sintesis dan simulasi atomik oksida aurivillius

PendahuluanPendahuluanOksida Aurivillius merupakan senyawa

struktur berlapis terdiri atas lapisan perovskit (lapisan [An-1BnO3n+1]

2-) dan lapisan [Bi2O2]

2+. Kation A merupakan atom berukuran

besar, mempunyai koordinasi dodekahedral.

Kation B merupakan unsur transisi dengan koordinasi oktahedral

n adalah jumlah oktahedral pada lapisan perovskit (1 < n < 5)

Struktur Oksida Struktur Oksida AurivilliusAurivillius

AplikasiAplikasiMaterial Feroelektrik sebagai

penyimpan memori Fe-RAM (ferroelectric non-volatile memories)

Kapasitor Piezoelektrik Konduktor Katalis Material Magnetik

Tujuan PenelitianTujuan Penelitian

Untuk mengetahui sifat magnetik oksida Aurivillius Sr2Bi4Ti5-xFexO18 dengan x =

0,25; 0,5; 0,75 dan 1.Untuk membandingkan data hasil

eksperimen menggunakan XRD dengan simulasi atomic menggunakan software GULP

Metode PercobaanMetode Percobaan Metode Solid State Karakterisasi difraksi sinar-X serbuk,

dengan difraktometer sinar-X PW1710, radiasi Cu – Kα.

Pola difraksi dianalisis dengan menggunakan metode Le Bail program Rietica.

Sifat magnetik diukur dengan Magnetic Susceptibility Balance (MSB)

Simulasi Atomik GULP

Metode Solid StateMetode Solid StateBi2O3 SrCO3 TiO2 Fe2O3

Sr2Bi4Ti5-xFexO18

•Ditimbang sesuai dengan komposisi stoikiometri oksida target•Dicampur, ditambahkan aseton p.a.•Digerus dengan menggunakan mortar agate

Campuran Bi2O3, SrCO3, TiO2, dan Fe2O3

•Dimasukkan ke dalam krus alumina•Dibakar pada suhu 850°C, 950°C dan 1100°C selama 24 Jam secara bertahap•Digerus ulang pada setiap selesai tahap pembakaran setelah didinginkan

Hasil dan PembahasanHasil dan Pembahasan

Oksida Aurivillius yang disintesis dalam penelitian ini adalah Sr2Bi4Ti4,75Fe0,25O18,

Sr2Bi4Ti4,5Fe0,5O18, Sr2Bi4Ti4,25Fe0,75O18, dan

Sr2Bi4Ti4FeO18

Pola difraksi sinar-X nya khas untuk fasa aurivillius

Difraksi Sinar-X oksida Sr2Bi4Ti4FeO18

0200400600800

100012001400160018002000

15 35 55 75 95

2

Co

un

t

Difraksi Sinar-X oksida Sr2Bi4Ti4.25Fe0.75O18

0

500

1000

1500

2000

2500

15 35 55 75 95

2 (°)

Co

un

t

Difraksi Sinar-X oksida Sr2.125Bi4Ti4.5Fe0.5O18

0200

400600

80010001200

14001600

18002000

15 35 55 75 95

2 (°)

Co

un

t

Difraksi Sinar-X oksida Sr2.25Bi4Ti4.75Fe0.25O18

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

15 35 55 75 95

2 (°)

Co

un

t

Parameter Hasil Parameter Hasil RefinementRefinement

Parameter Sel

SBT SBTF-1 SBTF-2 SBTF-3 SBTF-4

Space Grup

B2cb B2cb B2cb B2cb B2cb

a (Å) 5,4647(2) 5,621(1) 5,533(7) 5,565(5) 5,542(8)

b (Å) 5,4625(2) 5,492(9) 5,464(7) 5,491(9) 5,474(9)

c (Å) 48,8515(7) 49,78(4) 48,595(2) 49,097(1) 48,947(1)

