TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Magnesium Deboride (MgB 2 )
Magnesium deboride merupakan material superkonduktor dengan temperatur
kritis ~39 K dengan rapat arus kritis tinggi sebesar 106-107A/cm2 dan medan magnet pada temperatur rendah.
2.5.1 Sejarah Penemuan MgB2
Pada tahun 1953, Jones et al. dan Russell et al. melaporkan pembentukan fasa MgB2dengan interaksi antara Mg dan amorf B pada atmosfer hidrogen atau argon.Atom Boron memiliki ukuran yang cocok dan struktur elektonik untuk membentuk ikatan B-B langsung yang dapat membentuk berbagai macam ikatan boron lainnya. Ada lebih dari 50 senyawa diboride dengan struktur yang berbeda (Buzea, 2001).
Pada Januari 2001, Prof.J.Akimitsu dari Aoyama-Gakuin University, Tokyo, Jepang) mengumumkan penemuan superkonduktivitas material MgB2 dengan Tc relatif tinggi yaitu 39 K (Nagamatsu, 2001). Penemuan ini merangsang cukup banyak penelitian dan pengembangan tentang MgB2, tidak hanya dikarenakan sifat fundamental MgB2 yang menarik tetapi karena sifat potensial untuk aplikasi.
2.5.2 Struktur Kristal dan Sifat Superkonduktivitas MgB2
MgB2 memiliki struktur kristal heksagonal dengan space group p6/m m m yang umum diantara diboride (Buzea, 2001). Struktur kristal ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Struktur kristal MgB2(Qingyang, 2012)
Bila dibandingkan dengan superkonduktor suhu rendah (LTS) dan superkonduktor oksida tembaga suhu tinggi (HTS), karakteristik MgB2 memiliki temperatur kritis
lebih tinggi daripada LTS. Atom boron membentuk grafit seperti sarang lebah dan atom Mg terletak pada poros segienam (Eltsev,2002; Masui, 2003).
Penelitian tentang pemberian dopan pada MgB2 untuk melihat kenaikan Tc, sejauh ini memberikan hasil yang mengecewakan. Penambahan sebagian besar dopan pada MgB2 mengakibatkan Tc menurun. Dopan seperti Al, Li, Si, Zn, Cu, Nb, Mn, Co, Ni, Ag, Sc, Zr, Sn, Ca, Ti, Pb, Au, dan lain-lain masih dalam tahap uji coba pada substitusi Mg maupun B, hanya substitusi Al ke Mg dan subtitusi C ke B yang dinyatakan sukses.
2.5.3 Sintesis MgB2 In Situ Powder In Tube (PIT)
Beberapa prosedur sintesis dilaporkan untuk proses in situ MgB2 dengan temperatur yang relatif rendah dan dalam jangka waktu pemanasan yang singkat (Yamada et al., 2004). Material awal adalah serbuk Mg dan amorf/kristal B, kemudian dicampurkan, diutamakan serbuk Mg dan B memiliki ukuran partikel yang kecil (biasanya < 50 m). MgB2 dapat disintesis dengan reaksi Mg dan B umumnya pada suhu > 6500 C yang merupakan titik leleh dari Mg.
Pembentukan MgB2 dibawah titik leleh Mg merupakan reaksi padatan Mg dan B (Yamamoto, 2005). Hal ini jelas membuktikan bahwa pembentukan MgB2 hanya muncul dengan mencairnya Mg. Pada temperatur 6500C dengan tekanan 135 Pa, penguapan pada temperatur ini sangat kurang. Reaksi cairan-padatan antara Mg dan B akan meningkatkan kerapatan MgB2. Untuk menghasilkan MgB2 dengan cara yang praktis dan biaya efektif dilakukan sintesis MgB2 dengan memasukkan sampel yang telah ditimbang sesuai stoikiometri ke dalam tabung yang terbuat dari Fe, Ni, Cu, Ag, Nb, Ta, dan beberapa alloy (Grassoet al., 2001).
