PENGARUH PENAMBAHAN KZCO3 TERHADAP STRUKTUR MIKRO SUPERKONDUKTOR YBaZCU307-x. Sugik S, P. Purwanto, Wisnu Ari Adi

(1)

p~

~

N~

H~

N~

""'" ~

X KI.

3, ISSN

1410-/6g6

PENGARUH PENAMBAHAN KZCO3 TERHADAP STRUKTUR

MIKRO SUPERKONDUKTOR YBaZCU307-x

Sugik S, P. Purwanto, Wisnu Ari Adi

Puslitbang Iptek Bahan -BATAN; Kawasan Puspiptek, Serpong-Tangerang

ABSTRAK

PENGARUH PENAMBAHAN K2CO3 TERHADAP STRUKTUR MlKRO SUPERKO~JDUKTOR YBa2CU307.. Pembuatan komposit superkonduktor YBa2Cu307-x/KCO2 dengan cara padatan telah dilakukan Karakterisasi superkonduktor tersebut meliputi, struktur mikro dan pola difraksi sinar-x Struktur mikro komposit superkonduktor tersebut dilihat secara visual dengan mikroskop sapuan elektron (SEM), nampk terlihat suatu perubahan pada butiran. yang terdispersi, hal ini menunjukkan penambahan K2CO3 mempengaruhi pada butiran tersebut .Pola difraksi komposit superkonduktor YBa2Cu307-x/ K2CO3 terjadi perubahan pada YBCO dengan penambahan K2CO3 ,hal ini ditunjukkan adanya puncak-puncak difraksi yang hilang pada sudut sudut difraksi tertentu. Temperatur kritis pada superkonduktor YBCO sebagai berikut, Tc pada YBCO = 90 oK, Tc YBCO/2% K2CO3 = 87 oK dan Tc pada YBCO/4% K2CO3= 85 OK

ABSTRACT

INFLUENCE OF K2CO3 INCREASMENT AGAINTS MICOSTRUCTURE OF SUPERCONDUCTOR YBa2Cu307-x. The composite superconductor preparation of YBa2Cu307-x/ K2CO3 had been carried out. The superconductors had been characterized as follow, microstructure and x-ray diffraction. The Microstructure of YBa2Cu307-x / K2CO3 superconductors composite was seen by secondary electron microscopy (SEM), to point out to change at the grains after increasing of K2CO3 in the superconductors of YBa2Cu307-x. Diffraction x-ray has been observed on the superconductor composite YBa2Cu307-x / K2CO3 , the result show a change that some peaks of difraction disappear at the certain dffraction. Critis temperature (Tc) of superconduktor YBCO as following, Tc of YBCO = 90 oK, Tc ofYBCO/2% K2CO3 = 87 OK and Tc of YBCO/4%

K2CO3 = 85 oK

PENDAHULUAN

Superkonduktor mempunyai sifat rapuh dan

getas, dimana mengalami kesulitan dalam membentuk

yang berguna seperti kawai, lembaran tipis. Sifat-sifat

superkonduktor

yang rapuh dan getas ini, dikembangkan

dengan mencampur bahan K2CO3. Bahan K2CO3

dicampurkan dengan perbandingan

berat tertentu untuk

membentuk komposit superkonduktor

Dengan

terbentuknya komposit superkonduktor YBa2Cu30'-xl

K2CO3 (YBCO/K2CO3) diharapkan dapat mengurangi

sifat getas dan rapuh serta sifat elastis bertambah

baik

tanpa mengurangi

sifat konduktivitas superkonduktor.

Temperatur transisi pada superkonduktor

YBa2Cu30,-x

dari tetragonal menjadi orthogonal terjadi

pada selang temperatur 350 sampai 950 °c, dimana

memungkinkan terjadi pengaturan kesetimbangan

konsentrasi

oksigen. Gerakan oksigen ini akan tersisip

atau terlepas dari bidang CuO pada temperatur

diatas 350

°c, sedangkan

pada temperatur kamar oksigen tidak

bergerak sehingga kesetimbangan

konsentrasi oksigen

dapat

diabaikan

[I].

