gas, presipitasi hidrotermal, sol-gel, aerosol, pemanduan mekanik dan
kopresipitasi (Tubitak,2011).
Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur
Hexagonal close-packed. Dalam hal ini bahan yang sering digunakan adalah
Barium Heksaferit (BaO.6Fe2O3). Dapat juga barium digantikan bahan yang
menyerupai (segolongan) dengannya, yaitu seperti stronsium (Ade Fathurohman,
2011).
Material magnet oksida BaO(6Fe2O3) merupakan jenis keramik yang
banyak dijumpai disamping material magnet lain, seperti SrO.6(Fe2O3) dan
PbO.6(Fe2O3). Pengembangan material BaFe12O19 (M-type feritte hexagonal)
sebagai bahan magnetik sangat dibutuhkan dalam berbagai bidang aplikasi,
karena
memiliki karakteristik : temperatur Curie yang relative tinggi, nilai
koersifitas, saturasi magnetik dan anisotropi magnetik tinggi pula serta stabilitas
kimia yang sangat baik (Simbolon, Silviana, 2013).
Salah satu aplikasi material magnet permanen barium heksaferit yang
menjadi perhatian saat ini adalah sebagai alat penyerap gelombang mikro
(RAM). Hal ini karena sifat listrik dan magnetik dari material ferrimagnetik
ini sangat mendukung dalam aplikasi tersebut, yaitu memiliki permeabilitas dan
resistivitas yang tinggi. Material oksida magnet tersebut memiliki sifat mekanik
yang sangat kuat dan tidak mudah terkorosi. Namun material tersebut sangat
rentan terhadap proses perlakuan panas sehingga mempunyai pengaruh yang
cukup signifikan dan memiliki dampak negatif terhadap sifat kemagnetan,
tetapi proses ini tidak dapat dihindarkan dalam proses metalurgi serbuk untuk
membuat magnet menjadi kuat dan dapat dimanfaatkan dalam teknologi
(Simbolon, Silviana, 2013).
Barium heksferit BaO.6Fe2O3 yang memiliki parameter kisi a = 5,8920
Angstrom, dan c = 23,1830 Angstrom memiliki srtuktrur kristal yang sama
seperti namanya yaitu struktur heksagonal. Gambar struktur kristal barium
heksaferit BaO.6Fe2O3 diperlihatkan pada Gambar 2.3
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Struktur kristal heksagonal BaO.6Fe2O3 [Moulson A.J, et all., 1985].
2.8
Unsur Pemadu Pada Aditif Ferro Boron
2.8.1 Besi (Fe)
Besi adalah unsur kimia dengan simbol Fe (dari bahasa Latin: zat besi). Dan
nomor atom 26 Ini merupakan logam dalam transisi deret pertama. Besi
merupakan logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif melimpah
dibumi. Ini adalah massa elemen paling umum di Bumi, membentuk banyak inti
luar dan dalam bumi.
Gambar 2.4 Struktur Atom Unsur Besi
Universitas Sumatera Utara
Besi juga diketahui sebagai unsur yang paling banyak membentuk dibumi, yaitu
kira-kira 4,7 – 5 % pada kerak bumi. Kebanyakan besi terdapat dalam batuan dan
tanah sebagai oksidasi besi, seperti oksida besi magnetit( Fe3O4). Dari mineralmineral bijih besi magnetite adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi,
terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematite merupakan mineral bijih utama
yang dibutuhkan dalam industri besi.(Syukri, 1999).
Tabel 2.1 Informasi Dasar Unsur Besi/Iron
Nama Unsur
Besi
Simbol
Fe
Nomor Atom
26
Massa Atom
55.548g/mol
Titik Didih
3143 K
Titik Lebur
1811 K
Struktur Kristal
BCC
Warna
Perak keabu-abuan
Konfigurasi Elektron [Ar] 3d6 4s2
2.8.2 Boron (B)
Boron merupakan unsur yang sangat keras dan menunjukkan sifat semikonduktor,
dan sangat tahan terhadap panas. Boron dalam bentuk kristal yang sangat reaktif.
