KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK DAN SERAPAN GELOMBANG MIKRO BARIUM M-HEKSAFERIT BaFe 12 O 19

Transkripsi

1 KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK DAN SERAPAN GELOMBANG MIKRO BARIUM M-HEKSAFERIT BaFe 12 O 19 NOER AF IDAH DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Darminto, MSc

2 Pendahuluan: Smart magnetic materials Barium M-Heksaferit BaFe 12 O 19 RAM (Radar Absorber Material) kopresipitasi Sealth technology (teknologi siluman)

3 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)

4 Tujuan penelitian: Pendahuluan: 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

5 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.

6 Tinjauan pustaka: Barium Heksaferit Tipe-M (BaFe 12 O 19 ) Tipe-W (BaMe 2 Fe 16 O 27 ) Tipe-X (Ba 2 Me 2 Fe 28 O 46 ) Tipe-Y (Ba 2 Me 2 Fe 12 O 22 ) Tipe-Z (Ba 2 Me 2 Fe 24 O 41 ) Me = bivalent transition metal ion

7 Tinjauan pustaka: Barium Heksagonal ferit (BaM) Tipe- M (BaFe 12 O 19 ) Koersifitas dan saturasi tinggi Magnet permanent Media peredam magnetik Ion O 2- Ion Ba 2+ Ion Fe 3+

8 Tinjauan pustaka: Bentuk pola difraksi sinar-x dari BaFe12O19

9 Tinjauan pustaka: Sifat kemagnetan bahan Kurva histerisis B Vs H Remanensi (B r /retentivitas) Medan koersifitas (H c ) B B Br B Hc H H H a b c

10 Tinjauan pustaka: Kurva hysterisis dari barium heksaferit hasil sintesis dengan metode microemulsion yang diuji pada temperatur 4,2 K dan 300 K (Koutzarova, 2005).

11 Tinjauan pustaka: Kemagnetan bahan Konfigurasi elektron Momen magnetik Spin tdk berpasangan 26Fe :3d 6 4S 2 Larangan Pauli Aturan Hund Fe 3+ : 3d 5

12 Tinjauan pustaka: Ion Konfigurasi elektron Jumlah elektron tak berpasangan Fe 2+ 3d 6 4 Fe 3+ 3d 5 5 Ni 2+ 3d 8 2 Ni 3+ 3d 7 3 Zn 2+ 3d 10 0

13 Tinjauan pustaka: BaFe 12 O 19 BaO.6Fe 2 O 3 38 O2-2 Ba2+ 24 Fe3+ 1 unit sel Ion magnetik Fe3+ (5 μb) 40 μb/unit sel 16 spin up 8 spin down R : (Ba 2+ Fe 3+ O 2- ) 2- S : (Fe 3+ O 8 2- ) 2+ * : rotasi thd sb heksahedral

14 Tinjauan pustaka: Sifat Kemagnetan Barium M-Heksaferit Heksagonal ferit Peningkatan permeabilitas NFMR (Natural ferromagnetic Resonance) dg frek 2,5 200 GHz Peningkatan penyerapan energi EM (20-30 db)

15 Tinjauan pustaka: Absorbsi Barium M-Heksaferit Ferit Permitivitas dan permeabilitas tinggi RAM Penyerap microwave Minimalisasi refleksi elektromagnetik Energi gelombang EM digunakan - Perubahan arah spin - Pergerakan batas domain

16 Tinjauan pustaka: Permitivitas ε dan permeabilitas μ Perilaku gel elektromagnetik Mandel shtam Refraksi negatif di media dg ε dan μ negatif left-handed material (LHM) sbg peredam gel Memperluas bandwidth menyerap dan mengurangi reflektifitas

17 Tinjauan pustaka: Reflection loss microwave pada sampel BaFe 12 O 19, BaFe 12 O 19 /PANI, BaTiO 3, BaTiO 3 /PANI

18 Metodologi penelitian: Sintesis + karakterisasi BaM Kemurnian fasa dan ukuran kristal < 100nm Sintesis BaFe12O19 Karakterisasi BaFe12O19 Metode Kopresipitasi VSM VNA Pemanasan suhu rendah Sifat kemagnetan bahan Serapan microwave bahan

