FABRIKASI DAN KARAKTERISASI KERAMIK Mg(Ti_1-xCr_x)O₃ SEBAGAI KANDIDAT MATERIAL DIELEKTRIK DALAM MODUL DIELECTRIC RESONATOR OSCILLATOR (DRO)

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF Mg(Ti1-xCrx)O3 CERAMICS AS CANDIDATE DIELECTRIC MATERIALS IN DIELECTRIC RESONATOR OSCILLATOR (DRO) MODULES

Keramik MgTiO₃ merupakan material dengan sifat dielektik baik sehingga berpotensi sebagai aplikasi sistem telekomunikasi pada gelombang mikro. Untuk mendapatkan material yang lebih baik lagi, dilakukan penambahan doping ion pada keramik MgTiO₃. Dengan demikian, pada penelitian ini dilakukan sintesis menggunakan metode pencampuran larutan dan fabrikasi keramik metode konvensional. Tujuannya adalah menganalisis struktur, mikrostruktur, permitivitas relatif (ε_r), dan karakteristik DRO keramik Mg(Ti_1-xCr_x)O₃ (x = 4; 5; 6% mol ion Cr⁴⁺ sebagai doping, selanjutnya disingkat MTC004; MTC005; MTC006) yang hasilnya di uji XRD, SEM-EDX, densitas bulk, VNA, dan Spectrum Analyzer. Ketiga keramik tersebut teridentifikasi fasa utama MgTiO₃ disertai fasa impuritas TiO₂ rutile dan MgO periclase (khusus MTC004). Pada keramik MTC004 dan MTC006 ditemukan indikasi terjadinya Thermal Diffuse Scattering ditandai dengan meningkatnya intensitas background dan turunnya intensitas puncak difraksi. Sedangkan, pada keramik MTC005 tidak ditemukan semua perubahan tersebut. Bertambahnya fraksi mol ion Cr⁴⁺ berpengaruh terhadap nilai %berat, %molar, parameter kisi, dan volume sel satuan fasa MgTiO_3, yaitu meningkat ketika MTC004 ke MTC005 kemudian turun pada MTC006. Uji SEM menunjukkan mikrostruktur keramik MTC005 terlihat lebih padat daripada keramik lainnya karena memiliki densitas bulk lebih besar (3,63 gr.cm^-3) dibandingkan dengan MTC004 (3,06 gr.cm^-3) dan MTC006 (2,60 gr.cm^-3). Uji EDX teridentifikasi unsur-unsur yang berasal dari bahan awal yaitu Mg, Ti, Cr, dan O. Nilai ε_r dari MTC004 (17,4), MTC005 (17,5), dan MTC006 (17,3). Sedangkan, frekuensi resonansi DRO ketiga keramik terekam pada frekuensi 3,3 GHz (S-band) masing-masing dengan narrow bandwidth pada orde kHz (57,90; 58,12 dan 58,02 kHz). Dengan demikian, ketiga keramik tersebut berpotensi sebagai kandidat material dielektrik dalam modul DRO pada frekuensi gelombang mikro.

MgTiO₃ ceramics are materials with good dielectric properties so that they have the potential for telecommunication system applications in microwaves. To obtain better materials, ion doping was added to MgTiO₃ ceramics. Thus, in this study, synthesis was carried out using the solution mixing method and conventional ceramic fabrication methods. The aim was to analyze the structure, microstructure, relative permittivity (εr), and DRO characteristics of Mg(Ti1-xCrx)O₃ ceramics (x = 4; 5; 6% mol of Cr⁴⁺ ions as doping, hereinafter abbreviated as MTC004; MTC005; MTC006) which were tested using XRD, SEM-EDX, bulk density, VNA, and Spectrum Analyzer. The three ceramics were identified as the main phase of MgTiO₃ accompanied by impurity phases of rutile TiO₂ and periclase MgO (specifically MTC004). In MTC004 and MTC006 ceramics, indications of Thermal Diffuse Scattering were found, which were marked by an increase in background intensity and a decrease in diffraction peak intensity. Meanwhile, in MTC005 ceramics, all of these changes were not found. The addition of Cr⁴⁺ ion mole fraction affected the % weight, % molar, lattice parameters, and unit cell volume of the MgTiO3 phase, which increased when MTC004 to MTC005 then decreased at MTC006. SEM test showed that the microstructure of MTC005 ceramics looked denser than other ceramics because it had a greater bulk density (3.63 gr.cm^-3) compared to MTC004 (3.06 gr.cm^-3) and MTC006 (2.60 gr.cm^-3). EDX test identified elements originating from the starting material, namely Mg, Ti, Cr, and O. The ε_r value of MTC004 (17.4), MTC005 (17.5), and MTC006 (17.3). Meanwhile, the resonance frequency of the third ceramic DRO is located at a frequency of 3.3 GHz (S-band) each with a narrow bandwidth of the order of kHz (57.90; 58.12 and 58.02 kHz). Thus, the third ceramic has the potential as a candidate for dielectric material in DRO modules at microwave frequencies.