Boron adalah unsur golongan 13 dengan nomor atom lima. Boron memiliki sifat
diantara logam dan nonlogam (Semimetalik). Boron juga merupakan unsur
metaloid dan banyak ditemukan dalam biji borax. Unsur ini tidak pernah
ditemukan dialam bebas.
Gambar 2.5 Strukur Atom Unsur Boron
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Informasi Dasar Unsur Boron
Nama Unsur
Boron
Simbol
B
Nomor Atom
5
Massa Atom
10.811 g/mol
Titik Didih
4200 K
Titik Lebur
2349 K
Struktur Kristal
Trigonal
Warna
Hitam
Konfigurasi Elektron [He] 2s22p1
2.9
Sillicone Rubber
Silicone rubber (SiR) adalah bahan yang tahan terhadap temperatur tinggi, yang
biasanya digunakan untuk isolasi kabel dan bahan isolator tegangan tinggi. Sifat
fisik bahan ini dapat diperbaiki dengan mencampurkan bahan pengisi seperti
pasirsilika. Silicone rubber aman digunakan pada temperatur -55º sampai 200º C.
Bahan ini memiliki hambatan yang baik terhadap ozone, korona, air, dan memiliki
ketahanan yang baik terhadap alkohol, garam, dan minyak.(Asy’ari, 2008)
Silicone rubber merupakan elastomer (sama halnya dengan material karet)
polimer berupa silikon, dimana silikon tersebut mengandung karbon, hidrogen,
dan oksigen. Karet silikon banyak digunakan dalam industri dan beberapa
formulasi. Karet silikon biasanya terdiri dari satu atau dua bagian polimer dan
berisi pengisi untuk meningkatkan sifat atau mengurangi biaya. Karena sifat-sifat
kemudahan pembuatan dan pembentukan, karet silikon dapat ditemukan dalam
berbagai macam produk, termasuk aplikasi otomotif, memasak, bahan
pengembang, dan penyimpanan produk (seperti penyimpan makanan, pakaian
olahraga, alas kaki, elektronik, peralatan medis dan implan), dan dalam perbaikan
rumah serta perangkat keras dengan produk seperti silikon sealants.
Struktur kimia sillicone rubber yang terdiri dari suatu punggung silikon
yang lebih fleksibel dibandingkan polimer lainnya. Jarak ikatan Si – O sekitar
1,64°A yang lebih panjang dibandingkan jarak ikatan C–C sekitar 1,5ºA yang
banyak ditemukan pada polimer organik. Kemudian susunan ikatan Si–O–Si
Universitas Sumatera Utara
(180° – �) – 143º lebih terbuka dibandingkan dengan ikatan tetrahedral biasa
(~110°) yang berperan untuk meningkatkan keseimbangan, dengan demikian
rantai mampu melakukan suatu bentuk yang rapat ketika dalam keadaan tergulung
acak, dan rantai silikon yang terdapat gugus metil mampu meluruskan sendiri
untuk bersekutu menghasilkan hidrofobik pada permukaannya. Silicone rubber
memiliki sifat isolasi sangat baik seperti loss tangen (tan δ 3 – 3 x 103), konstanta
dielektrik, εr = 2 – 4, tahanan jenis ρ = 1015 Ωm dalam keadaan tanpa bahan
pengisi, tahanan terhadap cahaya pada daerah � > 300 nm gugus metilnya
menyerap sinar dan stabil hingga suhu ≈ 250°C dengan mempertahankan
sifat kenyalnya pada suhu rendah karena memiliki temperatur transisi gelas
sampai 120°C (stabilitas termalnya panjang). Namun, dalam kaitan ini kekuatan
mekanik silicone rubber tanpa bahan pengisi memiliki kekuatan yang rendah
