## Pencampuran dengan Attritor Mill pada Sintesis

## Mg 0,8 Zn 0,2 TiO 3
Sefrilita Risqi Adikaning Rani dan Suasmoro Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : suasm@its.ac.id Abstrak —Material Mg 0.8 Zn 0,2 TiO 3 disintesis menggunakan metode pencampuran attritor dengan variasi waktu milling 2 jam, 4 jam dan 6 jam. Hasil pencampuran dengan  attritor  menghasilkan  distribusi  ukuran  serbuk dalam  orde  submikronik.  Keseragaman  distribusi  ukuran serbuk  yang  tinggi  diperoleh  dari  serbuk  hasil  milling selama  6  jam  yaitu  sebesar  351,6  nm.  Kalsinasi  pada termperatur 950 o C untuk serbuk campuran yang dimilling 6  jam  memperlihatkan  terbentuknya  fasa  tunggal  dari (Mg/Zn)TiO 3 .  Analisa  dilakukan  dengan  menggunakan software match2.
Kata Kunci — Attritor, (Mg/Zn)TiO 3 , milling.

## I. PENDAHULUAN
plikasi  teknologi  mengalami  peningkatan  pesat ditandai dengan hasil penemuan teknologi komunikasi  yang  berbasis  gelombang  mikro. Aplikasi tersebut  dikembangkan  pada  teknologi  komunikasi seperti  sistem  telepon  seluler,  radar,  GPS,  dan  antena. Selain  itu,  juga  diterapkan  pada  multilayer  kapasitor[1]. Agar  dapat  bekerja  pada  gelombang  mikro  perangkat- perangkat  tersebut  harus  memenuhi  beberapa  spesifikasi yaitu memiliki nilai konstanta dielektrik (ԑ r ) yang tinggi, sehingga  mampu  diminiaturisasi  komponennya.  Selain itu,  perangkat  tersebut  harus  juga  memiliki  nilai  faktor kualitas (Q f ) yang tinggi agar mampu meningkatkan rasio frekuensi  terhadap noise. Selanjutnya,  perangkat  harus memiliki  nilai  koefisien  temperature  (σ f )  pada  frekuensi resonansi rendah  sebagai  penentu  stabilitas  frekuensi transmisi.  Salah  satu  material  yang  cocok  untuk memenuhi  spesifikasi  tersebut  salah  satunya  yaitu material MgTiO 3 [2].
Magnesium  titanat  (MgTiO 3 )  adalah  bahan  dengan struktur ilmenite yang  tersusun  dalam Hexagonal  Close Packing (HCP)  [3].  Dilaporkan  dari  penelitian  Ullah (2015)  MgTiO 3 memiliki  konstanta  dielektrik  ε r ~  17, koefisien  temperature  τ f =  -55  ppm/ 0 C  dan  mendekati nol,  dan  nilai  factor  quality Qxf ~  160.000  [4]. Magnesium  titanat  (MgTiO 3 )  dapat  disintesis  dengan menggunakan  berapa  metode.  Metode  untuk  sintesis MgTiO 3 diantaranya  yaitu  sol  gel  [5];[6],  metode kopresipitasi  [7];  [8],  metode wet  chemical  peroxide route [9], metode solid state [10]; [11]; dan pencampuran basah  ( wet  mixing )[1]  [12]  [13].  Metode  yang  paling sering dan paling mudah digunakan adalah metode solid state reaction .
Sintesis dengan menggunakan metode solid state dapat dilakukan  dengan  menggunakan  proses  mekanik.  Proses mekanik  suatu  proses  yang  membantu    penghancuran partikel menjadi pertikel dengan ukuran yang lebih kecil.
Proses penghancuran tersebut dilakukan tanpa mengurangi komponen penyusun dari padatan. Proses ini dapat dilakukan dengan menggunakan alat bantu milling seperti attritor  mill [14].  Attritor  mill  bekerja  dengan prinsip  mekanik  yang  dibantu  dengan  bola-bola berdiameter  kecil.  Mampu  bekerja  dalam  range kecepatan  100-1500rpm.  Besarnya  energi  mekanik  yang diberikan  mampu  menimbulkan  percepatan  pada  bola dan  gesekan  antar  bola  dan  serbuk  didalamnya.  Energi tumbukan  besar  dengan  menggunakan  bola  dengan diameter  kecil  dapat  memproduksi  serbuk  dengan ditribusi serbuk yang merata secara optimum[15].
