Pengaruh Temperatur Pemanasan pada Superkonduktor Magnesium Diboride (MgB2)

(1)

PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA

SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM

DIBORIDE (MgB

2

)

SKRIPSI

FERNANDA

130801027

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM

DIBORIDE (MgB2)

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar

Sarjana Sains

FERNANDA

(3)

PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh Temperatur Pemanasan pada Superkonduktor Magnesium Diboride (MgB2) Kategori : Skripsi

Nama : Fernanda Nomor Induk Mahasiswa : 130801027

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Juli 2017

Komisi Pembimbing

Pembimbing 2 Pembimbing 1

Sigit Dwi Yudanto, S.T., M.Si Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc NIP. 198205112008011004 NIP.195503171986011001

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua

(4)

PERNYATAAN

PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA

SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM

DIBORIDE (MgB

2

)

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, April 2017

Fernanda

(5)

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas segala Anugrah dan Karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat selesai disusun untuk memenuhi kewajiban penulis sebagai salah satu syarat mendapatkan gelar Sarjana Sains di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Adapun judul dari Tugas Akhir ini: “Pengaruh Temperatur Pemanasan pada Superkonduktor Magnesium Diboride (MgB2)”.

Rasa hormat dan terima kasih penulis ucapkan kepada kedua orang tua tercinta Ayahanda Ramli Abdul Rahman dan Ibunda Eliza yang telah memberikan kasih sayang, doa dan memenuhi segala kebutuhan penulis selama ini baik moral maupun materi. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kakak dan adik tersayang Mentari Wandira dan Ferninda, S.Si serta keluarga besar atas semua motivasi dan semangatnya kepada penulis.

Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc selaku Dosen Pembimbing 1 dan Bapak Sigit Dwi Yudanto, S.T., M.Si selaku Dosen Pembimbing 2 yang yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membimbing penulis selama penyusunan serta menyempurnakan Tugas Akhir ini. Terima kasih kepada Ibu Prof. Dr. Zuriah Sitorus, MS dan Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si selaku Dosen Penguji yang telah memberikan panduan dan masukan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS dan Bapak Awan Maghfirah, S.Si., M.Si selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU. Terima kasih kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan FMIPA USU dan Pembimbing Akademik penulis beserta staf pegawai. Terima kasih kepada Bapak Dr. Ing. Andika Widya Pramono, M.Sc dan Bapak Dr. Agung Imaduddin, M.Eng selaku Kepala Pusat dan Ketua Tim Superkonduktor Penelitian Metalurgi dan Material-LIPI.

(6)

Irvan Khairiza dan Erianto Simatupang yang saling berjuang dan membantu serta saling memberikan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Dan teruntuk teman berbagi Y. Mirsal P. RG, SH yang telah menemani, memberi dukungan dan mendoakan penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Terima kasih kepada rekan-rekan Mahasiswa Fisika 2013 atas motivasi dan dukungannya selama ini.

Akhir kata dengan kerendahan hati, penulis mengharapkan semoga hasil Tugas Akhir ini dapat memberikan sumbangan pikiran yang berguna bagi fakultas dan pengembangan ilmu pengetahuan. Penulis juga menyadari masih banyak kekurangan dalam Tugas Akhir ini, baik dalam teori maupun penulisannya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dari pembaca demi perbaikan bagi penulis.

Medan, April 2017

(7)

PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA

SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM

DIBORIDE (MgB

2

)

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan tentang Pengaruh Temperatur Pemanasan Pada Superkonduktor Magnesium Diboride (MgB2) menggunakan metode Powder In

Sealed Tube (PIST). MgB2 adalah superkonduktor yang memiliki temperatur kritis ~39 K. Pemanasan superkonduktor MgB2 komersil dilakukan untuk mempelajari pengaruh pemanasan terhadap karakteristik superkonduktivitas material MgB2. Material ini dipanaskan dengan metode Powder In Sealed Tube (PIST). Bahan baku berupa serbuk MgB2 komersil ditimbang, kemudian dimasukkan kedalam pipa

stainless steel tipe SS304 dan dilakukan proses kompaksidengan tekanan 110 MPa, selanjutnya dilakukan proses pemanasan (Heat Treatment) menggunakan muffle furnace dengan temperatur 400˚C, 7500C dan 8800C selama 1 jam. Kemudian sampel dikarakterisasi dengan alat XRD, SEM, dan Cryogenic Magnet. Hasil identifikasi fasa melalui XRD menunjukkan fasa-fasa yang terbentuk antara lain MgB2, MgB4 dan MgO. Struktur morfologi yang dilihat melalui SEM. Dari pengujian Cryogenic Magnet dapat dilihat bahwa pemanasan superkonduktor MgB2 komersil pada temperatur 4000C menunjukkan nilai temperatur kritis, Tconset, sebesar

42,60 K tetapi tidak memiliki Tc0. Sedangkan pemanasan superkonduktor MgB2 komersil pada temperatur 7500C tidak menunjukkan adanya sifat superkonduktivitas dan pemanasan superkonduktor MgB2 komersil pada temperatur 8800C menunjukkan nilai temperatur kritis, Tconset, sebesar 41,11 K dan Tc0 sebesar 37 K.

