NAMA KELOMPOK II :1. Nur Ika Puji Ayu (2411100017)2. Mariesta Arianti (2411100021)3. Mabrurotul Uyun (2411100027)4. Nur Rahmatinnisa Aulia Guntar (2411100029)

MAGNETOSTRICTIVE MATERIALSSuatu bahan bersifat magnetostriktif mengalami deformasi ketika

keadaan magnetiknya (magnetic state) berubah, misalnya terjadi perubahan magnetisasi akibat pengaruh medan magnet luar. Sebaliknya, ketika bahan tersebut diberi perlakuan mekanik (stress), maka proses magnetisasinya akan berubah.

Magnetostriksi merupakan deformasi segala jenis bahan yang diakibatkan oleh magnetisme. Timbulnya magnetostriksi adalah karena adanya interaksi antara energi magnetic (atau energi ion) dengan energi elastiskristal (bonding). lnteraksi ini dapat terjadi karena tidak ada satu bahan magnet-pun yang seratus persen kaku, semua bahan mempunyai elastisitas. Fenomenamagneto elastisitas telah diamati pada bahan feromagnet, ferimagnet, paramagnet, bahkan diamagnet dan superkonduktor. Sebagai contohnya komponen yang menggunakan bahan magnetostriktif feromagnet adalah oscilator, torquemeter dan sonar. Salah satu bahan magnetostriktif yang unggul adalah paduan RFe2, yang merupakan logam berbasis tanah jarang.

Ketika cuplikan magnetostriktif diberi medan magnet luar, terjadi deformasi tambahan δI menurut arah medan magnet luar tersebut, hal ini dinamakan magnetostriksi Joule. Dimana regangan λ=δI /I /1 bersifat anisotropy dan besarnya tergantung dari intensitas medan magnet luar. Regangan tersebut maksimal ketika medan magnet luar jenuh. Regangan positif apabila cuplikan membesar dari ukuran semula (δI>0), regangan negative apabila cuplikan mengecil (δI<0). Kebalikan dari magnetostriksi joule yaitu magnetostriksi jenuh (λs), jika sebelum diberi medan magnet luar, cuplikan terdemagnetisasi secara isotrop (momen magnet atomic terarah secara acak), maka harga maksimal regangan yang terukur sejajar dengan arah medan magnet luar (λII). Nilai yang dapat terukur dalam arah tegak lurus medan magnet luar (λ┴) adalah –λs/2. Sulit membuktikan bahwa cuplikan yang akan diukur benar – benar dalam kondisi terdemagnetisasi. Oleh karena itu, dilakukan pengukuran regangan dua kali, pada arah sejajar dan tegak lurus medan magnet luar, sehingga diperoleh rumus :

λs=2/3( λ II−λ ┴ )

A. Bahan Magnetostriktif Feromagnet Lunak Berbasis Logam Transisi

Beberapa bahan magnetostriktif berupa feromagnet lunak adalah Fe, Ni dan Co murni, paduan – paduan amorf kaya akan Fe atau Co. Bahan – bahan tersebut dikategorikan feromagnet lunak karena konstanta anisotropinya rendah, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. dan 2. berikut :Tabel 1. Konstanta Anisotropi Beberapa Bahan Feromagnet Lunak

pada 300KBahan Kuniaxial (J/m3)Fe (c.c) 5.3 x 104

Co (hex) 4.3 x 105

Ni (f.c.c) -5 x 103

Fe-7%Co (c.c) 3.35 x 104

4.65 x 104

Fe-20%Co (c.c) 1.76 x 104

4 x 104

Tabel 2. Koefisien Magnetostriksi Beberapa Bahan Feromagnet

B. Bahan – Bahan Magnetostriktif Berbasis Logam Tanah JarangLogam – logam tanah jarang berat khususnya Dys-prosium,

Terbium dan Holmium mempunyai magnetostriksi yang sangat tinggi pada suhu di bawah suhu Curie. Namun karena suhu Curie yang sangat rendah, maka logam – logam tanah jarang murni tersebut tidak dapat digunakan sebagai komponen pada suhu kamar. Pada paduan RFe2, (terutama R = Sm, Th, Er, Tm) terdapat magnetostriksi yang tinggi pada suhu kamar, yang disertai suhu Curie. Koefisien magnetostriksi bahan – bahan berbasis logam tanah jarang terlihat pada Tabel 3. berikut :

Tabel 3. Suhu Curie dan Magnetostriksi Beberapa Bahan Polikristal pada 300 K

Terlihat bahwa bahan – bahan yang mempunyai suatu magnetostriktif unggul (disebut Giant Magnetostrictive Materials (GMM) pada suhu kamar adalah paduan RFe2, dimana R adalah logam tanah jarang berat. Hal ini disebabkan :

1. Suatu anisotropi tinggi yang dimiliki oleh ion logarn – logam tersebut (khususnya Tb dan Sm yang awal elektronnya berbentuk oblat seperti piringan dan prolat seperti cerutu berdiri)

2. Adanya interaksi yang tinggi antara ion – ion Fe-Fe dan R-Fe, yang menjaga agar magnetostriksi tidak turun drastis seiring naiknya temperature kesuhu kamar.

Namun, bahan – bahan seperti TbFe2 dan SmFe2 mempunyai anisotropi magnetokristalin yang tinggi yaitu K1(TbFe2) = -7.6x106

J/m3 dan K1 (SmFe2) = 2.1x106 J/m3, sehingga diperlukan intensitas medan yang tinggi untuk menghasilkan regangan tersebut.

Magnetostriksi paduan RFe2 selain tinggi juga bersifat sangat anisotrop, contohnya, pada paduan TbFe2, λ111 >> λ100. Anisotrop disebabkan oleh distorsi internal akibat adanya interaksi elektrostatik yang tidak sama antara arah [111] dan arah [100]. Pada arah [111] distorsi tersebut jauh lebih besar dibanding pada arah [100]. Distorsi internal tersebut yang kemudian menyebabkan timbulnya regangan makroskopis yang anisotrop.

C. Aplikasi1. Aktuator linear

Aktuator linear dikembangkan untuk micropositioners, fuel injectors, fast hydraulic drivers, highpressure controls, helicopter

blade control dan lain-lain. Keunggulan GMM terhadap bahan piezoelektrik dalam hal ini adalah kekuatan yang lebih tinggi (large force atau high power) dan large displacement pada volta serendah. Kekurangannya adalah dibutuhkannya sumber daya listrik yang relatif tinggi.

2. MotorBahan magnetostriktif juga digunakan untuk membuat motor – motor berukuran kecil, yang memiliki torque yang besar, resolusi tinggi (beberapa nanometer atau mikrometer), kecepatan rendah (beberapa mm/s), suatu hal yang sangat sulit diperoleh dengan motor elektromagnet biasa.

3. TransduserBahan Tenenol-D yang memiliki regangan dinamis yang tinggi, sesuai untuk penggunaan sebagai transduser, akustik maupun mekanik contohnya: sonar, vibrator, pengeras suara, alat welding, machining, cutting, cleaning dan lain – lain. Dibandingkan dengan bahan piezoelektrik, Terfenol-D mempunyai daya yang lebih tinggi pada frekuensi rendah (<< 20 kHz).