Mengingat  kelebihan  dari  alat attritor  mill ,  Sintesis Mg 0,8 Zn 0,2 TiO 3 pada  penelitian  ini  dilakukan  dengan menggunakan  alat  milling attritor  mill. Tujuan  dari penelitan ini adalah untuk mengetahui efektifitas metode pencampuran dengan attritor mill tanpa mengurangi sifat dan  karakteristik  dari  (Mg/Zn)TiO 3. Diharapkan  pada penelitian  ini  (Mg/Zn)TiO 3 dapat  dibuat  dengan  mudah dengan  menggunakan  metode  pencampuran  dengan attritor.

## II. METODE PENELITIAN
Material  dielektrik  Mg 0,8 Zn 0,2 TiO 3 (MZT)  disintesis dengan  menggunakan  metode  reaksi  padat.  Metode reaksi  padat  dilakukan  dengan  cara  mencampurkan langsung dari oksida bahan. Bahan yang diperlukan pada sintesis ini antara lain; serbuk MgO, serbuk ZnO, serbuk TiO 2 dan  alkohol  96%.  Perhitungan  dilakukan  untuk mencapai  stoikiometri  Mg 0,8 Zn 0,2 TiO 3 .  Masing-masing serbuk diberikan perlakuan. Untuk serbuk ZnO dan TiO 2 dipanaskan  120 o C.  Karena  MgO  sifatnya  higroskopis maka  serbuk  MgO  dipanaskan  pada  temperatur  600 o C. MgO,  ZnO  dan  TiO 2 dicampur  dengan  menggunakan mediator attritor mill (ELEKTRIM MOTORS MACHINERY PRE L50) dan bola zirconia diameter 0,2 mm  pada  lingkungan  alkohol.  Perbadingan  massa  untuk komposisi  bahan,  bola  Zirconia  diameter  02mm,  dan alkohol  masing-masing  adalah  1:5:5/3.  Pencampuran dilakukan dengan berbagai variasi waktu milling 2 jam, 4 jam  dan  6  jam  pada  kecepatan  attritor  600rpm.  Untuk mendapatkan  serbuk  campuran  MgO+ZnO+TiO 3 ,  maka dilakukan penguapan alkohol  dengan  menggunakan rotary evaporator selama 1 jam.
Serbuk  hasil  pencampuran  2  jam,  4  jam  dan  6  jam selanjutnya  diuji  PSA  ( Particle  Size  Analyzer )  untuk mengetahui distribusi ukuran serbuk. Pengujian dilakukan  dengan  instrument  PSA  Malvern  Master  Size (Malvern  Instrument  Ltd,  Malvern).  Serbuk  dengan keseragaman  maksimum  kemudian  dikalsinasi  pada temperatur  750 o C,  850 o ,  dan  950 o C  pada  serbuk  hasil
A
campuran.  Pada  proses  sintering,  sampel  yang  single phase  dicampurkan  dengan  4mol%  Bi 2 O 3 agar  suhu sinternya  dapat  direduksi  secara  optimum  menjadi 1100 o C.  Preparasi sampel dalam bentuk pellet disiapkan untuk  proses  sintering.  Preparasi  diperoleh  dengan menekan  serbuk  hasil  campuran  (Mg/Zn)TiO 3 ditambah dengan 4mol% Bi 2 O 3 dengan cetakan berdiameter 13mm dan  tebal  mendekati  1mm  dibawah  tekanan  100MPa. Sintering dilakukan pada waktu tahan 4.
