1. Nur Ika Puji Ayu (2411100017) 2. Mariesta Arianti

NAMA KELOMPOK II :
1. Nur Ika Puji Ayu
2. Mariesta Arianti
3. Mabrurotul Uyun
4. Nur Rahmatinnisa Aulia Guntar
(2411100017)
(2411100021)
(2411100027)
(2411100029)
MAGNETOSTRICTIVE MATERIALS
Suatu 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 RFe 2, 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 :
λ s=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 300K
Bahan
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 Jarang
Logam – 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 RFe 2,
(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 RFe 2, 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(TbFe 2) = -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 TbFe 2, 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. Aplikasi
1. 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. Motor
Bahan 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. Transduser
Bahan 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).