(8)

THE EFFECT OF HEATING TEMPERATURE IN

SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM

DIBORIDE (MgB

2

)

ABSTRACT

Experimental Effect of Heating Temperature In Superconductor Magnesium Diboride (MgB2) using Powder In Sealed Tube (PIST) method has been done. MgB2 superconductors has critical temperature ~ 39K. Heating of commercial MgB2 superconductors conducted to study its effect on characteristic against superconductivity in MgB2 material. This material is heated by the method of Powder In Sealed Tube (PIST) method. Raw materials floured commercial MgB2 were weighted. Then inserted into the type of SS304 stainlees steel pipe and do a pressing process with a pressure of 110 MPa, furthermore do heating process (Heat Treatment) using a muffle furnace with temperature of 4000C, 7500C and 8800C for 1 hours. Then the samples were characterized by means of XRD, SEM, and Cryogenic Magnet. Phase identification seen by XRD, there are several phases that form such as, MgB2, MgB4 and MgO. The structure of morphology seen through SEM. Based on testing of Cryogenic Magnet can be seen that the heating of commercial MgB2 superconductor at 4000Cindicates temperature, Tconset, of 42,60 K but does not have Tc0. While, heating of commercial MgB2 superconductor at 7500C did not show the superconductivity and heating of commercial MgB2 superconductor at 8800C indicates temperature,Tconset, of 41,11 K and Tc0 of 37 K.

(9)

DAFTAR ISI

2.1 Pengertian Superkonduktor 5 2.2 Sejarah dan Perkembangan Superkonduktor 5 2.3 Jenis-jenis Superkonduktor 7 2.3.1 Superkonduktor Tipe I 7 2.3.2 Superkonduktor Tipe II 7 2.3.3 Superkonduktor Temperatur Tinggi 8 2.3.4 Superkonduktor Temperatur Rendah 8 2.4 Karakteristik Superkonduktor 8 2.4.1 Medan Magnet Kritis (Hc) 8

2.7 Differential Thermal Analysis/ 13 Thermal Gravimetric Analysis

(10)

2.11 Cryogenic Magnet 24

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Analisis Termal Sampel MgB2 Komersil 39 Menggunakan DTA

4.2 Analisis Fasa MgB2 Komersil Menggunakan 40

(11)

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 54

5.2 Saran 54

DAFTAR PUSTAKA 55

(12)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

1. Lembar Data Spesimen MgB2 KomersilTanpa 42 Pemanasan pada Software Match

2. Lembar Data Spesimen MgB2 komersil dengan 43 pemanasan temperatur 400oC pada Software Match

(13)

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar Judul Halaman

1. Grafik hubungan temperatur dan resistivitas pada logam 5 dan Superkonduktor

2. Fluks magnet pada jangkauan kritis 7

3. Efek Meissner 9

4. Keadaan kisi atom pada superkonduktor 9 5. Grafik resistivitas terhadap temperatur 10 6. Grafik perkembangan superkonduktor konvensional 11

terhadap temperatur kritis (Tc)

7. Struktur kristal MgB2 11

8. Diagram fasa MgB2 12

9. Ilustrasi analisis termal pada solid 14

10. Skematis komponen DTA 14

11. Kurva DTA 15

12. Kurva DSC untuk bubuk campur Mg: B (1: 2), laju 16 Pemanasan 5, 7,5, 10 dan 150C / min. Pada grafik

menunjukkan kurva turunan dari kurva DSC

13. Pertumbuhan ikatan mikrostruktur antar partikel selama 18 Proses sintering

14. Pola XRD MgB2 bulk sintesis dengan temperatur 19 berbeda

15. Pola XRD sampel MgB2 yang disintering pada sembilan 20 temperatur selama 1 jam

16. Skema SEM 21

17. Morfologi SEM MgB2 pada temperatur 8000C 22 18. Hasil uji SEM dari dua MgB2 bulk yang disiapkan 23

mulai dari Mg + B (a, c) dan MgB4 + Mg (b,d)

19. Skema pengukuran resistivity memakai metode four point 24 probe

20. Diagram alir prosedur penelitian 27 21. (a) Penimbangan bahan MgB2 komersil 28 (b) Neraca digital kern EW 220-3NM 28 22. Alat uji DTA/TGA

23. (a) Alat pemotong SS 304 Tube 29 (b) Proses pemotongan SS 304 Tube 29

24. (a) Stainlees steel 304 Tubes 30

(b) Tube setelah dikompaksi 30 (c) Mesin Press BMI Simon Machinery MFG.CO. 30 Indonesia

25. (a) Sampel yang akan disintering 31

(b) Muffle furnace 31

(14)

(b) Proses pemanasan pada temperatur 750°C 32 (c) Proses pemanasan pada temperatur 880°C 32 27. Preparasi sampel untuk uji XRD 33

28 Perangkat uji XRD 34

29. (a) Preparasi sampel uji SEM 35

(b) Auto fine coater 35

30 Perangkat uji SEM 35

31 (a) Proses preparasi sampel uji Cryogenic 37 (b) Sampel yang telah siap untuk diuji 37

32. (a) Cryogenic magnet 37

(b) Circulation pump 37

(c) Compressor gas helium 38

(d) Temperature and magnet controller 38

33. Hasil Uji DTA/TGA pada MgB2 Komersil 39 34. Pola XRD MgB2 komersil tanpa pemanasan 41 35. Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 4000C 42 36. Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 7500C 44 37. Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 8800C 45 38. Pola XRD gabungan semua sampel pemanasan 47 39. Hasil uji SEM dengan perbesaran 500x 48 40. Kurva resistivitas terhadap temperatur ktitis 50 41. Hasil uji resistivity menggunakan multimeter 51 42. Kurva perbandingan resistivitas terhadap temperatur 52

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran Judul Halaman

(16)

DAFTAR SINGKATAN

MgB2 : Magnesium Diboride PIST : Powder Sealed In Tube

BCS : Bardeen, Cooper and Schrieffer HTS : High Temperature Superconductor LTS : Low Temperature Superconductor Jc : Critical Current Density

Hc : Critical Magnetic Field Tc : Critical Temperature SS : Stainlees Steel

DTA/TGA : Differential Thermal Analysis / Thermal Gravimetric Analysis XRD : X-Ray Diffraction