karena gaya antar molekulnya yang rendah. Untuk meningkatkan kekuatan tarik
dan kekerasan, dapat ditambah bahan silika. Sedangkan untuk meningkatkan
ketahanan erosi dan keretakan (tracking) dapat dikombinasikan dengan bahan
pengisi dan jenis aluminatrihydrate. Dibandingkan dengan karet organik, karet
silikon memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah. Bahan silikon ini juga sangat
sensitif terhadap kelelahandari beban siklik. Karet silikon merupakan bahan yang
sangat inert dan tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan kimia (Keller et al.,
2007). Sifat-sifat fisik dan mekanik silicone rubber dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3.Sifat Fisik dan Mekanik Silicone Rubber
Densitas (g/cm3)*1
0,8
T (℃)*2
-55 – 200
Kuat tarik (MPa)*3
4,4 – 9
Kuat tekan (MPa)*4
10 – 30
Hardness Vickers (VHN)*5 15
Sumber:*1Stuart, 2003;*2Asy’ari, 2008;*3Product Information Silastic 94-595
Liquid Silicone Rubber, 2002;*4Azom.com The A to Z of Materials, 2013;
*5
Liquid RTV Silicone Rubber, 2013
Universitas Sumatera Utara
Selama proses pembuatan silicone rubber, panas sangat diperlukan untuk
vulkanisir (mengatur dan memperbaiki) silikon ke dalam bentuk seperti karet. Hal
ini biasanya dilakukan dalam dua proses pada titik pembuatan ke dalam bentuk
yang diinginkan. Dalam hal ini dapat dilakukan proses injeksi (injection molded).
Pada suhu ekstrim, kekuatan tarik, elongasi, kekuatan sobek, dan kompresi dapat
jauh lebih unggul daripada karet konvensional, meskipun relatif lebih rendah
untuk bahan lainnya, sedangkan karet silikon merupakan salah satu pilihan jenis
elastomer untuk lingkungan yang ekstrim (Keller et al., 2007).
2.10 Karakterisasi Material Magnet
Untuk mengetahui sifat-sifat dan kemampuan suatu material maka perlu
dilakukan pengujian dan analisis. Beberapa jenis pengujian dan analisis yang
dibahas untuk keperluan penelitian ini antara lain : pengujian sifat fisis
(densitas(true density dan bulk density)), analisa struktur dan ukuran diameter
partikel menggunakan OM (Optical Microscope),analisa struktur kristal
menggunakan alat uji XRD (X-Ray Diffraction), analisis sifat magnet dari mateial
menggunakan VSM (Vibrating Sample Magnetometer), analisa perubahan fasa
sampel bila diberi suhu tinggi menggunakan DTA/TG (Diferential Thermal
Analysis/Thermogravimetric Analysis) dan pengujian kuat tarik sampel komposit
yang dicampur dengan silicone rubber.
2.10.1 Densitas
Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau densitas
didefenisikan sebagai massa per satuan volum. Jika suatu bahan yang materialnya
homogen bermassa m memiliki volume v, densitasnya ρ adalah: (kg/m3). Secara
umum, densitas suatu bahan tergantung pada faktor lingkungan seperti suhu dan
tekanan (Siregar, Seri D. 2013).
Dalam pelaksanaannya kadang-kadang sampel yang diukur mempunyai
ukuran bentuk yang tidak teratur sehingga untuk menentukan volumenya menjadi
sulit, akibatnya nilai kerapatan yang diperoleh tidak akurat. Untuk menentukan
rapat massa (bulk density) dari suatu bahan mengacu pada standar (ASTM C373).
