TINJAUAN PUSTAKA
2.8 Kawat Superkonduktor
Kawat superkonduktor merupakan kawat yang terbuat dari material superkonduktor. Ketika didinginkan di bawah temperatur transisi, ia memiliki hambatan listrik nol. Pada umumnya, superkonduktor konvensional yang digunakan ialah NbTi, tetapi temperatur kritis seperti YBCO yang lebih diminati dipasaran (American Magnetics Inc. 2008).
Gambar 2.9Proses pembuatan kawat superkonduktor (Physics World, 2009). Keuntungan kawat superkonduktor atas tembaga atau aluminium meliputi kepadatan arus maksimum yang lebih tinggi dan disipasi daya nol. Kelemahan termasuk biaya pendinginan dari kawat untuk superkonduktor temperatur (sering membutuhkan cryogens seperti helium cair atau nitrogen cair), bahaya pendinginan kawat (tiba-tiba kehilangan superkonduktivitas), sifat mekanik rendah dari beberapa superkonduktor, dan biaya bahan kawat dan konstruksi. Aplikasi utamanya adalah di magnet superkonduktor, yang digunakan dalam peralatan ilmiah dan medis di mana medan magnet yang tinggi diperlukan.
2.9 Karakterisasi
Karakterisasi suatu material dilakukan untuk mengidentifikasi material secara fisis agar dapat dibedakan dengan material lainnya. Oleh karena itu, dilakukan analisa struktur serbuk MgB2 dengan XRD, pengamatan mikrostruktur dan batas butir
material kawat superkonduktor MgB2 menggunakan SEM, serta nilai resistivitas
dan nilai temperatur kritis menggunakan Cryogenic Magnet.
2.9.1 X – Ray Difractometer (XRD)
XRD merupakan alat yang digunakan untuk mengkarakterisasi struktur kristal, ukuran kristal dari suatu bahan padat. Semua bahan yang mengandung kristal tertentu ketika dianalisa akan muncul puncak - puncak yang spesifik. Kelemahan alat ini tidak dapat untuk mengkarakterisasi bahan yang bersifat amorf. Struktur kristal dalam material berfasa tunggal atau lebih akan memiliki
pola XRD yang unik. Pola-pola XRD ini tersimpan dalam kumpulan data JCPDS/ICDD yang dapat digunakan sebagai data pencocokan puncak-puncak 2θ dan intensitas dari data XRD sampel yang diuji (Subhan, 2011).
Penghamburan sinar ini mengikuti hukum bragg yang memenuhi persamaan berikut:
n = 2d sinθ (2.7) dengan : = panjang gelombang sinar x
d = jarak antar kisi kristal θ = sudut datang sinar
n = orde difraksi (1,2,3 dan seterusnya)
Tujuan dilakukannya pengujian analisis struktur kristal adalah untuk mengetahui perubahan fase struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja yang terbentuk selama proses pembuatan sampel uji. Tahap pertama yang dilakukan dalam analisa sinar-X adalah melakukan analisa pemeriksaan terhadap sampel yang belum diketahui strukturnya. Sampel ditempatkan pada titik fokus hamburan sinar- X yaitu tepat ditengah-tengah plate yang digunakan sebagai tempat yaitu sebuah plat tipis yang berlubang ditengah berukuran sesuai dengan sampel dengan perekat pada sisi baliknya (Sholihah & Zainuri, 2012).
Hasil uji XRD kemudian dicocokkan dengan database International Commission Data Diffraction (ICDD). Ukuran kristal dilakukan dengan menggunakan persamaan formula Scherrer:
D = �λ
� � (2.8)
dengan : D = nilai ukuran kristal
= panjang gelombang sumber sinar X θ = sudut difraksi puncak
k = adalah konstanta Scherrer (Kubus = 0,94, lain = 1) B = nilai FWHM (Maharsi, Jamaludin. 2014)
2.9.2 Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM adalah alat analisis dalam penggambaran sampel dengan perbesaran hingga puluhan ribu kali. Dengan analisis SEM dapat melihat ukuran partikel yang tersebar pada sampel. SEM bekerja dengan memanfaatkan elektron sebagai
sumber cahaya untuk menembak sampel. Sampel yang ditembak akan menghasilkan penggambaran dengan ukuran hingga ribuan kali lebih besar (Yosmarina, 2012).
