Pengaruh Penambahan Carbon Nanotubes pada Pembuatan Kawat Superkonduktor MgB2
PENGARUH PENAMBAHAN CARBON NANOTUBES PADA
PEMBUATAN KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
SKRIPSI
RISULINIKO SARAGIH
120801065
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN CARBON NANOTUBES PADA
PEMBUATAN KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat
mencapai gelar Sarjana Sains
RISULINIKO SARAGIH
120801065
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Pengaruh Penambahan Carbon Nanotubes Pada
Pembuatan Kawat Superkonduktor MgB2
: Skripsi
: Risuliniko Saragih
: 120801065
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Diluluskan di
Medan, 26 Juli 2016
Disetujui Oleh
Komisi Pembimbing,
Dr. Agung Imaduddin M.Eng.
NIP. 19710921989121001
Prof.Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc.
NIP. 196212231991031002
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr.Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH PENAMBAHAN CARBON NANOTUBES PADA PEMBUATAN
KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, 26 Juli 2016
RISULINIKO SARAGIH
120801065
iii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas segala berkat, kasih karunia,
anugerah dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan studi selama
perkuliahan dan menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan
Carbon Nanotubes Pada Pembuatan Kawat Superkonduktor MgB2”. Skripsi
ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Sains
Fisika.
Disampaikan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan FMIPA USU dan selaku
dosen penguji dalam penyelesaian skripsi ini.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA
USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika
FMIPA USU dan selaku dosen penguji dalam penyelesaian skripsi ini, beserta
seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.
3. Bapak Prof. Dr. Timbangen Sembiring, 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.
4. Bapak Tua Raja Simbolon, M.Si selaku dosen penguji dalam penyelesaian
skripsi ini dan selaku Pembina “SPAstronomyCE”.
5. Bapak Perdinan Sinuhaji, MS selaku dosen penasehat akademik yang telah
membimbing, menasihati, dan mengarahkan setiap program perkuliahan
selama menempuh pendidikan.
6. Bapak Dr. Ing. Andika Widya Pramono, M.Sc., selaku kepala Pusat Penelitian
Metalurgi dan Material LIPI Serpong.
7. Terimakasihku untuk orang tersayang, Ayahanda Ruslan Saragih dan Ibunda
Tamauli br. Sinurat yang tulus menyayangi, senantiasa memberikan doa,
dukungan, perhatian, nasihat, beserta abang – kakakku tersayang kak Jenni Uli
Saragih, Rosmiana Saragih, Tiur Maris Saragih, Risdo Saragih, Sapasiris
Saragih, Nurlima Saragih, Jaulinaro Saragih, buat ponakanku yang
iii
i
Universitas Sumatera Utara
menggemaskan Deofirdo Sinaga, Diarma Anggi Sinaga, Satya Naidu, Surya
Naidu, Enos Mahendran, Pricylla, Kevin Mahendran, Hanna Adelia.
8. Seluruh rekan Laboratorium Fisika Inti (Ibu Sudiati, M.Si, Kak Sri Rakhma,
Kak Sri Handika, Kak Prahmadyana, Kak Tri Mala, Bang Trisno M, Bang
Adrian, Dewi Suryani, Lyana Amirani, Rahmat, Cut).
9. Keluarga Besar “Physics On Fire - 2012”, senior tercinta (Kak Elma, Bang
Ray, Bang William, Bang Wahyu, dkk) dan adik – adik 2013 Andi Pratama,
Roza Zulwita, dkk, 2014, dan 2015.
10. Seluruh rekan Ged.470 LIPI dan Tim Superkonduktor: Ibu Ika Kartika, Bapak
Eddy M, Bapak Pius Sebleku, Bang Satrio Herbirowo, Mas Sigit Dwi
Yudanto, Bang M. Yunan Hasbi, Bapak Hendrik, Mas Hogi, Mas Chandra,
Lyana, Mona, Yulia Puspa, Nisa, Hakim, M. Tito, Sargio.
11. Saudara/i terkasih fX Christ Catedral Basilea Conv. Gading Serpong, Saudara
terkasih KMK USU Obediere Kak Tiara, Kris, Rina, Jo.