Universitas Sumatera Utara
Oleh karena itu untuk menghitung nilai densitas suatu material yang
memiliki bentuk yang tidak teratur (bulk density) digunakan metode Archimedes
yang persamaannya sebagai berikut:
`
(2.4)
Dimana :
ρ
= Densitas sampel (kg/m³)
ρair
= Densitas air (kg/m³)
mk
= Massa sampel setelah kering (kg)
mb
= Massa sampel setelah direndam 3 menit di dalam aquades (kg)
2.10.2 XRD (X-Ray Diffraction)
Sinar X merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk
mengetahui struktur kristal dan fasa suatu dengan sudut datang sebesar ,maka
sebagian sinar dihamburkan oleh bidang atom dalam kristal. Berkas sinar x yang
dihamburkan dalam arah-arah tertentu akan menghasilkan puncak-puncak difraksi
yang dapat diamati dengan peralatan X-Ray Diffraction (Cullity,1978).
Fenomena interaksi dan difraksi sudah dikenal pada ilmu optik. Standart
pengujian laboratorium fisika adalah untuk menentukan jarak antara dua
gelombang dengan mengetahui panjang gelombang sinar, dengan mengukur sudut
berkas sinar yang terdifraksi. Pengujian ini merupakan aplikasi langsung dari
pemakaian sinar-X untuk menentukan jarak antar atom adalam kristal.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Difraksi Bidang Atom
Gambar 2.6 menunjukkan suatu berkas sinar X dengan panjang gelombang
λ jatuh pada sudut θ pada sekumpulan bidang atom berjarak d. Sinar yang
dipantulkan dengan sudut θ hanya dapat yang berdekatan, dan menempuhkan
jarak sesuai dengan perbedaan kisi yaitu sama dengan panjang gelombang n
λ. Menurut syarat terjadinya difraksi, beda lintasan merupakan kelipatan bilangan
bulat dari panjang, sehingga hal tersebut dirumuskan W.L.Brag dengan :
nλ = 2d sinθ
(2.4)
n = orde difraksi (n = bilangan bulat)
λ = panjang sinar –X gelombang (m)
d = jarak antar bidang (m)
θ = sudut difraksi (o)
Untuk mengetahui fasa dan struktur material yang diamati dapat dilakukan dengan
cara sederhana, yaitu dengan cara membandingkan nilai d yang terukur dengan
nilai d pada data standart. Data d standart dapat diperoleh melalui Joint Commitee
On Powder Difraction Standart (JCPDS) atau dengan metode Hanawalt file.
(Cullity,1978)
2.10.3 VSM (Vibrating Sample Magnetometer)
Vibrating Sample Magnetometer (VSM) merupakan salah satu jenis peralatan
yang digunakan untuk mempelajari sifat magnetik bahan. Dengan alat ini
akan dapat diperoleh informasi mengenai besaran – besaran sifat magnetik
sebagai akibat perubahan medan magnet luar yang digambarkan dalan kurva
histeresis, sifat magnetik bahan sebagai akibat perubahan suhu, dan sifat-sifat
magnetik sebagai fungsi sudut pengukuran atau kondisi anisotropik bahan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Peralatan VSM (Vibrating Sample Magnetometer) (P2F LIPI)
Salah satu keistimewaan VSM adalah merupakan vibratorelektrodinamik yang
dikontrol menggunakan arus balik. Sampel dimagnetisasi dengan medan magnet
homogen. Jika sampel bersifat
magnetik,
maka medan magnet
akan
memagnetisasi sampel dengan meluruskan domain magnet. Momen dipol magnet
sampel akan menciptakan medan magnet di sekitar sampel, yang biasa
disebut magnetic stray field. Ketika sampel bergetar, magnetic stray field dapat
ditangkap oleh coil. Medan magnet tersebar tersebut akan menginduksi medan
listrik dalam coil yang sebanding dengan momen magnetik sampel. Semakin
besar
momen magnetik, maka akan menginduksi arus yang semakin besar.