2.5.4 Penambahan Dopan pada Material MgB2
Penambahan dopan pada material MgB2 terdiri dari dopan berupa unsur logam, unsur non-logam dan senyawa.
a. Dopan Unsur Logam
Efek substitusi parsial dari penambahan dopan pada Mg untuk material MgB2,beberapa unsur logam diantaranya Al, Ti, Zr, Zn, Sn, Fe, La, Li, dan lain-
lain. Diantara banyak logam, ditemukan Al, Ti dan Zr efektif dalam meningkatkan kuat arus kritis namun menurunkan Tc MgB2 (Xiang et al., 2003; Jinyuan et al., 2010).
b. Dopan Unsur Non-Logam
Efek substitusi Si, C, O dan Be yang semuanya dapat menurunkan Tc, namun efek substitusi C semakin gencar diteliti untuk mengetahui mekanisme superkonduktivitas dan peningkatan rapat arus kritis (Jc). Perlu diingat bahwa substitusi atom C, O atau Si pada atom B efektif untuk meningkatkan rapat arus kritis hanya dibawah medan magnetik tinggi dan Jc pada medan yang rendah biasanya lebih rendah daripada MgB2 tanpa dopan (Qingyang, 2012).
c. Dopan Senyawa
Senyawa SiC, B4C, hidrokarbon, karbohidrat, dan sebagainya dapat meningkatkan rapat arus kritis pada material MgB2. Dopan paling efektif untuk meningkatkan Jc adalah senyawa SiC. Keuntungan lain dari penambahan dopan senyawa ini memiliki reaktivitas tinggi pada temperatur rendah, pada temperatur 6500C merupakan kondisi yang diinginkan untuk peningkatan Jc (Qingyang, 2012). 2.6 Carbon Nanotube (CNT)
Carbon Nano Tube (CNT) merupakan komposisi senyawa karbon yang berbentuk
tabung berukuran nano. Dikarenakan ukuran diameter yang berskala nano ini, maka CNT dapat digolongkan sebagai struktur elektronik satu dimensi sehingga elektron dapat berjalan sepanjang CNT tanpa hambatan sedikitpun. Berapa pun arus yang diberikan dalam CNT akan dapat dialirkan tanpa sedikitpun menimbulkan panas. (Yuliarto, 2013).
2.6.1 Sejarah Carbon Nanotube
Tahun 1991 di Jepang, Sumio Iijima dari NEC menggunakan TEM (Transmission Electron Microscopy) untuk menganalisa sebuah sampel pelapisan karbon yang diterima dari Yoshinori Ando dari Meijo University. Sampel tersebut diambil dari sebuah lengkungan karbon, biasanya digunakan untuk membuat C60
(Iijima, 1991). Diperkuat dengan beberapa studi teoritis yang mengungkapkan
nanotube akan menjadi logam yang baik atau sebuah semikonduktor, tidak hanya
bergantung pada diameternya tetapi juga pada ikatan karbon yang membentuk spiral disekitar tabung (Hamada et al. 1992).
2.6.2 Struktur Carbon Nanotube
Carbon nanotube memiliki beberapa struktur yaitu Single Walled Nanotubes
(SWNT) dan Multi Walled Nanotubes (MWNT).
a. Single Walled Nanotubes (SWNT)
SWNT terbentuk dari sebuah lembaran grafit yang dilengkungkan dan terdiri dari dua bagian yang mempunyai sifat fisis dan kimia yang berbeda, bagian pertama merupakan bagian sisi dinding silinder dan bagian lain adalah ujung-ujung silinder. Nanotube dapat mempunyai sifat seperti metal atau seperti semikonduktor. Bila arah pembentukan grafitnya adalah zigzag maka dapat dihasilkan nanotube yang bersifat semikonduktor, sedangkan yang chiral dan
amchair memiliki sifat elektrik seperti metal. SWNT memiliki beberapa bentuk
struktur yang berbeda yang dapat dilihat bila struktur tube dibuka ditunjukkan dengan Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Beberapa bentuk struktur SWNT (a) Struktur armchair (b) Struktur
zigzag (c) Struktur chiral(Saito et al. 1998)
SWNT memiliki sifat keelektrikan yang memungkinkan pengembangan struktur SWNT menjadi nanowire karena SWNT dapat menjadi konduktor yang baik. b. Multi Walled Nanotube (MWNT)
MWNT adalah nanotube yang tersusun oleh beberapa SWNT dengan berbeda diameter. MWNT memiliki tahanan kimiawi yang lebih baik daripada SWNT
karena pada SWNT hanya memiliki satu lapis dinding sehingga bila terdapat ikatan C=C yang rusak maka akan menghasilkan lubang di SWNT dan hal ini akan mengubah sifat mekanik dan elektrik dari ikatan SWNT tersebut. Struktur MWNT dapat ditunjukkan dalam Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Struktur Multi Walled Nanotube (Paul et al., 2003)
Aplikasi nanotube banyak mempertimbangkan MWNT untuk digunakan karena dapat di produksi dalam jumlah yang besar dengan harga yang terjangkau dan tersedia dalam jumlah yang banyak dalam waktu yang lama dibandingkan dengan SWNT (Paul et al., 2003).