12. Keluarga kecil bahagia “KKN PPM USU 2015 – Surbakti” – Franki LAS,
Santa Simanjuntak, Fitry Silaban, Elisabeth Sinaga, Wiratman, Desi
Simbolon, Dame Sianipar, Hanna Tambun, Asnita Hulu, Dian Sitepu,
Candira, Intan Sinaga, Aster Sitompul.
13. Dharmawangsa English Course yang always keep in touch ( Mom Ica, Bagus,
Tini, Dian Ayu, Dian Arvita, etc), SPAstronomyCE (Berthiana, Bang Piko, Vina,
Fiqhi, dan lainnya), Instansi UNIRA (Amel, Caroline, Anggina, Bram, Dhian,
Reza, Andre, Kia, Bang Frandika dan lainnya), IS (Kartika Ermawan, Bebby,
Lyana, Erza, Budi, Firman, Topik), WMD Eng Kus, Aris, Rohman, Muhadi,
Aan, Wanda, Andry, Hendra, Nanda Aulia, Izzatul, Aminullah, Tini, Wulan,
Rea, Anindita Putri, Rian, Qolbi, dan lainnya, FloridinaJ : Sulis, Santa, Marta,
Fitri, Deutsch Klasse B 2014 : Risa, Wina, Roi, Daniel, dan lainnya.
Skripsi ini adalah karya sederhanaku yang ku persembahkan untuk kalian.
Aku menyayangi kalian dengan kasih Tuhan, terimakasih
Penulis
ivi
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN CARBON NANOTUBES PADA
PEMBUATAN KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh penambahan CNT terhadap material
MgB2 pada pembuatan kawat superkonduktor. MgB2 merupakan material
superkonduktor yang mempunyai temperatur kritis 39K dan berpotensi sebagai
aplikasi kawat superkonduktor. Penambahan CNT sebesar 5%, 10%, dan 20%
terhadap MgB2 diawali dengan penimbangan serbuk MgB2 (~100 mesh) dan
serbuk CNT (20 – 40 nm). Setelah penimbangan, dilakukan proses pencampuran
dan penggerusan menggunakan mortar agate selama 30 menit. Hasil penggerusan
dimasukkan ke dalam tabung SS304 dan mengalami proses penarikan kawat
sampai dengan diameter 3,0 mm. Karakterisasi dilakukan menggunakan
difraktometer sinar - X untuk mengetahui fasa yang terbentuk, SEM untuk
mengetahui morfologi, dan perilaku superkonduktivitas menggunakan Cryogenic
magnet. Temperatur kritis yang dihasilkan dalam penelitian, kawat
superkonduktor MgB2 komersil adalah 39,58K, dan kawat superkonduktor MgB2
dengan penambahan CNT adalah 29,16K. Penambahan CNT mempengaruhi sifat
superkonduktivitas MgB2.
Kata kunci: MgB2, CNT, Kawat Superkonduktor, Superkonduktivitas, SS304,
penarikan kawat, XRD, SEM, Cryogenic Magnet
vi
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF CARBON NANOTUBES ADDITION ON
MANUFACTURING OF MgB2 SUPERCONDUCTING WIRE
ABSTRACT
Research on the effect of CNT addition on manufacturing of MgB 2
superconducting wire has been done. MgB2 is superconducting material which
has a critical temperature about 39K and potentially as superconducting wire
applications. Addition of CNT about 5%, 10% and 20% on MgB 2 prefixed by
weighing MgB2 powder (~100 mesh) and CNT powder (20 – 40 nm). Then, mixed
and grinded with mortar agate for 30 minutes. The grinded results inserted into
SS304 tube, and process of wire rolling and wire drawing until 3,0 mm.
Characterization using X-Ray difractometer to determine the phase, SEM was
used to determine the phase morphology, and superconductivity by Cryogenic
magnet. The Results show that cricital temperature, Superconducting wire MgB2
without addition of CNT is 39.58K and Superconducting wire MgB 2 with addition
of CNT is 29.16K. Addition of CNT affected superconductity of MgB2.
Keyword:
MgB2, CNT, Superconductor wire, Superconductivity, SS304, wire
rolling, wire drawing, XRD, SEM, Cryogenic Magnet
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Daftar Singkatan
Bab 1.
Bab 2.