Dengan mengukur arus sebagai fungsi medan magnet luar, suhu maupun orientasi
sampel, berbagai sifat magnetik bahan dapat dipelajari. Dalam penelitian ini, nilai
magnetisasi diukur selain untuk mengetahui kemampuan magnetik nanosfer
yang dihasilkan juga untuk mendapatkan informasi komposisi nanosfer.
Karakterisasi sifat magnetik dengan VSM, data yang diperoleh dari karakterisasi
sifat magnet berupa kurva histeresis dengan sumbu x merupakan medan magnet
yang menginduksi sampel dalam satuan Tesla dan sumbu y merupakan
magnetisasi sampel dalam satuan emu/gram. (Thresya,2014)
2.10.4
Pengujian Kuat Tarik (Tensile Strength)
Uji tarik adalah salah satu uji tegangan-regangan mekanik yang bertujuan
mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dengan melakukan uji tarik kita
mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan
mengetahui sejauh mana material bertambah panjang. Bila kita terus menarik
suatu bahan sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap
berupa kurva. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan
perubahan panjang. Bentuk sampel uji secara umum digambarkan seperti Gambar
2.8 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Uji tarik ASTM D 412 Tipe D
Pengujian dilakukan sampai sampel uji patah, maka pada saat yang sama diamati
pertambahan panjang yang dialami sampel uji. Kekuatan tarik diukur dari
besarnya beban maksimum (Fmaks) yang digunakan untuk memutuskan atau
mematahkan spesimen bahan dengan luas awal A0. Umumnya kekuatan tarik
polimer lebih rendah dari baja 70 MPa. Hasil pengujian adalah grafik beban
versus perpanjangan (elongasi). Tegangan (ζ) :
(2.5)
Fmaks = Beban yang diberikan arah tegak lurus terhadap penampang spesimen (N)
A0 = Luas penampang mula-mula spesimen sebelum diberikan pembebanan (m2)
ζ = Enginering Stress (Nm-2)
Regangan (ε):
(2.6)
ε = Enginering Strain
= Panjang mula-mula spesimen sebelum pembebanan
Δl = Pertambahan panjang
Hubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan:
(2.7)
E = Modulus Elastisitas atau Modulus Young (Nm-2)
ζ = Enginering Stress (Nm-2)
ε = Enginering Strain
2.10.5 DTA/TG (Differential Thermal Analysis/Thermo Gravimetric)
DTA merupakan salah satu metode analisis termal untuk mengukur perubahan
kandungan panas (entalpi) suatu material terhadap suhu. Pada analisis DTA
sampel dan pembanding diberikan kalor dengan jumlah yang tetap. Pada saat
sampel mengalami perubahan termal, maka akan terjadi penyerapan atau
Universitas Sumatera Utara
pembebasan panas, maka akan terjadi perubahan suhu. Perbedaan suhu sampel
dan pembanding diukur secara kontinu seiring dengan waktu
∆T = Tsampel - Tpembanding
(2.8)
Kurva yang didapat merupakan plot antara suhu dengan perubahan panas. Pada
proses endotermik (penyerapan panas) maka akan menyebabkan kurva membelok
ke bawak (membentuk lembah), sedangkan pada proses eksotermik (pembebasan
panas) akan menyebabkan kurva membentuk puncak (Daniels, 1973)
Analisis TG berdasarkan pengukuran perubahan berat suatu material jika
temperatur dinaikkan secar linear. Hasil yang didapat berupa kurva termogram
temperatur dengan perubahan berat atau persen berat. Pengukuran dengan TGA
umumnya digunakan untuk mengetahui suhu optimum pengeringan zat pada
analisa gravimetri. Selain itu, analisis dengan TGA juga digunakan untuk
memperkirakan reaksi dekomposisi yang berlangsung selama pemanasan. Pada
penelitian ini, analisis DTA/TG digunakan untuk menentukan suhu kalsinasi serta
ttransformasifasa pada hasil mixing (Daniels, 1973).
Universitas Sumatera Utara