KARAKTERISASI SIFAT MAGNETIK DAN SERAPAN GELOMBANG ...

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:


VSM:


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