Karakterisasi  struktur  dilakukan dengan  menggunakan X-Ray  Diffactometer(XRD)  (Philips  X’Pert  MPD) dengan  radiasi  Cu  kα  (1.54058).  Identifikasi  fasa dilakukan  dengan  menggunkan  software  Match2  dan kuantitas  fasa  diperoleh  dari  Refinment  Rietvield. Karakteristik  sifat  listrik  dilakukan  dengan  Impedance Analyzer  (Solartron  SI  1260)  dengan  tegangan  1  V  dan range  frekuensi  0,1  Hz  sampai  dengan  32  MHz  pada temperature ruang.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Ukuran  butir  dari  masing-masing  serbuk  bahan  yang digunakan dalam proses sintesis Mg 0,8 Zn 0,2 TiO 3 biasanya tidak  sama.  Sehingga  perlu  dilakukan  penggerusan  agar ukuran  butir  serbuk  sama.  Penggerusan  pada  penelitian ini  dilakukan  dengan  menggunakan  alat attritor  mill dalam  lingkungan  alkohol.  Media  penggerus  dalam attritor  mill adalah  bola  zirconia  dengan  diameter 0.2mm.  Penggilingan  dilakukan  dengan  menggunakan variasi  waktu milling .  Variasi  waktu  yang  digunakan yaitu  2  jam,  4  jam  dan  6  jam.  Variasi  waktu milling dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui keseragaman ukuran  serbuk  dengan  menggunakan  teknik attritor milling .  Penggerusan  dilakukan  dengan  menggunakan kecepatan milling yang  kostan.  Kecepatan  yang digunakan dalam proses penggerusan dengan menggunakan attritor mill yaitu sebesar 600 rpm. Setelah melalui  proses  penggerusan  yaitu  menguapkan  alkohol. Penguapan  alkohol  dilakukan  dengan  tujuan  untuk menghasilkan serbuk hasil sintesis. Penguapan dilakukan dengan  menggunakan rotary  evaporation .  Setelah diuapkan maka diperoleh serbuk campuran hasil sintesis.
Proses selanjutnya yaitu pengukuran ditribusi partikel. Pengujian  dilakukan  pada  serbuk  hasil  sintesis  dengan variasi waktu milling yang berbeda.  Pengujian  distribusi partikel dilakukan dengan  pengujian PSA. Pengujian ini dilakukan  untuk  mengetahui  ditribusi  ukuran  partikel terhadap  pengaruh  variasi  waktu milling .    Distribusi ukuran partikel dilakukan dengan menggunakan instrumen  PSA Malvern  Master  Size (Malvern Instrument  Ltd,  Malvern).  Pengujian  PSA  dilakukan karena  dengan  pengukuran  ini  memiliki  beberapa kelebihan.  Pertama,  hasil  yang  didapat  lebih  akurat dalam  pengukuran  partikel.  Keakuratan  itu    dikarenakan partikel  dari  sampel  uji  didispersikan  kedalam  sebuah media  sehingga  ukuran  patikel  yang  terukur  merupakan partikel  tunggal.  Kedua,  hasil  dari  pengukuran  berupa distribusi,  sehingga  dapat  menggambarkan  keseluruhan kondisi sampel.
Gambar. 1. Distribusi Partikel Mg 0,8 Zn 0,2 TiO 3 dengan perbedaan waktu milling
Hasil  pengujian  PSA  menunjukkan  bahwa  sampel dengan  waktu milling 2  jam  belum  menunjukkan keseragaman  ukuran  yang  baik.  Karena  pada  sampel yang di milling selama 2 jam masih menunjukkan adanya tiga  populasi  berdasarkan  Gambar  1  Populasi  pertama menunjukkan  besarnya  ukuran  serbuk  yaitu  sebesar 396,058nm. Populasi kedua dari sampel yang di milling 2 jam yaitu sebesar 1106,435nm. Sedangkan pada populasi ketiga sebesar 5559,644nm. Waktu milling ditambah dari 2  jam  menjadi  4  jam.  Hasil  dari  sampel  yang  dimilling selama 4 jam memiliki dua populasi berdasarkan Gambar 1.  Sudah  tampak  lebih  baik  jika  dibandingkan  dengan sampel  yang  di milling selama  2  jam.  Populasi distribusi petama  mempunyai  ukuran  serbuk  sebesar  473,5nm dengan  intensitas  98.8%.  Populasi  distribusi  yang  kedua yaitu  sebesar  5190  dengen  intensitas  1,2%.  Berdasarkan hasil yang didapat, dari waktu 2 jam ditambah sampai 4 jam  terjadi  penurunan  intensitas  dari  populasi  distribusi ukuran partikel. Selanjutnya, pengukuran dilakukan pada serbuk bahan dengan variasi waktu milling selama 6 jam. Serbuk bahan yang dicampur dengan waktu milling yang semakin lama yaitu dengan waktu 6 jam didapatkan hasil distribusi  rata-rata  ukuran  partikel  mencapai  351,6  nm dengan  intensitas  100%.  Artinya,  partikel  terdistribusi merata  pada  ukuran  351,6nm.  Jika  melihat  Gambar  1 secara keseluruhan reduksi ukuran yang paling optimum dalam  membentuk  keseragaman  distribusi  patikel  yakni dengan waktu 6 jam.