19 Vibrating Sample Magnetometer: VSM Hukum induksi faraday Perubahan medan magnet medan listrik Sifat magnetik bahan Magnetisasi saturasi, remanensi, medan koersifitas Software origin Kurva Histerisis

20 Vector Network Analyzer: VNA Analisa gelombang 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)

21 Vector Network Analyzer: VNA tipe R3770 LIPI Bandung.

22 Vector Network Analyzer:

23 Diagram alir penelitian: Preparasi Bahan BaCO 3, FeCl 3.6H 2 O, NH 4 OH, HCl, Aquades Kopresipitasi Sintesis BaFe12O19 BaFe12O19 Serbuk orange kecoklatan Analisa dan Kesimpulan VSM Analisa Sifat Magnetik VNA Analisa serapan Microwave Sintering Suhu C, 1-2 jam

24 Hasil dan Pembahasan: Identifikasi Fasa Karakterisasi Kemagnetan Karakterisasi Serapan XRD VSM VNA

25 XRD: Gambar 4.1 Pola difraksi sinar-x sample yang dikalsinasi pada temperatur 85 0 C, C, dan C.

26 XRD: Gambar 4.2 Pola difraksi sinar-x sampel yang dikalsinasi pada temperatur C, C, dan C.

27 XRD: intensitas H M H M M M 300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam θ(derajat) Gambar 4.3 Pola difraksi sinar-x sample yang dikalsinasi pada temperatur C dengan variasi waktu penahanan 1 jam, 3 jam, dan 5 jam.

28 XRD: Tabel 4.1 Komposisi fasa hasil analisa data difraksi dengan menggunakan software Rietica Temperatur kalsinasi ( 0 C) GoF Fasa BaFe 12 O 19 (% Wt) Fasa α-fe 2 O 3 (% Wt) , 1 jam , 3 jam , 1 jam , 3 jam , 5 jam , 1jam , 5 jam , 1jam , 3 jam , 1 jam

29 VSM: Gambar 4.4 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur C selama 1 jam.

30 VSM: Gambar 4.5 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur C selama 3 jam.

31 VSM: Gambar 4.6 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur C selama 5 jam.

32 VSM: Kurva Histerisis Momen magnet (emu/gram) 0.8 Mr Hc Ms 300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam -1.2 Field (Tesla)

33 VSM: Tabel 4.2 Nilai magnetisasi saturasi, remanensi, dan koersivitas dari sampel yang telah dikalsinasi Temperatur kalsinasi Ms Mr Hc (Tesla) ( 0 C) (emu/gram) (emu/gram) 300, 1 jam , 3 jam , 5 jam

34 VNA: Rugi Refleksi (db) db 24.4 db 52.4 db 300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam Frekuensi ( x 0.1 GHz) Gambar 4.7 Karakteristik sifat serapan gelombang mikro dari sampel yang dikalsinasi pada temperatur C dengan variasi waktu penahanan selama 1 jam, 3 jam, dan 5 jam.

35 VNA: ( db) RL = 10log10 P i P r RL (db) P i P r : return loss dalam satuan db : daya dari gelombang yang datang : daya gelombang yang terpantulkan Penyerapan (%) = (Pi-Pr) x 100

36 VNA: Temperatur Kalsinasi Frekuensi RL (-db) ( 0 ) RL (GHz) Penyerapan (%) 300, 1 jam , 3 jam , 5 jam , 1 jam , 3 jam , 5 jam , 1 jam , 3 jam , 5 jam , 1 jam , 3 jam , 5 jam

37 KESIMPULAN: Dengan menggunakan metode kopresipitasi, fasa barium M-heksaferit (BaFe 12 O 19 ) 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 C selama 3 jam mengandung fasa barium M-heksaferit (BaFe 12 O 19 ) paling tinggi, yaitu sebesar %.

38 KESIMPULAN: Dari pengujian dengan menggunakan VSM, dari ketiga sampel yang mempunyai nilai magnetisasi remanensi (Mr) dan koersivitas (Hc) terbesar adalah sampel yang dikalsinasi pada C selama 3 jam, yakni masing- masing sebesar Mr emu/gram dan Hc 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.

39 Terima kasih