KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK DAN SERAPAN GELOMBANG MIKRO BARIUM M-HEKSAFERIT BaFe12O19 NOER AF’IDAH 1109201712
DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Darminto, MSc
Pendahuluan: Barium M-Heksaferit BaFe12O19
Smart magnetic materials
RAM (Radar Absorber Material)
Sealth technology (teknologi siluman)
kopresipitasi
Pendahuluan: Mekanisme tak terdeteksinya objek oleh radar: Obyek/pesawat dirancang dengan geometri bersudut radar absorbing structure (RAS)
Badan pesawat terlapisi oleh bahan penyerap gelombang radar atau radar absorber materials (RAM)
Pendahuluan: Tujuan penelitian: untuk mengkarakterisasi sifat magnetik dan serapan gelombang mikro serbuk barium heksaferit yang dihasilkan dengan metode kopresipitasi pada suhu rendah
Rumusan Masalah: Bagaimana cara mengkarakterisasi sifat magnetik serbuk barium heksaferit hasil kopresipitasi dengan menggunakan
vibrating sampel magnetometer Bagaimana karakterisasi sifat serapan gelombang mikro dari barium heksaferit yang dihasilkan dengan menggunakan vector network analyzer
Pendahuluan: Batasan masalah: Sintesis serbuk keramik barium ferit heksagonal dengan metode kopresipitasi. Karakterisasi sifat kemagnetan bahan dan serapan gel mikro dengan menggunakan vibrating sampel magnetometer dan vector network analyzer.
Tinjauan pustaka: Barium Heksaferit Tipe-M (BaFe12O19) Tipe-W (BaMe2Fe16O27) Tipe-X (Ba2Me2Fe28O46) Tipe-Y (Ba2Me2Fe12O22) Tipe-Z (Ba2Me2Fe24O41) Me = bivalent transition metal ion
Tinjauan pustaka: Barium Heksagonal ferit (BaM)
Tipe- M (BaFe12O19) Koersifitas dan saturasi tinggi
Magnet permanent Media peredam magnetik
Ion O2Ion Ba2+ Ion Fe3+
Tinjauan pustaka:
Bentuk pola difraksi sinar-x dari BaFe12O19
Tinjauan pustaka: Sifat kemagnetan bahan
Kurva histerisis B Vs H
Remanensi (Br/retentivitas) Medan koersifitas (Hc)
B
B
Br
B
Hc
H
H
a
b
H
c
Tinjauan pustaka:
Kurva hysterisis dari barium heksaferit hasil sintesis dengan metode microemulsion yang diuji pada temperatur 4,2 K dan 300 K (Koutzarova, 2005).
Tinjauan pustaka: Kemagnetan bahan
Konfigurasi elektron
Momen magnetik Larangan Pauli Spin tdk berpasangan 26Fe :3d6 4S2 Fe3+ : 3d5
Aturan Hund
Tinjauan pustaka: Ion
Konfigurasi elektron
Jumlah elektron tak berpasangan
Fe2+
3d6
4
Fe3+
3d5
5
Ni2+
3d8
2
Ni3+
3d7
3
Zn2+
3d10
0
Tinjauan pustaka: BaFe12O19
BaO.6Fe2O3 1 unit sel
38 O22 Ba2+ 24 Fe3+
Ion magnetik Fe3+ (5 μB) 16 spin up 8 spin down 40 μB/unit sel R : (Ba2+Fe3+O2-)2S : (Fe3+O82-)2+ * : rotasi 1800 thd sb heksahedral
Tinjauan pustaka: Sifat Kemagnetan Barium M-Heksaferit
Peningkatan permeabilitas
Peningkatan penyerapan energi EM (20-30 dB)
Heksagonal ferit
NFMR (Natural ferromagnetic Resonance) dg frek 2,5 – 200 GHz
Tinjauan pustaka: Absorbsi Barium M-Heksaferit Ferit
RAM
Penyerap microwave
Energi gelombang EM digunakan - Perubahan arah spin - Pergerakan batas domain
Permitivitas dan permeabilitas tinggi
Minimalisasi refleksi elektromagnetik
Tinjauan pustaka: Permitivitas ε dan permeabilitas μ
Mandel’shtam
Refraksi negatif di media dg ε dan μ negatif
Perilaku gel elektromagnetik
left-handed material (LHM) sbg peredam gel
Memperluas bandwidth menyerap dan mengurangi reflektifitas
Tinjauan pustaka: Reflection loss microwave pada sampel BaFe12O19, BaFe12O19/PANI, BaTiO3, BaTiO3/PANI
Metodologi penelitian: Sintesis + karakterisasi BaM Sintesis BaFe12O19
Metode Kopresipitasi
Kemurnian fasa dan ukuran kristal < 100nm
Pemanasan suhu rendah
VSM
Sifat kemagnetan bahan
VNA
Serapan microwave bahan
Karakterisasi BaFe12O19
Vibrating Sample Magnetometer: VSM
Sifat magnetik bahan
Kurva Histerisis
Hukum induksi faraday
Magnetisasi saturasi, remanensi, medan koersifitas
Perubahan medan magnet
Software origin
medan listrik
Vector Network Analyzer: VNA
Analisa gelombang mikro
Parameter scattering bahan (10 MHz- 110 GHz)
DUT (Device Under Test)
VNA
Teradiasi
Bagian 1 Bagian 2
Sinyal terefleksi : sinyal awal (S11) Sinyal tertransmisi : sinyal awal (S21)
Tertransmisi
Vector Network Analyzer:
VNA tipe R3770 LIPI Bandung.