Perbedaan  distribusi  ukuran  partikel  dipengaruhi  oleh banyaknya  energi  mekanik  yang  diberikan  pada  bola- bola  dalam milling sehingga  timbul  percepatan. Percepatan  dari  bola  akan  menimbulkan  gesekan  antara bola-bola dan juga bola dengan serbuk yang ada didalam. Karena  bola  dan  serbuk  terperangkap  dalam  ruang  yang sempit  maka  akan  timbul  gerak  relatif  diantara  partikel- partikel  yang  ada  dalam  ruang  itu.  Sehingga,  semakin lama  proses milling maka  reduksi  partikel  berlangsung semakin lama. Jadi, dengan waktu milling yang semakin lama,  keseragaman  distribusi  ukuran  partikel  akan semakin optimum terbentuk.
Kalsinasi  pada  serbuk  campuran  dilakukan  untuk menentukan  fasa  apa  saja  yang  terbentuk  setelah  proses pencampuran. Analisa fasa dilakukan dengan menggunkan  software  Match2.    Hasil  yang  paling optimum  dari  proses  pencampuran  yaitu  dengan  lama waktu  milling  6  jam  dikalsin  pada  temperatur  750 o C, 850 o C  dan  950 o C  untuk  mendapatkan  fasa  tunggal
menghasilkan  fasa  tunggal  dari  (Mg/Zn)TiO 3 hasi karakterisasi XRD ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar. 2. Pola difraksi hasil kalsinasi pada sampel campuran  dengan milling 6 jam dan kalsinasi 750 o C, 850 o C, dan  950 o C 4 jam. (keterangan: o=(Mg/Zn)TiO 3 , *=TiO 2(rutile) # = Mg 2 TiO 5 ).
Berdasarkan  Gambar  2  Pola  difraksi  hasil  kasinasi serbuk campuran selanjutnya dianalisa dengan menggunakan software Match2. Anilisis dengan menggunakan  Match2  dilakukan  untuk  mengetahui  fasa apa  saja  yang  terbentuk  dari  proses  kalsinasi.  Gambar  2 terlihat  pada  kalsinasi  dengan  temperatur  750 o C  sudah terbentuk fasa (Mg/Zn)TiO 3 namun masih ada fasa yang lain  yang  tidak  diinginkan  yaitu  MgO  dan  TiO 2 . Selanjunya  temperatur  kalsinasi  ditingkatkan  dengan 850 o C. Pada temperatur kalsinasi 850 o C sudah terbentuk fasa utama (Mg/Zn)TiO 3 namun terbentuk fasa sekunder dari  Mg 2 TiO 5 .  Ketika  temperetur  kalsinasi  dinaikkan menjadi 950 o C, didapatkan fasa tunggal dari (Mg/Zn)TiO 3 .  Berdasarkan  analisa  fasa  hasil  XRD diperoleh  fasa  tunggal  (Mg/Zn)TiO 3 yaitu  pada  sampel dengan  waku  milling  selama  6  jam  dan  kalsinasi  pada temperatur 950 o C.

## IV. KESIMPULAN
Pencampuran dengan attritor pada sintesis Mg 0,8 Zn 0,2 TiO 3 dapat  menghasilkan  serbuk  dengan keseragaman tinggi membentuk ukuran serbuk submikronik.  Keseragaman  distribusi  ukuran  serbuk rata-rata sebesar 351,6 nm dengan lama waktu milling 6 jam dengan kecepatan 600 rpm 2.   Fasa tunggal (Mg/Zn)TiO 3 diperoleh  melalui  proses  milling  selama  6 jam dan kalsinasi pada temperatur 950 o C selama 4 jam.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  S.R.  Rani  mengucapkan  terimakasih  kepada Direktorat  Pendidikan  Tinggi  yang  telah  memberikan dukungan finansial melalui pendanaan PKM tahun 2015.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M. Saukani and S. Suasmoro, “Characterization of Mg0.  8Zn0.  2TiO3  Prepared  via  Liquid  Phase Sintering,” in Advanced Materials Research , 2015, vol. 1112, pp. 11–14
[2] M.  Zhang,  L.  Li,  W.  Xia,  and  Q.  Liao,  “Structure and properties analysis for MgTiO3 and (Mg0.97M0.03)TiO3  (M  =  Ni,  Zn,  Co  and  Mn)
microwave dielectric materials,” J.  Alloys  Compd. , vol. 537, pp. 76–79, Oct. 2012.
