KARAKTERISASI SUPERKONDUKTOR SISTEM Sr FASE 0212 PADA (PB0,4Sr1,65)(CdxCax-1)Cu2Oz
Wendri Nyoman*, Suharta I W.G*, Widagda*
*Jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana
ABSTRAK
Telah dibuat superkonduktor (Pb0.4Sr1.65)(NdxCax-1)Cu2Oz dengan penambahan unsur Nd dari 0.1 sampai 0.4 molar dan pengurangan unsur Ca dari 0.9 sampai 0.6 molar. Hasil karakterisasi dan perhitungan maka dapat disimpulkan, bahwa Nd dan Ca secara bersamaan dapat menggantikan unsur Y, terlihat dari hasil XRD yang sudah menghasilkan spektrum yang sesuai dengan spektrum superkonduktor sistem Sr fase 0212. Penambahan unsur Nd dari 0.1 sampai 0.2 molar, dan pengurangan unsur Ca dari 0.9 sampai 0.8 molar dalam sintesa superkonduktor sistem Sr-0212 yaitu (Pb0.4Sr1.65)(NdxCax-1)Cu2Oz dapat meningkatkan pertumbuhan fase Sr-0212, dan menekan pertumbuhan fase impuritas, sedangkan penambahan unsur Nd dari 0.2 sampai 0.4 molar, dan pengurangan unsur Ca dari 0.8 sampai 0.6 molar dapat menghambat pertumbuhan fase Sr-0212 dan merangsang pertumbuhan fase impuritas sehingga dapat menurunkan harga suhu kritis dan dapat nenurunkan harga fraksi volume.
Kata Kunci : superkonduktor, Sr fase 0212, efek Meissner, difraksi sinar-X, suhu kritis, SEM
ABSTRACT
It has been made the superconductor (Pb0.4Sr1.65)(NdxCax-1)Cu2Oz with adding Nd cations from 0.1 until 0.4 in molar, and decreasing Ca cations from 0.9 until 0.6 in molar. From all observations, measurements and characterization, we could be inferred that : The cation of Nd and Ca could be to replace Y cation, that showed from the result of XRD, where they have been spectrum the same as with Sr-0212 system. The adding Nd cations from 0.1 until 0.2 in molar, and decreasing Ca cations from 0.9 until 0.8 in molar were resist the impurity phases, but the adding Nd from 0.2 until 0.4 in molar, and decreasing Ca cations from 0.8 until 0.6 in molar could be stimulating of growth of growth the impurity phases, could decreasing volume fractions and could decreasing critical temperature.
Key Word : superconductor, Sr fase 0212, effect Meissner, X-ray diffraction, critical temperature, SEM
I. PENDAHULUAN
Dalam penelitian ini dilakukan sintesa superkonduktor sistem Sr untuk mengkaji bagaimana pengaruh sustitusi Sr dengan Pb dan Nd secara bersamaan pada pembentukan fase 0212 pada superkonduktor sistem Sr. Substitusi atau penggantian unsur tersebut diharapkan dapat mengakibatkan adanya perubahan terhadap struktur Kristal fase 0212 dan perilaku superkonduktivitasnya.
Dengan perubahan tersebut diharapkan dapat menghasilkan bahan dengan suhu kritis tinggi, dihasilkan bahan dengan ukuran butiran besar, dan dapat dihasilkan bahan dengan fraksi volume yang besar. Bahan baru tersebut diharapkan dapat memperkaya material superkonduktor untuk keperluan aplikasi teknologi.
Khusus untuk superkonduktor sistem Sr atau sistem BSCCO tanpa Bi telah banyak diteliti oleh peneliti diantaranya hasil penelitian yang dilaporkan oleh P. Zoller, dkk dan B.Selling, dkk, yaitu dengan komposisi Bi0.5La1.5-YxSrCu2Oy dan (Bi,La,Sr)2Sr1-xCaxCu2Oy dengan suhu kritis 75 K. Padahal dalam superkonduktor sistem BSCCO fase 0212 atau dengan perbandingan stoikiometri antara Bi:Sr:Ca:Cu adalah 0:2:1:2, jelas sekali terlihat bahwa pada sistem tersebut tidak
mengikutsertakan unsur Bi. Kalau unsur Bi diikutsertakan, maka dalam senyawa yang terbentuk juga akan memunculkan senyawa yang mengandung Bi, sehingga kemungkinan besar fase yang terbentuk bukan 0212 melainkan fase 1212.
