Article Details

PERAN DOPING GADOLINIUM DALAM GARNET FERIT GD3XY3(1-X)FE5O12 MELALUI PEMODELAN KONVERSI FASA SEBAGAI BASIS RESPON MICROWAVE

Oleh   Handoko Subawi [32119002]
Kontributor / Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Syoni Soepriyanto, M.Sc.;Dr. Bambang Prijamboedi, M.Eng.;Dr.Eng. Akhmad Ardian Korda, S.T., M.T.;
Jenis Koleksi : S3-Disertasi
Penerbit : FTTM - Rekayasa Pertambangan
Fakultas : Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan (FTTM)
Subjek :
Kata Kunci : gadolinium, insertion loss, konversi fasa, respon microwave, yttrium iron garnet
Sumber :
Staf Input/Edit : Resti Andriani  
File : 8 file
Tanggal Input : 21 Jun 2022

Penelitian garnet ferit berbasis yttrium iron garnet (YIG) ini dipilih karena garnet YIG berperan penting sebagai komponen sirkulator pada peralatan radar dan telekomunikasi microwave. Meskipun garnet YIG menunjukkan hasil positif dalam uji respon microwave, namun dinilai belum memuaskan sehingga perlu upaya perbaikan. Pemahaman tentang kondisi sintering diperlukan untuk mengetahui manfaatnya terhadap pembentukan fasa dominan. Tahapan reaksi sintering YIG dengan doping unsur tanah-jarang perlu dikonfirmasi melalui pemodelan konversi fasa untuk mengetahui pola efektif pembentukan fasa dominan ferit. Unsur tanah-jarang yang dipilih dalam riset ini adalah gadolinium dimana memiliki tujuh elektron tak-berpasangan. Doping gadolinium ini digunakan sebagai dasar respon microwave dengan manfaat mampu mereduksi insertion loss secara signifikan. Pengerjaan eksperimen dilakukan dengan memperhatikan beberapa faktor sebelum dan selama proses sintering. Metode penyiapan sampel diawali pengaturan komposisi antara Fe2O3, Y2O3 dan Gd2O3 kualitas > 99% (pure grade) menggunakan timbangan digital. Campuran senyawa tersebut lalu dikompaksi hidrolik secara pengepresan kering, sebelum dilakukan proses sintering di dalam furnace. Senyawa solid oksida kemurnian tinggi dengan ukuran kecil dan seragam memudahkan tahap kompaksi hidrolik dalam pembentukan pelet hijau. Indikator kerapatan sampel didasarkan atas parameter densifikasi, sedangkan morfologi fasa yang muncul dalam struktur mikro berdasarkan foto yang diperoleh menggunakan mikroskop optik dan SEM. Kondisi operasi sintering diatur supaya diperoleh ferit fasa dominan, dengan memperhatikan informasi yang diperoleh dari data literatur. Penerapan suhu dan waktu sintering yang tepat memudahkan pembentukan fasa dominan dan mengantisipasi kehadiran fasa sekunder. Reaksi sintering fasa dominan membuat mekanisme reaksi senyawa lebih sederhana karena tidak melibatkan reaksi fasa sekunder. Tahapan reaksi selama proses sintering dikonfirmasi melalui pemodelan konversi fasa untuk memastikan capaian pembentukan fasa dominan ferit. Potensi kehadiran fasa sekunder dan fasa pengotor yang tidak dikehendaki, diidentifikasi dari difraktogram X-RD. Karakteristisasi magnetik dari hysteresis loop diperoleh dari pengujian Remacomp. Kinerja respon microwave diprediksi secara teoritikal didasarkan komposisi doping gadolinium terhadap YIG. Nilai insertion loss dari hasil perhitungan tersebut divalidasi melalui uji respon microwave menggunakan vector network analyzer. Analisis X-RD mengidentifikasi sampel percobaan sebagai produk fasa dominan, dimana doping gadolinium mempercepat pembentukan fasa dominan. Foto optical microscope (OM) dan SEM menunjukkan tampilan permukaan sampel setelah sintering, sedangkan tingkat kepadatan diidentifikasi melalui parameter densifikasi. Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh nilai YIG sebesar 73,3% (> 70%). Riset ini membuktikan bahwa shrinking core model sebagai pemodelan konversi fasa paling cocok menjelaskan peran doping gadolinium dalam Gd3xY3(1-x)Fe5O12, dimana reaksi sintering tersebut berlangsung dua tahap melalui pembentukan perovskite yang tidak-stabil. Uji respon microwave terhadap Gd3xY3(1-x)Fe5O12 dengan doping gadolinium 14,3–25,3% mol menghasilkan nilai insertion loss mendekati nol. Hal ini sesuai dengan hasil pengukuran insertion loss YIG (Gd 15% mol) sebesar 0,24 dB. Nilai insertion loss ini menunjukkan perbaikan sangat signifikan dibandingkan kinerja respon microwave yttrium iron garnet murni (tanpa doping gadolinium) dengan nilai rata-rata 5,51 dB. Secara keseluruhan, riset ini membuktikan doping gadolinium berperan penting dalam meningkatkan kinerja respon microwave senyawa yttrium iron garnet.