BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
2.17 Karakterisasi Pada Kawat Superkonduktor
Karakteristik sampel dilakukan untuk mengetahui adanya sifat superkonduktivitas, fasa-fasa yang terbentuk, morfologi permukaan MgB2, uji kekerasan dan kuat tarik dari kawat MgB2. Karakterisasi dilakukan dengan empat tahap pengujian.
2.17.1 Cryogenic Resistance Measurement
Setiap benda padat mempunyai sifat spin elektron yang menentukan sifat magnetik benda tersebut. Dengan memberi medan magnet, spin elektron dipaksa mengikuti arah medan magnet luar. Dari sifat perubahan arah spin tersebut terhadap medan magnet luar, sifat magnetik pada material tersebut dapat diketahui. Alat yang dapat digunakan pada pengujian dengan metode seperti ini adalah cryogenic magnet.
Alat ini dapat digunakan untuk analisis resistivitas material. Parameter perubahan yang dapat dilakukan alat ini yaitu mengubah temperatur (1.5 K-300 K), medan magnet (0–8 T), dan sudut sampel terhadap medan magnet (0-180⁰) (Imaduddin dkk., 2014).
Peralatan cryogenic ini menggunakan sistem Pulse Tube Crycooler untuk mendinginkan gas Helium. Sistem pendinginan ini tidak memerlukan penanganan cairan Helium yang disiapkan untuk pendinginan, namun hanya memerlukan gas Helium yang akan diekspan/dimampatkan oleh kompresor sehingga temperatur gas Helium akan turun. Pengukuran nilai resistivitas material dilakukan dengan metode FPP (Four-Point Probe), dengan skema pengukurannya seperti gambar 2.10 berikut.
Gambar 2.10 Skema pengukuran resistivitas metode Four-Point Probe (Imaduddin dkk., 2014)
R = (2.1) Di mana, R = Resistance (Ohm)
V = Voltage (Volt) I = Current (Ampere)
Sedangkan untuk menghitung nilai resistivity pada sampel material nya, maka digunakan perhitungan menggunakan persamaan seperti yang tertera dibawah sebagai berikut.
𝜌 = 𝑅 (2.2) Dimana: ρ = Resistivity (Ohm.m)
A = Luas Penampang (m2) l = Panjang (m)
Pengujian temperatur kritis dilakukan untuk mengetahui hubungan antara resistivitas dengan temperatur, dimana dari grafik dapat diketahui nilai temperatur kritisnya.
Resistivitas material akan turun seiring dengan penurunan temperatur. Pada temperatur tertentu, resistivitas material akan turun secara drastis menjadi nol, sehingga material tersebut dapat berubah dari sifat konduktor menjadi bersifat material superkonduktor. Dalam keadaan temperatur yang mendekati 0 K, nilai resistivitas suatu material mendekati nilai 0, akibat hilangnya interaksi elektron didalam atom. Oleh sebab itu, perbandingan nilai resistivitas pada temperatur ruangan dibagi resistivitas pada temperatur rendah digunakan untuk menentukan kemurnian logam. Nilai perbandingan tersebut dinyatakan dalam RRR (Resudal Resistivity Ratio). Semakin tinggi nilai RRR maka sifat konduktivitas logam semakin murni (Imaduddin, dkk., 2014).
2.17.2 X-Ray Diffraction (XRD)
Difraksi sinar-X merupakan metode analisa yang memanfaatkan interaksi antara sinar-x dengan atom yang tersusun dalam sebuah sistem kristal. (Muzakir, 2012). Tujuan dilakukan pengujian ini adalah untuk mengetahui fasa-fasa apa saja yang terbentuk selama proses pembuatan sampel uji.
Apabila suatu bahan dikenai sinar-X maka intensitas sinar-X yang ditransmisikan lebih kecil dari intensitas sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh bahan dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar yang dihantarkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya sama.
Berkas sinar-X yang saling menguatkan disebut sebagai berkas difraksi. Persyaratan yang harus dipenuhi agar berkas sinar-X yang dihamburkan merupakan berkas
difraksi dikenal sebagai hukum Bragg. Hukum Bragg menyatakan bahwa perbedaan lintasan berkas difrasi sinar-X harus merupakan kelipatan panjang gelombang, secara matematis dirumuskan:
n λ = d sin θ (2.3)
dengan : λ = panjang gelombang sinar x d = jarak antar kisi kristal θ = sudut datang sinar
n = orde difraksi (1,2,3 dan seterusnya)
Keadaan ini membentuk pola interferensi yang saling menguatkan untuk sudut-sudut yang memenuhi hukum Brag. Gejala ini dapat diamati pada grafik hubungan antara intensitas spektrum karakteristik sebagai fungsi sudut 2θ. Untuk menentukan sudut θ dalam kristal/anoda adalah sistem kristal/atom dan parameter atau arah difraksi ditentukan oleh bentuk dan ukuran sel satuannya. (Jamaluddin, 2010).