Tujuan dari penelitian ini adalah, dengan subtitusi Pb dan Nb diharapkan dapat diperoleh bahan superkonduktor sistem Sr Fase 0212 (Sr-0212) atau sistem BSCCO fase tunggal 0212 (Bi-02-0212) dengan suhu kritis tinggi, fraksi volume tinggi dan homogenitas tinggi.
II. EKSPERIMEN
Metode yang digunakan dalam sintesis bahan superkonduktor sistem Sr Fase 0212 atau (Pb0.4Sr1.65)(NdxCa1-x)Cu2Oz adalah metode Solid State Reaction (Reaksi Padatan) dan Melt Textured (pelelehan), yang sesuai dengan prosedur sebagai berikut : pencampuran bahan awal, penggerusan pertama, kalsinasi, penggerusan kedua, peletisasi, sintering, dan pelelehan.
Bahan awal yang yang digunakan adalah senyawa oksida PbO, SrCO3, CaCO3, CuO dan Nd2O3 dengan kemurnian sangat tinggi untuk menghindari kontaminasi unsur lain. Perbandingan molar unsur Pb, Sr, Nd, Ca, dan Cu, ditunjukkan pada table 1.
Tabel 1 : Bahan campur awal dengan perbandingan komposisi moral
Tabel 2 Berat senyawa yang harus ditimbang
Proses sintesis yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan metode solid state raction, dengan langkah-langkah sebagai berikut
Gambar 4.2. Kurva proses sintering superkonduktor sistem Sr Fase 0212
Proses sintesis secara keseluruhan diperlihatkan pada diagram alir gambar di bawah :
III. HASIL DAN PENGAMATAN
Hasil pengamatan efek Meissner untuk semua sample diperlihatkan pada table 3.1 Tabel 3.1 Hasil pengamatan efek Meissner
Hasil Pengamatan efek Meissner ke empat sample (Pb0.4Sr1.65)(NdxCa1-x)Cu2Oz dengan variasi unsure Nd dan Ca seperti diperlihatkan pada table 3.1. Dapat dilihat bahwa ke empat sample tersebut belum semuanya menunjukkan efek Meissner atau menunjukkan levitasi, dalam artian belum
semua sample menjadi bahan
superkonduktor. Hasil karakteristik
sepektum XRD untuk sample
(Pb0.4Sr1.65)(Nd0.1Ca0.9)Cu2Oz,
(Pb0.4Sr1.65)(Nd0.2Ca0.8)Cu2Oz, masing-masing diperlihatkan pada Gambar 3.1, dan 3.2.
Gambar 3.2. Kurva hasil karakteristik XRD sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.2Ca0.8)Cu2Oz Secara garis besar pola difraksi sinar-X yang
dihasilkan sudah sesuai dengan pola difraksi sinar-X senyawa (Pb0.4Sr1.65)(NdxCa 1-x)Cu2Oz hanya masih terlihat kemunculan beberapa impuritas. Spektrum XRD sample (Pb0.4Sr1.65)(NdxCa1-x)Cu2Oz yang diberi perlakuan penambahan Nd sebesar 0.1 molar dan Ca sebesar 0.9 molar pada gambar 3.1, memperlihatkan fase Sr-0212 dengan intensitas cukup tinggi pada sudut 20= 24.2o, 32.6o, 37.9o, 47.5o, 51.2o dan 58.5o. Sedangkan fase impuritas muncul dibeberapa sudut dengan intensitas yang cukup tinggi, yaitu pada sudut 20= 12.26o,14.88o, 27.53o, 29. 97o , 31.75o, 32.9o, 34.65o, 45.16o , 57. 46 o dan 59.29o. Jumlah spectrum fase impuritas yang muncul pada sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.1Ca0.9)Cu2Oz cukup banyak, namun intensitasnya kecil.
Dengan penambahan unsure Nd dari 0.1 menjadi 0.2 dengan pengurangan unsure Ca dari 0.9 menjadi 0.8, yaitu pada sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.2Ca0.8)Cu2Oz seperti terlihat pada gambar 3.2 memperlihatkan spektrum XRD untuk fase Sr-0212 yang hampir sama dengan sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.1Ca0.9) Cu2Oz, yaitu pada sudut 20 = 24.2o, 32.6o, 37.9o, 47.5o, 51.2o dan 58.5o serta muncul fase impuritas pada sudut yang sama dengan sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.1Ca0.9)Cu2Oz. Penambahan unsure Nd dan pengurangan unsure Ca ternyata mampu menghambat pertumbuhan fase impuritas, terutama pada sudut 20 = 31.75o, 34.65o, 45.16o, 55.52o, dan 57.46o.
