Sintesis dan Simulasi Atomik Oksida Aurivillius Rolan Rusli 20504020 Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung 2006.

Presentasi berjudul: "Sintesis dan Simulasi Atomik Oksida Aurivillius Rolan Rusli 20504020 Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung 2006."— Transcript presentasi:

1 Sintesis dan Simulasi Atomik Oksida Aurivillius Rolan Rusli 20504020 Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung 2006

2 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+. 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)

3 Struktur Oksida Aurivillius

4 Aplikasi Material Feroelektrik sebagai penyimpan memori Fe-RAM (ferroelectric non-volatile memories) Kapasitor Piezoelektrik Konduktor Katalis Material Magnetik

5 Tujuan Penelitian Untuk mengetahui sifat magnetik oksida Aurivillius Sr 2 Bi 4 Ti 5-x Fe x O 18 dengan x = 0,25; 0,5; 0,75 dan 1. Untuk membandingkan data hasil eksperimen menggunakan XRD dengan simulasi atomic menggunakan software GULP

6 Metode 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

7 Metode Solid State Bi 2 O 3 SrCO 3 TiO 2 Fe 2 O 3 Sr 2 Bi 4 Ti 5-x Fe x O 18 Ditimbang sesuai dengan komposisi stoikiometri oksida target Dicampur, ditambahkan aseton p.a. Digerus dengan menggunakan mortar agate Campuran Bi 2 O 3, SrCO 3, TiO 2, dan Fe 2 O 3 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

8 Hasil dan Pembahasan Oksida Aurivillius yang disintesis dalam penelitian ini adalah Sr 2 Bi 4 Ti 4,75 Fe 0,25 O 18, Sr 2 Bi 4 Ti 4,5 Fe 0,5 O 18, Sr 2 Bi 4 Ti 4,25 Fe 0,75 O 18, dan Sr 2 Bi 4 Ti 4 FeO 18 Pola difraksi sinar-X nya khas untuk fasa aurivillius

9 Difraksi Sinar- X Difraksi Sinar-X oksida Sr 2 Bi 4 Ti 4 FeO 18

10 Difraksi Sinar- X Difraksi Sinar-X oksida Sr 2 Bi 4 Ti 4.25 Fe 0.75 O 18

11 Difraksi Sinar- X Difraksi Sinar-X oksida Sr 2.125 Bi 4 Ti 4.5 Fe 0.5 O 18

12 Difraksi Sinar- X Difraksi Sinar-X oksida Sr 2.25 Bi 4 Ti 4.75 Fe 0.25 O 18

13 Parameter Hasil Refinement Parameter Sel SBTSBTF-1SBTF-2SBTF-3SBTF-4 Space Grup 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 (%)4,676,306,075,865,48 Rwp (%)6,068,768,777,697,18 χ21,430,3520,5340,3480,245 Z44444 SBT = Sr 2 Bi 4 Ti 5 O 18 [1], SBTF-1 = Sr 2 Bi 4 Ti 4 FeO 18, SBTF-2 = Sr 2 Bi 4 Ti 4,25 Fe 0,75 O 18, SBTF-3 = Sr 2 Bi 4 Ti 4,5 Fe 0,5 O 18, dan SBTF-4 = Sr 2 Bi 4 Ti 4,75 Fe 0,25 O 18

14 Plot Le Bail Plot Le Bail Sr 2 Bi 4 Ti 4 FeO 18 Rp = 6.393 Rwp = 9.954 χ2 = 0.452

15 Plot Le Bail Plot Le Bail Sr 2 Bi 4 Ti 4.25 Fe 0.75 O 18 Rp = 6.397 Rwp = 8.970 χ2 = 0.554

16 Plot Le Bail Plot Le Bail Sr 2 Bi 4 Ti 4.5 Fe 0.5 O 18 Rp = 6.374 Rwp = 8.722 χ2 = 0.444

17 Plot Le Bail Plot Le Bail Sr 2 Bi 4 Ti 4.75 Fe 0.25 O 18 Rp = 6.068 Rwp = 7.922 χ2 = 0.297

18 Momen Magnet SenyawaMr(g/mol) μ hit. (BM) μ eks. (BM) Sr 2 Bi 4 Ti 4 FeO 18 1546.4645.564.62 Sr 2 Bi 4 Ti 4,25 Fe 0,75 O 18 1544.4704.093.98 Sr 2 Bi 4 Ti 4,5 Fe 0,5 O 18 1542.4752.603.21 Sr 2 Bi 4 Ti 4,75 Fe 0,25 O 18 1540.4801.742.67

19 Kemagnetan 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.

20 Simulasi 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.

21 Potensial Interatomik a) Short-rangeA (eV)  (Å) C (eV Å 6 ) Ba 2+.. Ba 2+ 2663.70.34280.0 Ba 2+.. O 2- 2096.80.35220.0 Sr 2+.. O 2- 957.10.37210.0 Ca 2+.. O 2- 1614.60.29810.0 Bi 3+.. Bi 3+ 24244.500.32840.0 Bi 3+.. O 2- 49529.350.22230.0 La 3+..O 2- 5436.8270.29390.0 Fe 3+..O 2- 3219.3350.26410.0 Ti 4+.. O 2- 760.470.37890.0 Mo 4+..O 2- 1223.970.34700.0 Nb 5+.. O 2- 1796.300.345980.0 Ta 5+.. O 2- 1315.570.369050.0 W 5+.. O 2- 767.430.43860.0 O 2-.. O 2- 9547.960.219232