Rp (%) 4,67 6,30 6,07 5,86 5,48

Rwp (%) 6,06 8,76 8,77 7,69 7,18

χ2 1,43 0,352 0,534 0,348 0,245

Z 4 4 4 4 4

SBT = Sr2Bi4Ti5O18 [1], SBTF-1 = Sr2Bi4Ti4FeO18, SBTF-2 = Sr2Bi4Ti4,25Fe0,75O18,

SBTF-3 = Sr2Bi4Ti4,5Fe0,5O18, dan SBTF-4 = Sr2Bi4Ti4,75Fe0,25O18

Plot Le BailPlot Le Bail

Plot Le Bail Sr2Bi4Ti4FeO18 Rp = 6.393 Rwp = 9.954 χ2 = 0.452


Plot Le Bail Sr2Bi4Ti4.25Fe0.75O18

Rp = 6.397 Rwp = 8.970 χ2 = 0.554



Rp = 6.374 Rwp = 8.722 χ2 = 0.444



Rp = 6.068 Rwp = 7.922 χ2 = 0.297

Momen MagnetMomen Magnet

Senyawa Mr(g/mol)μ hit.(BM)

μ eks.(BM)

Sr2Bi4Ti4FeO18 1546.464 5.56 4.62

Sr2Bi4Ti4,25Fe0,75O18 1544.470 4.09 3.98

Sr2Bi4Ti4,5Fe0,5O18 1542.475 2.60 3.21

Sr2Bi4Ti4,75Fe0,25O18 1540.480 1.74 2.67

KemagnetanKemagnetan

Semakin besar fraksi Fe dalam senyawa semakin tinggi nilai momen magnetnya

Oksida Aurivillius yang disintesis ini diduga berada pada keadaan spin tinggi.

Perhitungan nilai momen magnet hanya keadaan spin, terdapat perbedaan dengan hasil eksperimen, diduga karena adanya interaksi antar atom dan orientasi atom-atomnya.

Simulasi Atomik GULPSimulasi Atomik GULP

Julian Gale dari Royal Institute - Inggris, Program simulasi mekanika klasik Teknik simulasi atas dasar model

potensial interatomik Digunakan model Born sebagai interaksi

Coulomb range panjang dan range pendek serta gaya van der Waals.

Potensial InteratomikPotensial Interatomika) Short-range A (eV) (Å) C (eV Å6)

Ba2+.. Ba2+ 2663.7 0.3428 0.0

Ba2+.. O2- 2096.8 0.3522 0.0

Sr2+.. O2- 957.1 0.3721 0.0

Ca2+.. O2- 1614.6 0.2981 0.0

Bi3+.. Bi3+ 24244.50 0.3284 0.0

Bi3+.. O2- 49529.35 0.2223 0.0

La3+..O2- 5436.827 0.2939 0.0

Fe3+..O2- 3219.335 0.2641 0.0

Ti4+.. O2- 760.47 0.3789 0.0

Mo4+ ..O2- 1223.97 0.3470 0.0

Nb5+.. O2- 1796.30 0.34598 0.0

Ta5+.. O2- 1315.57 0.36905 0.0

W5+.. O2- 767.43 0.4386 0.0

O2-.. O2- 9547.96 0.2192 32

b) Shell model

Species K (eV Å2) Shell(e)

Ba2+ 29.1 1.848

Sr2+ 71.7 3.251

Ca2+ 34.05 1.281

Bi3+ 359.55 -5.51

La3+ 173.90 -2.149

Fe3+ 179.58 1.029

Ti4+ 39.5 2.89

Mo4+ 0 4.00

Nb5+ 1358.58 -4.497

Ta5+ 5916.77 -4.596

W5+ 7.69 5.89

O2- 6.3 -2.04

Pot… lanjutanPot… lanjutan

Perbandingan Parameter KisiPerbandingan Parameter KisiParameter Calculated Experiment

Bi2Mo0.25W0.75O6

a (Å) 5.445652 5.44547(7)b (Å) 16.370665 16.3731(2)c (Å) 5.466733 5.46659(7) = = (°) 90 90Energi Kisi 66975.54973 kJ/mol

Bi2.6La0.4TiNbO9

a (Å) 5.440095 5.4392(2)b (Å) 5.415222 5.4145(2)c (Å) 25.067332 25.0705(11) = = (º) 90 90 Energi Kisi 54488.3224 kJ/mol

Perb… LanjutanPerb… LanjutanBi3TiNbO9

a (Å) 5.424028 5.4248(2)

b (Å) 5.385471 5.3864(2)

c (Å) 25.040667 25.0392(9)

= = (º) 90 90 Energi Kisi 53898.7954 kJ/mol

SrBi2Ta2O9

a (Å) 5.527026 5.5272(2)

b (Å) 5.521619 5.5218(1)

c (Å) 25.02755 25.0275(5)