[3] H.  J.  Jo,  J.  S.  Kim,  and  E.  S.  Kim,  “Microwave dielectric  properties  of  MgTiO3-based  ceramics,” Ceram. Int. , vol. 41, Supplement 1, pp. S530–S536,
Jul. 2015.
[4] A. Ullah, Y. Iqbal, T. Mahmood, A. Mahmood, A. Naeem, and M. Hamayun, “Kinetic analysis on the synthesis of Mg0.95Zn0.05TiO3 microwave dielectric ceramic by polymeric precursor method,” Ceram.  Int. ,  vol.  41,  no.  10,  Part  B,  pp.  15089– 15096, Dec. 2015.
[5] H. T.  Wu,  Y. S.  Jiang,  Y. J.  Cui, X.  H.  Zhang,  X. Jia, and Y. L. Yue, “Improvements in the Sintering Behavior  and  Microwave  Dielectric  Properties  of Geikielite-Type  MgTiO3  Ceramics,” J.  Electron. Mater. , vol. 42, no. 3, pp. 445–451, Dec. 2012.
[6] K.  P.  Surendran,  A.  Wu,  P.  M.  Vilarinho,  and  V. M.  Ferreira,  “Sol−Gel  Synthesis  of  Low-Loss MgTiO3  Thin  Films  by  a  Non-Methoxyethanol Route,” Chem.  Mater. ,  vol.  20,  no.  13,  pp.  4260– 4267, Jul. 2008.
[7] H.  Cheng,  B.  Xu,  and  J.  Ma,  “Preparation  of MgTiO3 by an improved chemical co-precipitation method,” J.  Mater.  Sci.  Lett. ,  vol.  16,  no.  19,  pp. 1570–1572, Oct. 1997.
[8] G.  Parthasarathy  and  S.  V.  Manorama,  “A  novel method  for  synthesizing  nano-crystalline  MgTiO3 geikielite,” Bull. Mater. Sci. , vol. 30, no. 1, pp. 19– 21, Feb. 2008.
[9] G.  Pfaff,  “Peroxide  route  for  synthesis  of magnesium titanate powders of various compositions,” Ceram. Int. , vol. 20, no. 2, pp. 111– 116, Jan. 1994.
[10] X.  Zhou,  Y.  Yuan,  L.  Xiang,  and  Y.  Huang, “Synthesis  of  MgTiO3  by  solid  state  reaction  and characteristics  with  addition,” J.  Mater.  Sci. ,  vol. 42, no. 16, pp. 6628–6632, May 2007.
[11] J.  B.  Huang,  B.  Yang,  C.  Y.  Yu,  G.  F.  Zhang,  H. Xue, Z. X. Xiong, G. Viola, R. Donnan, H. X. Yan, and  M.  J.  Reece,  “Microwave  and  terahertz dielectric properties of MgTiO3–CaTiO3 ceramics,” Mater. Lett. , vol. 138, pp. 225–227, Jan. 2015.
[12] F.  U.  Ermawati,  S.  Pratapa,  S.  Suasmoro,  T. Hübert, and U. Banach, “Preparation and structural study  of  Mg1−x  Zn  x  TiO3  ceramics  and  their dielectric  properties  from  1  Hz  to  7.7  GHz,” J. Mater.  Sci.  Mater.  Electron. ,  vol.  27,  no.  7,  pp. 6637–6645, Mar. 2016.
[13] R.  Angela  and  S.  Pratapa,  “Sintesis  MgTiO3 dengan Variasi
Temperatur
Kalsinasi
Menggunakan  Metode  Pencampuran  Larutan,” J. Sains  Dan  Seni  ITS ,  vol.  1,  no.  1,  pp.  B73–B75, 2012.
[14] K.  A.  Gavhane, Unit  Operations-i  Fluid  Flow  and Mechanical Operations . Nirali Prakashan, 2009.
[15] R.  A.  Varin,  T.  Czujko,  and  Z.  S.  Wronski, Nanomaterials  for  Solid  State  Hydrogen  Storage . Springer Science & Business Media, 2009.