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:

Bentuk pola difraksi sinar-x dari BaFe12O19

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)

Vector Network Analyzer:

VNA tipe R3770 LIPI Bandung.

Vector Network Analyzer:

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

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 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.

Terima kasih