Dari hasil karakterisasi XRD kedua sample di atas, maka dapat dikatakan bahwa penambahan unsure Nd dari 0.1 sampai 0.2 molar dan pengurangan unsur Ca dari 0.9
sampai 0.8 dapat meningkatkan pertumbuhan fase impuritas. Sedangkan penambahan unsure Nd dari 0.2 sampai 0.4 sampai 0.6 dapat menekan pertumbuhan fase Sr-0212, dan merangsang pertumbuhan fase impuritas.
Dengan mendinginkan sample mencapai suhu nitrogen cair, kemudian
diukur resistivitasnya pada setiap perubahan suhu, maka dapat diukur suhu kritis sample superkonduktor. Hasil pengukuran suhu kritis untuk sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.1Ca0.9) Cu2Oz, (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.2Ca0.8)Cu2Oz, masing-masing diperlihatkan pada Gambar 3.3, 3.4.
Gambar 3.3 Hasil pengukuran suhu kritis sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.1Ca0.9) Cu2 Oz
Hasil perhitungan fraksi volume sesuai dengan hasil karakteristik sepektrum XRD, dimana pada sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.4Ca0.6) Cu2 Oz yang mempunyai impuritas paling banyak dengan intensitas tinggi mempunyai fraksi volume intensitas tinggi mempunyai faraksi volume paling kecil. Sedangkan pada sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.2Ca0.8) Cu2 Oz yang mempunyai impuritas paling sedikit mempunyai fraksi folume paling besar. Hal ini menunjukkan bahwa optimasi penambahan kadar Nd diperoleh pada x =
0.2 moral dan optimasi pengurangan Ca diperoleh pada 0.8 moral.
Hasil karakterisasi SEM untuk sample (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.1Ca0.9) Cu2 Oz , (Pb0.4Sr1.65)(Nd0.2Ca0.8) Cu2 Oz , masing-masing diperlihatkan pada gambar 3.5 dan 3.6 sevara umum, hasil karakteristik SEM semua sample sudah menunjukkan ukuran butiran yang cukup besar dengan rata 10-20 µm. hal ini mengisyaratkan bahwa pertumbuhan fase Sr-0212 sudah cukup baik.
IV. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan :
1. Unsure Nd dan Ca secara bersamaan dapat menggantikan unsur Y, terlihat dari hasil XRD yang sudah menghasilkan spectrum yang sesuai dengan spectrum superkonduktor system Sr-0212
2. Penambahan unsur Nd dari 0.1 sampai 0.2 molar, dan pengurangan unsure Ca dari 0.9 sampai 0.8 molar dalam sintesa superkonduktor sistem Sr-0212 yaitu (Pb0.4Sr1.65)(NdxCa1-x)Cu2Oz dapat meningkatkan pertumbuhan fase Sr- 0212, dan menekan pertumbuhan fase impuritas sedangkan penambahan unsure Nd dari 0.2 sampai 0.4 molar, dan pengurangan unsur Ca dari 0.8 samapai 0.6 molar dapat menghambat pertumbuhan fase Sr-0212 dan merangsang pertumbuhan fase impuritas sehingga dapat menurunkan harga suhu kritis dan dapat menurunkan harga faraksi volume
V. DAFTAR PUSTAKA
Anderson , P.W, C-axis Electrodynamis as Edivence for the interlay Theory of Hight Temprature Superconductivty, Scince, 297-282,1998.
Beables, P.V.P.S.S, Parberry, J.M., Phase Equarlibra and the Effect of Processing on The Electric Transport and Magnetics Proprtis of ( Pb1-yCdy) Sr2( y x-1Cax) Cu2 O7-x, Phys. Stat. Sol, 162,689,1997.
Kambe, S., Akao, T., Oshima , S., Okuyama, S., Preparation and
Physical Propertis of
Supercondukting [(Bi1-xMox)0.33 Cu0.67]Sr2( YCu 2 Oy, Phsyics C, 206,151-156-1995.
Kim, D.H., Gray, K.E Kampwirth, R.T., Smith, J.C., 1991, Effect of Cu-O layer sepacing on the magnetic Filed Induced Resistive Broadening of Hight Temprature Suiperconductor, 177,431,437,1991.
Nguyen Thuy Sinh, Hong Ngoc Hien, Dependenc of Tc on the Doping Hole Concentration in High-Tc Superconducting Bi- Contained Compaound, 2 nd Inetrnasiaonal Workshop on Material Science, Honai 491-494,1995.
Suharta, Wayan Gede, Sintesis Superkonduktor BPSCCO Dengan Metode Partial Melting, Penelitian Dosen Muda, 1999/2000.