= = (º) 90 90 Energi Kisi 55701.1903 kJ/mol

Perb… LanjutanPerb… Lanjutan

Bi2Sr1.5Ca0.5Nb2TiO12

a = b (Å) 3.888124 3.888124(3)

c (Å) 33.187630 33.1266(4)

= = (º) 90 90Energi Kisi 73115.7988 kJ/mol

SrBi4Ti4O15 (25°C)

a (Å) 5.450800 5.4507(1)

b (Å) 5.437702 5.4376(1)

c (Å) 40.980768 40.9841(8)

= = (º) 90 90Energi Kisi 98274.6175 kJ/mol

Perb… LanjutanPerb… Lanjutan

SrBi4Ti4O15 (650°C)

a = b (Å) 3.875302 3.87469(4)

c (Å) 41.353779 41.3523(5)

= = (º) 90 90

Energi Kisi 89697.2691 kJ/mol

Dari hasil simulasi menunjukkan adanya kecocokan antara nilai parameter sel dan posisi atomik dari hasil eksperimen dan hasil simulasi

KesimpulanKesimpulan Oksida Aurivillius yang disintesis adalah

Sr2Bi4Ti4,75Fe0,25O18, Sr2Bi4Ti4,5Fe0,5O18, Sr2Bi4Ti4,25Fe0,75O18, dan Sr2Bi4Ti4FeO18 menunjukkan fasa Oksida Aurivillius berdasarkan pola difraksi sinar-X nya

Oksida Aurivillius yang disintesis memiliki grup ruang B2cb dan Z = 4.

Oksida Aurivillius yang disintesis berada pada keadaan spin tinggi, dimana semakin besar fraksi Fe dalam senyawa semakin tinggi nilai momen magnetnya

Terdapat Kecocokan antara Hasil Simulasi Atomik dengan Hasil Eksperimen (Data XRD)

Terima KasihTerima Kasih

Bi2.2La0.8TiNbO9

a (Å) 5.44553 5.4455(3)

b (Å) 5.43822 5.4382(2)

c (Å) 25.039810 25.0398(10)

= = (º) 90 90Energi Kisi

Bi2.4La0.6TiNbO9

a (Å) 5.44492 5.4449(2)

b (Å) 5.42772 5.4277(2)

c (Å) 25.06779 25.0677(9)


Bi2.8La0.2TiNbO9

a (Å) 5.43642 5.4364(2)

b (Å) 5.41063 5.4106(3)

c (Å) 25.078711 25.0787(11)

= = (º) 90 90 Energi Kisi

BaBi2Ta2O9

a = b (Å) 3.93551 3.9355(1)

c (Å) 25.56866 25.5686(6)

= = (º) 90 90 Energi Kisi

CaBi2Ta2O9

a (Å) 5.46591 5.4659(1)

b (Å) 5.43181 5.4318(1)

c (Å) 24.96194 24.9619(4)

= = (º) 90 90

Energi Kisi

Bi1.8Sr2.2Ti0.8Nb2.2O12

a = b (Å) 3.90121 3.9012(1)

c (Å) 33.2921 33.292(1)

= = (º) 90 90

Energi Kisi

Bi2SrCaNb2TiO12

a =b (Å) 3.871063 3.87106(3)

c (Å) 33.05764 33.0576(4)

= = (º) 90 90

Energi Kisi

Bi2Sr1.5Ba0.5Nb2TiO12

a = b (Å) 3.905962 3.90596(2)

c (Å) 33.47773 33.4777(3)

= = (º) 90 90

Energi Kisi

Bi2SrBaNb2TiO12

a = b (Å) 3. 922032 3.92203(2)

c (Å) 33. 66423 33.6642(3)


Bi5Ti1.5W1.5O15

a (Å) 5.40923 5.4092(3)

b (Å) 5.38433 5.3843(3)

c (Å) 41.5293 41.529(3)


Bi2Sr2Nb2TiO12

a = b (Å) 3.892572 3.89257(2)

c (Å) 33.18763 33.1876(3)


Bi5TiNbWO15

a (Å) 5.42312 5.4231(2)

b (Å) 5.40272 5.4027(2)

c (Å) 41.7441 41.744(1)


Bi5Ti3FeO15

a (Å) 5.46981 5.4698(1)

b (Å) 5.43891 5.4389(1)

c (Å) 41.1971 41.197(1)


sintesis dan simulasi atomik oksida aurivillius

Documents