KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK DAN SERAPAN GELOMBANG MIKRO BARIUM M-HEKSAFERIT BaFe 12 O 19 NOER AF’IDAH 1109201712 DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Darminto, MSc
KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK DAN SERAPAN GELOMBANG
MIKRO BARIUM M-HEKSAFERIT BaFe12O19
NOER AF’IDAH1109201712
DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Darminto, MSc
Pendahuluan:
Smart magnetic materials
RAM (Radar Absorber Material)
Sealth technology(teknologi siluman)
Barium M-HeksaferitBaFe12O19
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 serapangelombang mikro serbuk barium heksaferit yangdihasilkan dengan metode kopresipitasi pada suhu rendah
Rumusan Masalah:
Bagaimana cara mengkarakterisasi sifat magnetik serbukbarium heksaferit hasil kopresipitasi dengan menggunakanvibrating sampel magnetometer
Bagaimana karakterisasi sifat serapan gelombangmikro dari barium heksaferit yang dihasilkan denganmenggunakan vector network analyzer
Pendahuluan:
Batasan masalah:
Sintesis serbuk keramik barium ferit heksagonaldengan metode kopresipitasi.
Karakterisasi sifat kemagnetan bahan danserapan gel mikro dengan menggunakanvibrating sampel magnetometer danvector network analyzer.
Tinjauan pustaka:
Tipe-M (BaFe12O19)Tipe-W (BaMe2Fe16O27)Tipe-X (Ba2Me2Fe28O46)Tipe-Y (Ba2Me2Fe12O22)Tipe-Z (Ba2Me2Fe24O41)
Barium Heksaferit
Me = bivalent transition metal ion
Tinjauan pustaka:Barium Heksagonal ferit (BaM)
Tipe- M (BaFe12O19)
Magnet permanentMedia peredam magnetik
Ion Fe3+
Ion Ba2+
Ion O2-
Koersifitas dansaturasi tinggi
Tinjauan pustaka:
Sifat kemagnetanbahan
Kurva histerisisB Vs H
Remanensi (Br/retentivitas)Medan koersifitas (Hc)
H
cb
B
H
B
a
Br
Hc
B
H
Tinjauan pustaka:
Kurva hysterisis dari barium heksaferit hasil sintesis dengan metodemicroemulsion yang diuji pada temperatur 4,2 K dan 300 K
(Koutzarova, 2005).
Tinjauan pustaka:
Kemagnetanbahan
Konfigurasi elektron
Aturan HundLarangan
Pauli
Momenmagnetik
Spin tdkberpasangan
26Fe :3d6 4S2
Fe3+ : 3d5
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:
Ion magnetikFe3+ (5 μB)
BaFe12O19BaO.6Fe2O3
1 unit sel38 O2-
2 Ba2+
24 Fe3+
16 spin up8 spin down
40 μB/unit sel
R : (Ba2+Fe3+O2-)2-
S : (Fe3+O82-)2+
* : rotasi 1800 thd sb heksahedral
Tinjauan pustaka:
Sifat Kemagnetan Barium M-Heksaferit Heksagonal
ferit
NFMR(Natural ferromagnetic Resonance) dg frek 2,5 – 200
GHz
Peningkatanpermeabilitas
Peningkatanpenyerapan energi EM
(20-30 dB)
Tinjauan pustaka:
Absorbsi Barium M-Heksaferit
RAM Penyerapmicrowave Minimalisasi refleksi elektromagnetik
FeritPermitivitas dan permeabilitas tinggi
Absorbsi Barium M-Heksaferit
RAM Penyerapmicrowave Minimalisasi refleksi elektromagnetik
FeritPermitivitas dan permeabilitas tinggi
Energi gelombang EM digunakan- Perubahan arah spin- Pergerakan batas domain
Tinjauan pustaka:
Permitivitas ε danpermeabilitas μ
Perilaku gel elektromagnetik
Mandel’shtamRefraksi negatif dimedia dg ε dan μ
negatif
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
MetodeKopresipitasi
Sintesis BaFe12O19
Kemurnian fasadan ukuran
kristal < 100nm
KarakterisasiBaFe12O19