Vector Network Analyzer:
Diagram alir penelitian: Preparasi Bahan BaCO3, FeCl3.6H2O, NH4OH, HCl, Aquades
Analisa dan Kesimpulan
Kopresipitasi
BaFe12O19
Sintesis BaFe12O19
Serbuk orange kecoklatan
VSM Analisa Sifat Magnetik
Sintering Suhu 80-3000C, 1-2 jam
VNA Analisa serapan Microwave
Hasil dan Pembahasan: Identifikasi Fasa
XRD
Karakterisasi Kemagnetan
VSM
Karakterisasi Serapan
VNA
XRD:
Gambar 4.1 Pola difraksi sinar-x sample yang dikalsinasi pada temperatur 850C, 2000C, dan 3000C.
XRD:
Gambar 4.2 Pola difraksi sinar-x sampel yang dikalsinasi pada temperatur 6000C, 7000C, dan 8000C.
intensitas
XRD:
300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam H M
15
20
25
30
35
40
M
H
45
50
55
M
60
M
65
70
2θ(derajat)
Gambar 4.3 Pola difraksi sinar-x sample yang dikalsinasi pada temperatur 3000C dengan variasi waktu penahanan 1 jam, 3 jam, dan 5 jam.
XRD:
Tabel 4.1 Komposisi fasa hasil analisa data difraksi dengan menggunakan software Rietica Temperatur
GoF
kalsinasi (0C)
Fasa BaFe12O19
Fasa α-Fe2O3
(% Wt)
(% Wt)
85
4.167
5.21
94.79
200, 1 jam
2.147
65.34
34.66
200, 3 jam
3.776
64.62
35.38
300, 1 jam
2.488
86.61
13.39
300, 3 jam
2.829
89.33
10.67
300, 5 jam
3.629
67.89
32.11
600, 1jam
1.425
-
√
600, 5 jam
1.483
-
√
700, 1jam
1.186
-
√
700, 3 jam
1.167
-
√
800, 1 jam
1.178
-
√
VSM:
Gambar 4.4 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur 3000C selama 1 jam.
VSM:
Gambar 4.5 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur 3000C selama 3 jam.
VSM:
Gambar 4.6 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur 3000C selama 5 jam.
VSM: Kurva Histerisis Ms Momen magnet (emu/gram)
0.8 Mr Hc
0.4 0
-1
-0.5
0 -0.4 -0.8 -1.2 Field (Tesla)
0.5
1
300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam
VSM: Tabel 4.2 Nilai magnetisasi saturasi, remanensi, dan koersivitas dari sampel yang telah dikalsinasi
Temperatur kalsinasi
Ms
Mr
(0C)
(emu/gram)
(emu/gram)
300, 1 jam
0.68
0.024
0.018
300, 3 jam
0.53
0.103
0.058
300, 5 jam
0.69
0.058
0.026
Hc (Tesla)
VNA: 0 -5 -10
Rugi Refleksi (dB)
-15 -20
24.4 dB
-25
300, 1 jam
-30
300, 3 jam
-35
300, 5 jam
-40 -45
39.1 dB
-50
52.4 dB
-55 -60 0
50
100
150
200
250
Frekuensi ( x 0.1 GHz)
Gambar 4.7 Karakteristik sifat serapan gelombang mikro dari sampel yang dikalsinasi pada temperatur 3000C dengan variasi waktu penahanan selama 1 jam, 3 jam, dan 5 jam.
VNA: RL(dB ) = 10 log10 RL (dB) Pi Pr
Pi Pr
: return loss dalam satuan dB : daya dari gelombang yang datang : daya gelombang yang terpantulkan
Penyerapan (%) = (Pi-Pr) x 100
VNA: Temperatur Kalsinasi
Frekuensi
RL (-dB)
Penyerapan
(0)
RL (GHz)
300, 1 jam
4
9.04
87.50
300, 3 jam
4
14.3
96.28
300, 5 jam
4
7.82
83.40
300, 1 jam
6
19.6
98.90
300, 3 jam
6
24.3
99.62
300, 5 jam
6
16.3
97.66
300, 1 jam
11
39.1
99.98
300, 3 jam
11
52.4
99.99
300, 5 jam
11
24.4
99.63
300, 1 jam
18
30.7
99.91
300, 3 jam
18
21.5
99.29
300, 5 jam
18
13.5
95.53
(%)
KESIMPULAN: Dengan menggunakan metode kopresipitasi, fasa barium M-heksaferit (BaFe12O19) mulai terbentuk pada suhu rendah yakni pada saat pengeringan sampel. Dari analisa data difraksi dengan menggunakan software Rietica diketahui bahwa sampel yang dikalsinasi pada temperatur 3000C selama 3 jam mengandung fasa barium M-heksaferit (BaFe12O19) paling tinggi, yaitu sebesar 89.33 %.
KESIMPULAN: Dari pengujian dengan menggunakan VSM, dari ketiga sampel yang mempunyai nilai magnetisasi remanensi (Mr) dan koersivitas (Hc) terbesar adalah sampel yang dikalsinasi pada 3000C selama 3 jam, yakni masing- masing sebesar Mr 0.103 emu/gram dan Hc 0.058 Tesla. Sampel yang dikalsinasi selama 3 jam mempunyai nilai reflection loss paling besar dibandingkan kedua sampel yang lain, yaitu sebesar 52.4 dB pada frekuensi 11 GHz.
Terima kasih
