Sintesis Superkonduktor MgB2 Dengan Penambahan Carbon Nanotube Menggunakan Metode Powder In Tube

(1)

SINTESIS SUPERKONDUKTOR MgB2 DENGAN PENAMBAHAN CARBON NANOTUBE MENGGUNAKAN METODE POWDER IN TUBE

SKRIPSI

LYANA AMIRANI 120801056

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

LYANA AMIRANI 120801056

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

LEMBAR PENGESAHAN

OLEH:

LYANA AMIRANI NIM: 120801056

Disetujui Oleh: Komisi Pembimbing

Dr. Agung Imaduddin, M.Eng Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc NIP. 197112131998031003 NIP. 196506171993031009

Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Pusat Penelitian Metalurgi-LIPI Kepala,

(4)

PERSETUJUAN

Judul : Sintesis Superkonduktor MgB2 Dengan

Penambahan Carbon Nanotube

Menggunakan Metode Powder In tube

Kategori : _Skripsi

Nama : _{Lyana Amirani}

Nomor Induk Mahasiswa : _120801056

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika

Departemen : _Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di

Medan, Agustus 2016

Disetujui Oleh

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

(Dr. Agung Imaduddin, M.Eng) (Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc)

NIP. 197112131998031003 NIP. 196506171993031009

Departemen Fisika FMIPA USU

Ketua,

(Dr.Marhaposan Situmorang)

(5)

PERNYATAAN

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing - masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2016

Lyana Amirani

(6)

PENGHARGAAN

Puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat,

Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang

berjudul Sintesis Superkonduktor MgB2 Dengan Penambahan Carbon Nanotube

Menggunakan Metode Powder In Tube. Laporan Tugas Akhir ini diajukan untuk

memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Fisika. Penelitian ini

dilakukan di Pusat Penelitian Metalurgi dan Material (P2MM) LIPI, Serpong,

Tangerang Selatan dan PSTBM (Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju)

BATAN Serpong, Tangerang Selatan.

Disampaikan banyak terima kasih kepada :

1. _{Bapak Drs. Kerista Sebayang, M.S}_{sebagai dekan Fakultas Matematika}

dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan

Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs.

Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA

USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika

FMIPA USU.

2. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc dan Bapak Dr. Agung Imaduddin,

M.Eng selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan panduan dan

penuh kepercayaan serta banyak meluangkan waktu untuk

membimbing serta menyempurnakan tugas akhir ini.

3. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, Prof. Dr. Zuriah Sitorus, M.S.,

dan Dra. Manis Sembiring, M.S., selaku Dosen Penguji yang telah

memberikan panduan dan masukan dalam penyelesaian Tugas Akhir

ini.

4. Orang tua tercinta Bapak Amiruddin dan Ibu Katirah yang telah

bersusah payah, dan senantiasa memberikan dukungan dan perhatian

beserta adik Nadila Amiranti dan keluarga besar yang telah

memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir

(7)

5. Mas Sigit Dwi Yudanto, Mas Satrio Herbirowo, Mas Septian Adi

Chandra, Mas Yunan Hasbi dan Koko Hendrik yang telah banyak

memberikan masukan dalam penyempurnaan tugas akhir ini.

6. Wali selama perkuliahan, Tante Budi Asih Anti Maya dan Om Subihat

yang banyak memberikan masukan dan dukungan dalam penyelesaian

tugas akhir ini.

7. Seluruh teman- teman, Niko, Rahmat, Mona (P2MM), Ika (PSTBM),

Firman, Taufik dan Andi (P2F), Sinta, Rahmi, Dwinta, Parastika,

Dhillah, Dila, Resti, Estika, Misna, Nanda yang selalu memberikan

semangat dalam penyelesaian skripsi ini.

8. Adik – adik tercinta, Siti Nurhalimah, Nurul Aulia Putri, Tasya, dan

Siti Wulandari yang selalu setia menemani dan memberi dukungan

dalam penyelesaian skripsi ini.