Perubahan oksigen didalam temperatur tinggi pada superkonduktor YBaZCU307-x, dimana sifat-sifat superkonduktor tergantung pada konsentrasi daD keteraturan oksigen didalam kisi, penelitian ini telah dilakukan oleh A.A. Stepanov,et aPZ] Pengaturan penyisipan oksigen pada superkonduktor YBaZCu307-x, ke dalam keadaan kesetimbangan oksidasi untuk

intercalation lapisan yang tidak tergantung hanya pada oksigen daD temperatur, tetapi juga pada cation" struktur. Penelitian telah dilakukan oleh John B.G daD A Manthiram[3]

Pada konsentrasi oksigen yang rendah, atom-atom oksigen tersisip pada struktur kristal tetragonal, sedangkan konsentrasi oksigen lebih besar, atom oksigen tersisipkan pada struktur kristal orthorombic. Konsentrasi daD keteraturan oksigen didalam kisi YBCO merupakan sifat fundamental dari superkonduktor .[4]

lnteraksi Mtara superkonduktor YBCO dengan KZCO3 dilakukan pengukuran dengan difrakksi sinar-x (XRD), berdasarkan sudut difraksi daD intensitas yang

~,

2g J~ 2000

(2)

p~

I(l!.O,

T~

~

M~ ~~

vg..,c..,0,..

~5,~.

terjadi.

Sedangkan pengujian struktur

mikro

superkonduktor dilakukan dengan mikroskop sapuan

elektron (SEM) untuk melihat struktur mikro, komposisi,

distribusi butiran.

PROSEDUR KERJA

(I) Pernbuatan superkonduktor YBa2CU307-x

secara

reaksi padatan dari oksida-oksida Y, Ba, Cu,

dilakukan dengan penggerusan oksida-oksida

tersebut sampai halus selama 5 jam. Selanjutnya

oksida-oksida tersebut dipelet dengan diameter 1,5

crn. Kalsinasi dilakukan pacta temperatur 800

°C,selama 18 jam. Selanjutnya basil kalsinasi

digerus lagi dan dipellet dengan diameter yang

sarna. Hasil pellet disinter pacta ternperatur

950 °c

selama

20 jam.

komposit superkonduktor YBa2Cu307-xl K2CO3 terdispersi stelah penambahan K2CO3 .dispersi pada batas butir ini, yang memungkinkan terjadi pengisian unsur lain, sehingga keteraturan butiran dan batas butiran akan menjadi lebih berkurang.

Penambahan K2CO3 pada superkonduktor YBa2Cu307-x , akan mempengaruhi pada struktur mikro komposit superkondutktor tersebut.

Pada lapisan bidang CuD yang merupakan lokasi kekosongan oksigen dalam struktur mikro dan juga merupakan tempat terjadinya penyisipan dan

pelepasan oksigen, sehingga mempengaruhi pada

morfologi struktur mikro YBCO daD YBCOI K2CO3, hal ini ditunjukkan pada Gambar la-d.

Kekosongan dan reaksi penyisipan oksigen kedalam struktur mikro superkonduktor telah dilakukan oleh C. Jiang et al [5]

Jika terjadi pengisian K2CO3 kedalam superkonduktor YBCO, maka butiran superkonduktor akan mengalami dispersi. Gambar struktur mikro butiran YBCO dan YBCOI K2CO3 nampak jelas perbedaannya, dalam hal ini pengisian K2CO3 mengalami dispersi pada komposit superkonduktor YBCOI K2CO3o

(2) Pembuatan komposit superkonduktor YBalCU307-xl K1CO3, pertama dengan membuat superkonduktor YBCO yang telah disinter pada temperatur 950 DC selama 20 jam daD menunjukkan sifat melayang diatas permukaan magnet permanen. Kedua, superkonduktor YBCO dicampur dengan K1CO3 dengan perbandingan berat 1-10 % berat K1CO3. Selanjutnya campuran superkonduktor tersebut dipanaskan pada temperatur 950 °C selama 20 jam, supaya terjadi kekompakan. Selanjutnya superkonduktor YBalCu307-xf K1CO3 basil sinter diuji sifat melayangnya dengan effect Meisner. (3) YBCO hasil sinter digerus clan dicampur dengan

variasi berat 1-10 % berat K2CO3. Kedua campuran ini digerus sampai halus selama 5 jam clan dipelet dengan diameter sarna dengan tekanan 7 ton. Hasil pelet dipanaskan pada temperatur 250 °c selama 4 jam.

(4) Selanjutnya pengujian komposit superkonduktor YBCO/ K2CO3 dengan mempergunakan mikoskop

sapuan elektron (SEM), difraksi sinar-x (XRD). Gambar 1 a. Morfologi YBGa

BASIL DAN PEMBABASAN

Struktur Mikro

Struktur mikro YBCO, ditunjukan pada Gambar la. Struktur mikro YBCO/ K2CO3 dengan variasi K2CO3 mulai dari 2 sampai 10 % berat ditunjukan pada Gambar 1 b-d. Gambar struktur mikro YBCO secara visual nampak jelas perbedaan pada butiran yang ditunjukkan pada gambar struktur mikro superkonduktor YBCO/ K2CO3 terutama pada butiran-butirannya. Begitu juga rongga yang terbentuk pada barns butiran.,nampak jelas terlihat butiran sebelum dilakukan penambahan K2CO3, ditunjukkan pada Gambar 1. Setelah ditambahkan K2CO3 kedalam superkonduktor YBa2Cu307-x ,akan mengalami distorsi pada butiran dan batas butiran. Pada Gambar

1 (b-d), nampak terlihat butiran dan batas butiran Gambar 1 b. Morfologi YBCO/2% K2CO3

47

(3)

p~

K,CO,

1~

~

11~ s..ftII~

yg...~,o'.