22 b) Shell model SpeciesK (eV Å 2 )Shell(e) Ba 2+ 29.11.848 Sr 2+ 71.73.251 Ca 2+ 34.051.281 Bi 3+ 359.55-5.51 La 3+ 173.90-2.149 Fe 3+ 179.581.029 Ti 4+ 39.5 2.89 Mo 4+ 04.00 Nb 5+ 1358.58-4.497 Ta 5+ 5916.77-4.596 W 5+ 7.695.89 O 2- 6.3-2.04 Pot… lanjutan

23 Perbandingan Parameter Kisi ParameterCalculatedExperiment Bi 2 Mo 0.25 W 0.75 O 6 a (Å)5.4456525.44547(7) b (Å)16.37066516.3731(2) c (Å)5.4667335.46659(7)  =  =  (°) 90 Energi Kisi66975.54973kJ/mol Bi 2.6 La 0.4 TiNbO 9 a (Å)5.4400955.4392(2) b (Å)5.4152225.4145(2) c (Å)25.06733225.0705(11)  =  =  (º) 90 Energi Kisi54488.3224kJ/mol

24 Perb… Lanjutan Bi 3 TiNbO 9 a (Å)5.4240285.4248(2) b (Å)5.3854715.3864(2) c (Å)25.04066725.0392(9)  =  =  (º) 90 Energi Kisi53898.7954kJ/mol SrBi 2 Ta 2 O 9 a (Å)5.5270265.5272(2) b (Å)5.5216195.5218(1) c (Å)25.0275525.0275(5)  =  =  (º) 90 Energi Kisi55701.1903kJ/mol

25 Perb… Lanjutan Bi 2 Sr 1.5 Ca 0.5 Nb 2 TiO 12 a = b (Å)3.8881243.888124(3) c (Å)33.18763033.1266(4)  =  =  (º) 90 Energi Kisi73115.7988kJ/mol SrBi 4 Ti 4 O 15 (25°C) a (Å)5.4508005.4507(1) b (Å)5.4377025.4376(1) c (Å)40.98076840.9841(8)  =  =  (º) 90 Energi Kisi98274.6175kJ/mol

26 Perb… Lanjutan SrBi 4 Ti 4 O 15 (650°C) a = b (Å)3.8753023.87469(4) c (Å)41.35377941.3523(5)  =  =  (º) 90 Energi Kisi89697.2691kJ/mol

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

28 Kesimpulan Oksida Aurivillius yang disintesis adalah Sr 2 Bi 4 Ti 4,75 Fe 0,25 O 18, Sr 2 Bi 4 Ti 4,5 Fe 0,5 O 18, Sr 2 Bi 4 Ti 4,25 Fe 0,75 O 18, dan Sr 2 Bi 4 Ti 4 FeO 18 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)

29 Terima Kasih

30 Bi 2.2 La 0.8 TiNbO 9 a (Å)5.445535.4455(3) b (Å)5.438225.4382(2) c (Å)25.03981025.0398(10)  =  =  (º) 90 Energi Kisi Bi 2.4 La 0.6 TiNbO 9 a (Å)5.444925.4449(2) b (Å)5.427725.4277(2) c (Å)25.0677925.0677(9)  =  =  (º) 90 Energi Kisi

31 Bi 2.8 La 0.2 TiNbO 9 a (Å)5.436425.4364(2) b (Å)5.410635.4106(3) c (Å)25.07871125.0787(11)  =  =  (º) 90 Energi Kisi BaBi 2 Ta 2 O 9 a = b (Å)3.935513.9355(1) c (Å)25.5686625.5686(6)  =  =  (º) 90 Energi Kisi

32 CaBi 2 Ta 2 O 9 a (Å)5.465915.4659(1) b (Å)5.431815.4318(1) c (Å)24.9619424.9619(4)  =  =  (º) 90 Energi Kisi Bi 1.8 Sr 2.2 Ti 0.8 Nb 2.2 O 12 a = b (Å)3.901213.9012(1) c (Å)33.292133.292(1)  =  =  (º) 90 Energi Kisi

33 Bi 2 SrCaNb 2 TiO 12 a =b (Å)3.8710633.87106(3) c (Å)33.0576433.0576(4)  =  =  (º) 90 Energi Kisi Bi 2 Sr 1.5 Ba 0.5 Nb 2 TiO 12 a = b (Å)3.9059623.90596(2) c (Å)33.4777333.4777(3)  =  =  (º) 90 Energi Kisi

34 Bi 2 SrBaNb 2 TiO 12 a = b (Å)3. 9220323.92203(2) c (Å)33. 6642333.6642(3)  =  =  (º) 90 Energi Kisi Bi 5 Ti 1.5 W 1.5 O 15 a (Å)5.409235.4092(3) b (Å)5.384335.3843(3) c (Å)41.529341.529(3)  =  =  (º) 90 Energi Kisi

35 Bi 2 Sr 2 Nb 2 TiO 12 a = b (Å)3.8925723.89257(2) c (Å)33.1876333.1876(3)  =  =  (º) 90 Energi Kisi Bi 5 TiNbWO 15 a (Å)5.423125.4231(2) b (Å)5.402725.4027(2) c (Å)41.744141.744(1)  =  =  (º) 90 Energi Kisi

36 Bi 5 Ti 3 FeO 15 a (Å)5.469815.4698(1) b (Å)5.438915.4389(1) c (Å)41.197141.197(1)  =  =  (º) 90 Energi Kisi