9. Sahabat-sahabat satu Angkatan (Niko, Ika, Rahmat, Firman, Taufik,

Andi, Mona, Bebby), abang-kakak senior (Bang William, Bang

Wahyu, Bang Russell, Kak Henni, Kak Nensi, bang Piko),

abang-kakak asisten Laboratorium Inti (Kak Dyana, Kak Trimala, Kak Sri

Handika, Kak Sri Rahmawati, Bang Trisno dan Bang Adrian),

adik-adik 2013 (Andi, Roza, dkk), adik-adik-adik-adik 2014 (julieka, jan, ebta, indra,

emita, dkk) dan adik-adik 2015 yang selalu memberikan semangat

dalam penyelesaian skripsi ini.

10.Seluruh staff USU, Kak Tini, Kak Yuspa,Bang Jo, Kak Inggi, Kak

Nasra, Ibu Nursiah, Ibu Betty, Bapak Manik dkk yang banyak berjasa

dalam kehidupan perkuliahan.

11.Seluruh teman-teman KKN kelompok 6 Desa Nang Belawan, Ika, Ari,

Eko, Nia, Helen, Liza, Kikok, Yura, Iis, Kak Ain, Rini dan Tika yang

selalu memberikan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.

(8)

ABSTRAK

Dilakukan percobaan sintesis superkonduktor Magnesium Deboride (MgB2)

dengan penambahan Carbon Nanotube (CNT) menggunakan metode Powder in Tube (PIT). MgB2 adalah superkonduktor yang memilliki temperatur kritis ~39K.

Penambahan CNT sebesar 5, 10 dan 20 wt.% dilakukan untuk mempelajari pengaruhnya terhadap karakterististik superkonduktivitas material MgB2. Material

ini disintesis dengan metode Powder In Tube (PIT).Bahan baku berupa serbuk Magnesium (Mg), Boron (B) dan Carbon nanotube (CNT) ditimbang sesuai perhitungan stoikiometri. Bahan-bahan digerus selama 1 jam menggunakan mortar kemudian dimasukkan kedalam pipa stainless steel tipe SS304 dan dilakukan proses pressing dengan tekanan 165 MPa, selanjutnya dilakukan proses pemanasan (sintering) menggunakan muffle furnace dengan suhu 850˚C selama

10 jam. Kemudian sampel dikarakterisasi dengan alat XRD, SEM, dan Cryogenic Magnet. Identifikasi fasa dilihat melalui XRD, terdapat beberapa fasa yang terbentuk diataranya, MgB2, MgO, Mg dan B. Struktur morfologi yang homogen

dilihat melalui SEM. Dari pengujian Cryogenic Magnet dapat dilihat bahwa penambahan CNT sebanyak 5wt.%dapat menurunkan temperature kritis (Tc), sedangkan untuk penambahan CNT sebanyak 10wt.% dan 20wt.% menunjukkan penurunan sifat superkonduktivitas material MgB2.

(9)

SYNTHESIS SUPERCONDUCTING MgB2 WITH CARBON NANOTUBE ADDITION OF USING POWDER IN TUBE METHODE

ABSTRACT

The synthesis of Magnesium deboride (MgB2) superconductor with the addition of Carbon Nano Tube (CNT) using Powder in Tube (PIT) method has been done. MgB2 superconductors has critical temperature ~ 39K. The addition of CNT 5, 10 and 20 wt.% conducted to study its effect on characteristic against superconductivity in MgB2material.This material is synthesized by the method Powder In Tube (PIT). Raw materials floured Magnesium (Mg), boron (B) and Carbon Nanotubes (CNT) were weighted based on the calculation stoiciometry. The materials is milled for 1 hour using mortar and then inserted into the type of SS304 stainless steel pipe and do a pressing process with a pressure of 165 MPa, furthermore do heating process (sintering) using a muffle furnace at a temperature of 850˚C for 10 hours. Then the samples were characterized by means of XRD, SEM, and Cryogenic Magnet . Phases identification seen by XRD, there are several phases that form such as, MgB2, MgO, Mg and B. The structure of homogeneous morphology seen through SEM. Based on testing of Cryogenic Magnet can be seen that the addition of CNT as 5wt.% Can lower critical temperature (Tc), where as for the addition of CNTs as much as 10wt.% And 20wt.% Showed a decrease in the material properties of superconductivity in MgB2.