4" S,""",.

Gambar 1c. Morfologi YBCO/4% K2CO3

K2CO3 mengisi ruang kosong pacta superkonduktor YBCO, yang membuat kekerasan superkonduktor YBCO menurun. K2CO3 merupakan salah satu cacat kristal pacta superkonduktor YBCO yang ditunjukkan dengan penurunan intensitas. Ditinjau secara sturktur mikro yang dilihat dengan mikrokop elektron tidak nampak jelas dispersi K2CO3 pacta superkonduktor YBCO. Hal

diperlihatkan pacta Gambar 2(a-d).

Pengaruh cacat kristal telah dijelaskan oleh James D .J et of dan K. Ruck et of [6.7]. Cacat kristal yang terjadi meliputi penggantian tempat kedudukan logam, kerusakan tempat kedudukan logam, kekosongan oksigen, penyisipan oksigen, terjadinya pergeseran atom lokal yang berpengaruh pacta terbentuknya superkonduktor. Pengaruh cacat kristal mempengaruhi intensitas dan sudut difraksi sinar-x.

Kenaikan intensitas merupakan pengaruh unsur K2CO3 yang mengisi ruang didalam superkonduktor YBCO, sehingga terjadi interferensi yang saling menguatkan. Sebaliknya intensitas menurun, terjadi interferensi yang saling melemahkan. Menurut acuan [8), suatu material yang memiliki sifat senyawa atau campuran akan memiliki pola difraksi karakteristik, sedemikian sehingga pola difraksi suatu material merupakan superposisi dari pola difraksi komponen yang dikandung dengan intensitas yang sesuai dengan konsentrasinya. Data pengamatan XRD ditunjukkan pacta Tabell a-d.

Gambar 1d.Morfologi YBCO/100/0 K2CO3

Gambar 2a. Pola difraksi YBCO

Gambar 2b. Pola difraksi YBCO/2% K2CO3

Difraksi Sinar X

Gambar 2a, menunjukan pola difraksi sinar-x superkonduktor YBCO, dan Gambar 2b-d adalah pola difraksi pada superkonduktor YBCO/ K2CO3 dengan variasi K2CO3 dari 2-10 % berat. Gambar 2a-c, pola difraksinya tetap, tetapi mengalami penurunan intensitas. Sedangkan Gambar 2d , pola difraksi agak berbeda dari pola difraksi superkonduktor YBCO yang belum ditambahkan Spektrum superkonduktor YBCO/ K2CO3 . Hal ini menunjukan adanya interaksi antara YBCO dengan K2CO3 .

Gambar .2a, menunjukkan intensitas tertinggi pada sudut 29,48° untuk YBCO/2% K2CO3 clan YBCO/4% K2CO3.pada sudut difraksi 32,40° Sedangkan YBCO/10% K2CO3 intensitas tertinggi pada sudut 32,52°. Pergeseran intensitas tertinggi terjadi pada sudut difraksi tertentu,yang menunjukkan adanya pengisian K2CO3 kedalam superkonduktor YBCO.

Dari jarak dhkh menunjukkan bahwa superkonduktor YBCO/4% K2CO3 clan YBCO/lO% K2CO3 membentuk rasa lain. Terbentuknya rasa lain ini, karena mulai terjadi penambahan 4% K2CO3 Hal ini ditunjukkan pada jarak dhkl tidak mewakili keseluruhan dhkl pada YBCO.

Pengisian K2CO3 ini mempengaruhi intensitas difraksi, seperti ditunjukkan pada Tabel la-d. Dispersi

(4)

p~

K,QO,

T~

~

H~ s..1'l-1~

vc..,(?",o".

5..f" 5,4/L.

Gambar 2c. Pola difraksi YBCO/4% K2CO3

Gambar 2d. Pola difraksi YBCO/100/0 K2CO3 Temperatur Kritis

Dari pengukuran temperatur kritis dengan metode empat probe menunjukkan , bahwa penambahan K2CO3 ke dalam superkonduktor YBCO menurunkan temperatur kritisnya. Dari kurva diperoleh basil temperatur kristis sebagai berikut, Tc pada YBCO = 90 oK, Tc YBCO/2% K2CO3 = 87 oK clan Tc pada YBCO/4% K2CO3 = 85 oK. Kurva hubungan resistivitas terhadap suhu ditunjukkan pada Gambar 3(a-c).