Prinsip dasar XRD adalah apabila seberkas sinar dijatuhkan pada sampel kristal maka bidang kristal akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang dengan jarak antar kisi di dalam kristal selanjutnya sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai puncak difraksi.
(Samsulluddin, 2019).
Gambar 2.11 Skema difraksi sinar-X (Ismunandar, 2006)
2.17.3 Scanning Electron Microscope- Energy Disersive Spectroscopy (SEM- EDS)
Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah jenis mikroskop elektron yang menggunakan elektron untuk menghasilkan citra dalam bentuk gambar dari sampel dengan scanning sinar elektron yang terfokus. Elektron dari SEM berinteraksi dengan elektron dalam sampel yang menghasilkan berbagai sinyal yang dapat dideteksi dan yang berisi informasi tentang topografi permukaan sampel dan komposisi sampel. Berkas elektron umumnya di scan dalam pola scan raster, dan posisi balok ini dikombinasikan dengan sinyal terdeteksi untuk menghasilkan gambar (Zakaria, 2003).
Prinsip kerja dari SEM berupa suatu sumber elektron dari filament yang terbuat dari tungsten memancarkan elektron. Tungsten biasanya digunakan pada elektron gun karena memiliki titik lebur tertinggi dan tekanan uap terendah dari semua logam, sehingga memungkinkan dipanaskan untuk emisi elektron. Berkas electron difokuskan oleh satu atau dua lensa kondensor ke titik yang diameternya 0,4 nm sampai 5 nm. Permukaan bahan yang dikenai berkas elektron akan memantulkan kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron sekunder kesegala arah.
Scanning pada permukaan bahan yang dikehendaki dapat dilakkukan dengan mengatur scanning generator dan scanning coils.
Elektron sekunder hasil interaksi antara elektron dengan permukaan spesimen ditangkap oleh detector SE (Secondary Electron) yang kemudian diolah dan diperkuat oleh amplifier dan kemudian divisualisasikan dala monitor sinar katoda (CRT). Skema dasar SEM disajikan pada gambar 2.12 (Samsulluddin, 2019)
Energy Disersive Spectroscopy (EDS) merupakan suatu teknik X-Ray Fluoresescence Spectrometry yang mendeteksi karakteristik sinar-X yang dipancarkan dari specimen setelah radiasi dengan sinar-X primer berenergi tinggi.
EDS adalah teknik analisis kualitatif sebeuah elemen. Spektrum EDS menampilkan intensitas karakteristik garis sinar-X sepanjang jarak energi sinar-X. EDS dapat dilakukan pada daerah yang kecil selain itu dapat digunakan untuk mengetahui sebaran unsur (mapping) pada sampel (Leng, 2013).
Gambar 2.12 Skema pengujian SEM (Hidayati, 2018)
2.17.4 Pengujian Sifat Mekanik
Pengujian sifat mekanik adalah hubungan antara deformasi bahan terhadap beban yang bekerja. Sifat mekanakik berkaitan dengan kekuatan kekerasan dan uji tarik yang bertujuan untuk mengetahui sifat kekerasan dan kuat tarik dari suatu bahan.
2.17.4.1 Uji Kekerasan
Kekerasan suatu bahan adalah kemampuan sebuah material untuk menerima beban tanpa mengalami deformasi plastis yaitu tahan terhadap identasi atau penetrasi, tahan terhadap penggoresan, tahan terhadap aus, tahan terhadap pengikisan (abrasi). Kekerasan suatu bahan merupakan sifat mekanik yang paling penting, karena kekerasan dapat digunakan untuk mengetahui sifat – sifat mekanik yang lain, yaitu kekuatan (strength). Bahkan nilai kekuatan tarik yang dimiliki suatu material dapat dikonversi dari kekerasanya (Callister, 2007). Faktor peningkatan kekerasan dipengaruhi oleh kandungan ferrite, semakin tinggi ferrite maka nilai kekerasan akan semakin tinggi (Wing, 2009).
2.17.4.2. Uji Tarik
Pengujian tarik adalah proses untuk mengetahui nilai kekuatan tarik suatu material. Kekuatan tarik itu sendiri merupakan kamampuan material untuk menahan beban tarikan terhadap deformasi (perubahan bentuk) yang terjadi. Pada proses pengujian tarik terdapat sebuah siklus yang terjadi pada material yaitu yang pertama adalah proses elastisitas dimana material masih dapat kembali pada posisinya saat mengalami perubahan, yang kedua material berubah menjadi plastis yang mana pada proses ini jika material mengalami perubahan maka tidak akan kembali pada posisi semula, yang ketiga merupakan nilai kekuatan tarik tertinggi (batas maksimal) pada material yang biasanya menyebabkan necking, yang terakhir adalah material putus (Andri, 2018).
Gambar 2.14 Kurva tegangan regangan (Herru, 2015)