Sewaktu berkas elektron menumbuk permukaan sampel sejumlah elektron direfleksikan sebagai backscattered electron (BSE) dan yang lain membebaskan energi rendah secondary electron (SE). Emisi radiasi elektromagnetik dari sampel timbul pada panjang gelombang yang bervariasi tapi pada dasarnya panjang gelombang yang lebih menarik untuk digunakan adalah daerah panjang gelombang cahaya tampak dan sinar-X. Elektron-elektron BSE dan SE yang direfleksikan dan dipancarkan sampel dikumpulkan oleh sebuah sintillator yang memancarkan sebuah pulsa cahaya pada elektron yang datang. Cahaya yang dipancarkan kemudian diubah menjadi sinyal listrik dan diperbesar oleh photomultiplier. Setelah melalui proses pembesaran sinyal tersebut dikirim ke bagian grid tabung sinar katoda. (Nuha, 2008).
2.9.3 Cryogenic Magnet
Dalam fisika, Cryogenic merupakan studi tentang produksi dan perilaku bahan pada suhu yang sangat rendah. The National Institute of Standards and Technology telah mempertimbangkan bidang cryogenic melibatkan temperatur di bawah -180 ° C atau -292,00 ° F atau 93,15 K. Ini adalah garis pemisah logis, karena titik didih normal yang disebut gas permanen (seperti helium, hidrogen, neon, nitrogen, oksigen, dan udara normal) terletak di bawah -180 ° C sedangkan pendingin Freon, hidrogen sulfida, dan refrigeran umum lainnya memiliki titik didih di atas -180 ° C. (Di atas -150 ° C, -238 ° F atau 123 K).
Untuk melihat sifat asli elektron pada benda padat, diperlukan alat yang dapat mengkondisikan lingkungan menjadi temperatur super rendah. Untuk menciptakan kondisi super dingin tersebut, dipakai media pendingin berupa cairan Nitrogen (hingga 79K) maupun cairan Helium (4,2K). Namun dengan perkembangan teknologi peralatan pendukung temperatur super dingin, maka untuk pendinginnya dapat juga memakai gas Helium yang di compress/expand untuk menurunkan temperaturnya. Sedangkan untuk melihat sifat magnet material yang disebabkan oleh spin elektron, dibutuhkan kondisi medan magnet tinggi.
Dengan memberi medan magnet dari luar, memaksa spin elektron mengikuti medan magnet luar. Sifat perubahan arah spin tersebut terhadap medan magnet luar, dapat mengetahui sifat magnetik pada benda tersebut. Alat yang bisa dibuat untuk analisa sifat elektron tersebut yaitu Cryogenic Magnet. Adapun parameter perubahan yang bisa dilakukan : temperatur (1,5-300K), medan magnet (0-8T) dan sudut sampel terhadap medan magnet (0-180˚). Komponen terdiri dari unit utama cryogenic magnet yang merupakan tempat dimasukkannya spesimen, circulation pump merupakan sistem pompa sirkulasi untuk mengurangi tekanan gas Helium sehingga temperatur dapat diturunkan hingga 1.5K. (Bilstein, 1996).
Uji karakterisasi cryogenic magnet diawali dengan pemasangan sampel dengan menggunakan metode four point probe. Pada umumnya metoda ini digunakan untuk mengetahui besar resistivitas suatu material superkonduktor. Metode ini adalah salah satu jenis metode yang tidak merusak. Sesuai dengan namanya maka probe ini dipasang pada satu garis lurus (linear) dan masing- masing probe dipisahkan oleh jarak yang sama.
Gambar 2.10 Metode Four Point Probe
Arus dilewatkan melalui dua probe terluar dan beda potensial diukur melalui probe lainnya. Untuk material superkonduktor, selama arus (I) tidak melebihi arus kritis (Ic) maka beda potensial (V) akan bernilai nol, namun ketika arus (I) sama dengan arus kritis (Ic) maka V mempunyai harga tertentu.
= RA
l (2.8)
Di mana, = Resistivity (Ohm.cm) A = Luas penampang (cm2)
BAB 1 PENDAHULUAN