Tabel1a. YBC(

=:I;=

1,4159

1,5649 i

1,6542

1,7492

1,8770

12 1,9997

2,1952

2,2293

2,3374

2,5379

2,7334

2,8455

2,9633

3.0272

)/0% ~CO3: 1/10 I I(kcps) I

28

13 I 4 4 1

6

3

] ]

7

4

3

2

29,48]

22

20

21

20

27

43

23

25

36

29

28

56

58

100

~

~~

~

0,221

Gambar 3a. Temperatur Kritis YBCO

Tabel1b. YBCO/2% K?CO:\

dhkl (A)

!J1.i!

1/10

~~~~~~~

2.7601

27

54

23

35

27

43

44

100

25

38 I(kcps)

~

0,079

28 68,190

58,106

55,179

48,565

46,830

45,312

38,264

36,421

32,409

-30,132

2,9633

29,590

3,0164

Gambar 3b Temperatur Kritis YBCO/2% K2CO3

49

(5)

p~

K,CO,

1~

~

,.,,~ s..~~

YE...(!..,O,..

$..fIt 5..l/£A.

DAFfARPUSTAKA

[1]. FAN ZHANGUO, JI CHUNLIN dan WUN JUN TAO ,1989, The Transition Temperature of

Tetragonal to Orthorhombic Phase of YBa2Cu30x, Mod.Phys.Lettr.B-b,No.13, 1009-1012.

[2]. A.A. STEPANOY, et al,1990, Kinetics of Oxygen Exchange in High Temperature YBa2Cu306"x. Mod.Phys.Lettr.B-4,No.129-35.

[3]. JOHN B, GOODENOUGH DAN A

MANHlRAM, 1988, The Role of Oxygen in YBa2Cu307-x, J.of.Mod.Phys.B-2,No.3&4,379-391. [4]. F. TOCI, et ai, 1988, Thermodynamic Study on

YBa2Cu307-x, Mod. Phys. Lettr. B-2, No.10,1189-1198.

[5]. C. JIANG dan J.P CARBOTTE,1993, Thermal Conductivity of Layered Superconductors, J. Mod. Phys. B7,No.I-3,95-98.

[6]. JAMES D.J, et all, 1990, Defect in Oxide Superconductor: The key to synthesis and superconductivity, Neutron New, No.2,24-30. [7]. KRUCK, H BORRMANN dan A SIMON,1995,

X-Ray Structure Analysis of YBa2Cu306.7, Solid State Comm.93,No.l1 ,865-868.

[8]. B.D. CULLITY, 1959, Element X-Ray Diffraction, Addison-Wesley Publishing Co.

Gambar 3c Temperatur Kritis YBCO/4% K2COa

KESIMPULAN

Struktur mikro komposit superkonduktor YBa2Cu307-xl K2CO3 dilihat secara visual dengan mikroskop sapuan elektron (SEM), nampk terlihat suatu perubahan pada butiran yang terdispersi, hal ini menunjukkan penambahan K2CO3mempengaruhi pada butiran dan batas butiran tersebut.

Pola difraksi sinar-x pada komposit superkontor YBa2Cu307-xl K2CO3, menunjukan adanya puncak dan sudut difraksi yang hilang dengan penambahan K2CO3 pada superkonduktor YBa2Cu307-x Kenaikan dan penurunan intensitas tidak teratur, setelah adanya penambahan konsentrasi K2CO3 yang terjadi pada sudut difraksi tertentu.

Temperatur kritis pada YBCO dengan ditambahkan K2CO3 adalah menurun.

TANYA-JAWAB

Penanya: Andon lnsani (P3IB-BATAN):

1. Apa maksud dekompaksi?

2. Apa maksud

pengukuran

dengan

efek meissner?

Jawaban:

1.

2.

Dekompaksi adalah dipres/dibuat menjadi bentuk pelet.

Pengukuran efek Meissner adalah pengukuran sifat mengambang pada nitrogen cairo Efek Meissner merupakan fenomena yang paling mendasar untuk membuktikan bahwa bahan tersebut bersifat superkonduktor yaitu: fenomena perubahan fluks medan magnet luar terhadap bahan superkonduktor. Hal ini terjadi karena adanya arus permukaan yang diakibatkan daTi induksi daTi fluks magnet ekstemal.

Penanya

: Siti Wardiyati (P3IB-BA TAN):

Apakah alasan

penambahan

K2CO3

?

Jawaban

login meningkatkan sifat elastisitas bahan sehingga diharapkan dapat digunakan dengan baik.