Keywords : Magnesium Deboride, critical temperature, Carbon nanotube,

(10)

DAFTAR ISI

Daftar Lampiran xiii

Daftar Singkatan xiv

Bab 2. Tinjauan Pustaka

2.1 Pengertian Superkonduktor 4

2.2 Sejarah dan Perkembangan Superkonduktor 4 2.3 Karakteristik Superkonduktor

2.3.1 Sifat Magnet Superkonduktor 2.3.2 Sifat Listrik Superkonduktor 2.3.3 Suhu Kritis (Tc) 2.4.3 Superkonduktor Suhu Rendah 2.4.4 Superkonduktor Suhu Tinggi

9

2.5.2 Struktur Kristal dan Karakteristik MgB2

(11)

b. Dopan Unsur Nonlogam c. Dopan Senyawa

13 13 2.6 Carbon Nanotube

2.6.1 Sejarah Carbon Nanotube

2.6.2 Struktur Carbon Nanotube

Bab 3 Metode Penelitian

3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian 19

Bab 4. Hasil Dan Pembahasan

4.1 Hasil Sintesis 28

4.2.5 Gabungan Hasil Karakterisasi Difraktometer Sinar-X Sampel MgB2 Dengan Penambahan

Penambahan CNT menggunakan SEM

(12)

4.4 Analisa Resistivitas Terhadap Temperatur Kritis Sampel MgB2 Dengan Penambahan CNT Menggunakan

Cryogenic Magnet

36

4.4.1 Gabungan Hasil Karakterisasi Cryogenic

Pada Sampel MgB2

38

Bab5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 40

5.2 Saran 40

Daftar Pustaka 41

(13)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

3.1 Stokiometri komposisi MgB2-xCNTx 22

4.1 Lembar Data Spesimen MgB2 pada Software Match 30

4.2 Lembar Data Spesimen MgB1,95CNT0,05 pada

Software Match

31

Software Match

33

Software Match

34

(14)

DAFTAR GAMBAR

2.4 Pergerakan elektron saat keadaan

superkonduktor

8

2.5 Grafik resistivitas sebagai fungsi suhu

mutlak

9

2.6 Struktur kristal MgB2 11

2.7 Beberapa bentuk struktur SWNT:

(a) Struktur armchair

(b) Struktur zigzag

(c) Struktur chiral

14

2.8 Struktur Multi Walled Nanotube 15

2.9 Komponen XRD (Batan) 16

(15)

3.6 Auto fine coater 25

3.7 (a) Proses preparasi sampel uji cryogenic

(b) Sampel yang telah siap untuk diuji

26

3.8 Diagram alir penelitian 27

4.1 Pola XRD MgB2CNT0 29

4.6 Hasil Uji SEM sampel perbesaran 500 X

(a) sampel MgB2CNT0

4.7 Kurva resistivitas terhadap perubahan

temperatur kritis

4.8 Kurva perbandingan resistivitas terhadap

temperatur kritis tiap sampel

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lamp

Judul Halaman

A Gambar Bahan Dan Alat Penelitian L1

B Stokiometri wt% Sampel

MgB2CNTx (x=0; 0,05; 0,1; 0,2)

L3

C Hasil XRD Menggunakan MATCH

Sampel MgB2CNTx (x=0; 0,05; 0,1; 0,2)

L5

D Hasil SEM Sampel MgB2CNTx (x=0;

0,05; 0,10; 0,20)

L13

E Hasil Cryogenic Sampel MgB2CNTx

(x=0; 0,05; 0,10; 0,20)

L15

(17)

DAFTAR SINGKATAN

MgB2

CNT

PIT

BCS

HTS

LTS

XRD

: Magnesium Deboride

: Carbon Nanotube

: Powder In Tube

: Berdeen, Cooper, and Schrieffer

: High Temperature Superconductor

: Low Temperature Superconductor

: X-Ray Diffraction

SEM

TEM

: Scanning Electron Microscopy