KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK DAN SERAPAN GELOMBANG MIKRO BARIUM M-HEKSAFERIT BaFe 12 O 19 NOER AF IDAH 1109201712 DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Darminto, MSc
Pendahuluan: Smart magnetic materials Barium M-Heksaferit BaFe 12 O 19 RAM (Radar Absorber Material) kopresipitasi Sealth technology (teknologi siluman)
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)
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
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 (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
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+
Tinjauan pustaka: Bentuk pola difraksi sinar-x dari BaFe12O19
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
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 Spin tdk berpasangan 26Fe :3d 6 4S 2 Larangan Pauli Aturan Hund Fe 3+ : 3d 5
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
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 180 0 thd sb heksahedral
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)
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
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
Tinjauan pustaka: Reflection loss microwave pada sampel BaFe 12 O 19, BaFe 12 O 19 /PANI, BaTiO 3, BaTiO 3 /PANI
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
Vibrating Sample Magnetometer: VSM Hukum induksi faraday Perubahan medan magnet medan listrik Sifat magnetik bahan Magnetisasi saturasi, remanensi, medan koersifitas Software origin Kurva Histerisis
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)
Vector Network Analyzer: VNA tipe R3770 LIPI Bandung.
Vector Network Analyzer:
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 80-300 0 C, 1-2 jam
Hasil dan Pembahasan: Identifikasi Fasa Karakterisasi Kemagnetan Karakterisasi Serapan XRD VSM VNA
XRD: Gambar 4.1 Pola difraksi sinar-x sample yang dikalsinasi pada temperatur 85 0 C, 200 0 C, dan 300 0 C.
XRD: Gambar 4.2 Pola difraksi sinar-x sampel yang dikalsinasi pada temperatur 600 0 C, 700 0 C, dan 800 0 C.
XRD: intensitas H M H M M M 300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 2θ(derajat) Gambar 4.3 Pola difraksi sinar-x sample yang dikalsinasi pada temperatur 300 0 C 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 kalsinasi ( 0 C) GoF Fasa BaFe 12 O 19 (% Wt) Fasa α-fe 2 O 3 (% 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 300 0 C selama 1 jam.
VSM: Gambar 4.5 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur 300 0 C selama 3 jam.
VSM: Gambar 4.6 Kurva histerisis dari sampel hasil kopresipitasi yang dikalsinasi pada temperatur 300 0 C selama 5 jam.
VSM: Kurva Histerisis Momen magnet (emu/gram) 0.8 Mr Hc 0.4 0-1 -0.5 0 0.5 1-0.4-0.8 Ms 300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam -1.2 Field (Tesla)
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 0.68 0.024 0.018 300, 3 jam 0.53 0.103 0.058 300, 5 jam 0.69 0.058 0.026
VNA: 0-5 -10-15 Rugi Refleksi (db) -20-25 -30-35 -40-45 -50 39.1 db 24.4 db 52.4 db 300, 1 jam 300, 3 jam 300, 5 jam -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 300 0 C dengan variasi waktu penahanan selama 1 jam, 3 jam, dan 5 jam.
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
VNA: Temperatur Kalsinasi Frekuensi RL (-db) ( 0 ) RL (GHz) 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
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 300 0 C selama 3 jam mengandung fasa barium M-heksaferit (BaFe 12 O 19 ) 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 300 0 C 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