Upload
kemp
View
103
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Sintesis dan Simulasi Atomik Oksida Aurivillius. Rolan Rusli 20504020. Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung 2006. Pendahuluan. Oksida Aurivillius merupakan senyawa struktur berlapis terdiri atas lapisan perovskit (lapisan [A n-1 B n O 3n+1 ] 2- ) dan lapisan [Bi 2 O 2 ] 2+ . - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
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 BailPlot Le Bail
Plot Le Bail Sr2Bi4Ti4.25Fe0.75O18
Rp = 6.397 Rwp = 8.970 χ2 = 0.554
Plot Le BailPlot Le Bail
Plot Le Bail Sr2Bi4Ti4.5Fe0.5O18
Rp = 6.374 Rwp = 8.722 χ2 = 0.444
Plot Le BailPlot Le Bail
Plot Le Bail Sr2Bi4Ti4.75Fe0.25O18
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)
= = (º) 90 90Energi Kisi
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)
= = (º) 90 90Energi Kisi
Bi5Ti1.5W1.5O15
a (Å) 5.40923 5.4092(3)
b (Å) 5.38433 5.3843(3)
c (Å) 41.5293 41.529(3)
= = (º) 90 90Energi Kisi
Bi2Sr2Nb2TiO12
a = b (Å) 3.892572 3.89257(2)
c (Å) 33.18763 33.1876(3)
= = (º) 90 90Energi Kisi
Bi5TiNbWO15
a (Å) 5.42312 5.4231(2)
b (Å) 5.40272 5.4027(2)
c (Å) 41.7441 41.744(1)
= = (º) 90 90Energi Kisi
Bi5Ti3FeO15
a (Å) 5.46981 5.4698(1)
b (Å) 5.43891 5.4389(1)
c (Å) 41.1971 41.197(1)
= = (º) 90 90Energi Kisi