Pemanasansuhu rendah
VSM
VNA
Sifat kemagnetanbahan
Serapan microwave bahan
Vibrating Sample Magnetometer:
VSM Hukum induksifaraday
Perubahan medan magnet medan listrik
Sifat magnetikbahan
Kurva Histerisis
Magnetisasisaturasi, remanensi, medan koersifitas
Software origin
Vector Network Analyzer:
VNA Analisagelombang mikro
Parameter scattering bahan (10 MHz- 110 GHz)
VNA Bagian 1
DUT(Device Under Test)
Bagian 2
Teradiasi
Tertransmisi
Sinyal terefleksi : sinyal awal (S11)Sinyal tertransmisi : sinyal awal (S21)
Diagram alir penelitian:
Preparasi Bahan
BaCO3, FeCl3.6H2O, NH4OH, HCl, Aquades
Kopresipitasi
SintesisBaFe12O19
BaFe12O19
Serbuk orange kecoklatan
Sintering
Suhu 80-3000C, 1-2 jam
VSM
Analisa SifatMagnetik
VNA
Analisa serapanMicrowave
Analisa danKesimpulan
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 temperatur6000C, 7000C, dan 8000C.
XRD:
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
2θ(derajat)
inte
nsita
s 300, 1 jam300, 3 jam300, 5 jam
HMM
HM M
Gambar 4.3 Pola difraksi sinar-x sample yang dikalsinasi pada temperatur3000C dengan variasi waktu penahanan 1 jam, 3 jam, dan 5 jam.
XRD:
Temperatur
kalsinasi (0C)GoF Fasa BaFe12O19
(% Wt)
Fasa α-Fe2O3
(% 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 - √
Tabel 4.1 Komposisi fasa hasil analisa data difraksi dengan menggunakan software Rietica
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
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.4
0.8
-1 -0.5 0 0.5 1
Field (Tesla)
Mom
en m
agne
t (em
u/gr
am)
300, 1 jam 300, 3 jam300, 5 jam
MrHc
Ms
VSM:
Temperatur kalsinasi
(0C)
Ms
(emu/gram)
Mr
(emu/gram)
Hc (Tesla)
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
Tabel 4.2 Nilai magnetisasi saturasi, remanensi, dan koersivitas dari sampel yang telah dikalsinasi
VNA:
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200 250
Frekuensi ( x 0.1 GHz)
Rug
i Ref
leks
i (dB
)
300, 1 jam300, 3 jam300, 5 jam
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.
52.4 dB39.1 dB
24.4 dB
VNA:
( )r
i
PPdBRL 10log10=
RL (dB) : return loss dalam satuan dBPi : daya dari gelombang yang datangPr : daya gelombang yang terpantulkan
Penyerapan (%) = (Pi-Pr) x 100
Temperatur Kalsinasi
(0)
Frekuensi
RL (GHz)
RL (-dB) Penyerapan
(%)
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
VNA:
KESIMPULAN:
Dengan menggunakan metode kopresipitasi, fasa bariumM-heksaferit (BaFe12O19) mulai terbentuk pada suhurendah yakni pada saat pengeringan sampel.
Dari analisa data difraksi dengan menggunakan softwareRietica diketahui bahwa sampel yang dikalsinasi padatemperatur 3000C selama 3 jam mengandung fasa bariumM-heksaferit (BaFe12O19) paling tinggi, yaitu sebesar 89.33 %.
KESIMPULAN: Dari pengujian dengan menggunakan VSM, dari ketigasampel yang mempunyai nilai magnetisasi remanensi (Mr)dan koersivitas (Hc) terbesar adalah sampel yang dikalsinasipada 3000C selama 3 jam, yakni masing- masing sebesar Mr0.103 emu/gram dan Hc 0.058 Tesla.
Sampel yang dikalsinasi selama 3 jam mempunyai nilaireflection loss paling besar dibandingkan kedua sampel yanglain, yaitu sebesar 52.4 dB pada frekuensi 11 GHz.