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Waktu dan Tempat Penelitian
1.7 Sistematika Penulisan
1
2
2
2
2
3
3
Tinjauan Pustaka
2.1 Superkonduktor
2.2 Karakteristik Superkonduktor
2.2.1 Temperatur Kritis (Tc)
2.2.2 Medan Magnet Kritis (Hc)
2.2.3 Rapat Arus Kritis (Jc)
2.3 Jenis - Jenis Superkonduktor
2.3.1 High Temperature Superconductor (HTS)
2.3.2 Low Temperature Superconductor (LTS)
2.3.3 Superkonduktor Tipe I
2.3.4 Superkonduktor Tipe II
2.4 Magnesium Diboride (MgB2)
2.5 Carbon Nanotubes (CNT)
2.6 SS304
2.7 Pembuatan Kawat
2.8 Kawat Superkonduktor
2.9 Karakterisasi
4
5
5
5
6
7
7
8
8
8
9
10
11
11
13
13
vii
i
Universitas Sumatera Utara
2.9.1
2.9.2
2.9.3
Bab 3
Bab 4.
Bab 5.
X-Ray Difractometer (XRD)
Scanning Electron Microscopy (SEM)
Cryogenic Magnet
Metode Penelitian
3.1 Alat Dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.2 Variabel Eksperimen
3.2.1 Variabel Penelitian
3.2.2 Variabel Percobaan yang diuji
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Diagram Alir Penelitian
3.3.2 Tahap Persiapan
3.3.2.1 Preparasi tube
3.3.2.2 Hand-milling
3.4 Pembuatan Sampel
3.5 Karakterisasi
3.5.1 XRD (X-Ray Diffraction)
3.5.2 SEM-EDS
3.5.3 Cryogenic Magnet
17
17
18
19
19
19
20
20
21
21
22
23
24
24
24
25
Hasil Dan Pembahasan
4.1 Analisa Fasa Sampel MgB2 Dengan Penambahan CNT
Menggunakan Difraktometer sinar X
4.1.1 Sampel MgB2 komersil
(tanpa penambahan CNT, x = 0%)
4.1.2 Sampel MgB2 ( penambahan CNT, x = 5% )
4.1.3 Sampel MgB2 ( penambahan CNT, x = 20% )
4.1.4 Analisa Perbandingan Sampel MgB2 dengan
penambahan CNT 0%, 5%, dan 20%
4.2 Pengamatan Morfologi Mikrostruktur Kawat
Superkonduktor MgB2
4.3 Analisa Temperatur Kritis Dan Resistivitas Kawat
Superkonduktor MgB2 Menggunakan CryogenicMagnet
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
13
14
15
26
26
27
28
29
31
32
34
34
Daftar Pustaka
Lampiran
35
viiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
2.1
Parameter Material Superkonduktor MgB2
10
3.1
Komposisi Bahan MgB2 dan CNT pada SS304
22
4.1
Lembar Data Spesimen MgB2 pada Software MATCH
30
4.2
Data Hasil Perhitungan Ukuran Kristal Sampel
30
i
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Gambar
Halaman
2.1
Kronologi sejarah material superkonduktor
4
2.2
Grafik hubungan antara resistivitas terhadap temperatur
5
2.3
Diamagnetik sempurna
6
2.4
Keadaan superkonduktor atom kisi pada logam
6
2.5
Struktur kristal MgB2
9
2.6
Diagram Fasa MgB2
9
2.7
Struktur Karbon Nanotube
10
2.8
Proses drawing
12
2.9
Proses pembuatan kawat superkonduktor
13
2.10
Metode Four Point Probe
16
3.1
Diagram alir prosedur penelitian
20
3.2
(a) Penentuan panjang tube (b) Pemotongan tube
21
3.3
(a) Pemotongan rod penutup, (b). Proses bubut
21
3.4
Hand-milling
22
3.5
(a). Sampel sebelum rolling, (b). Sampel setelah rolling
23
3.6
(a). Difraktometer sinar X, (b). Holder
24
3.7
(a) Preparasi sampel kawat, (b) SEM-EDS JEOL6390A
24
3.8
(a). Spesimen kawat SS304, (b). Preparasi spesimen
25
(c). Cryogenic Magnet Crytron FR Oxford
4.1
Pola XRD MgB2 komersil
26
4.2
Pola XRD MgB2MgB2 dengan penambahan 5 % CNT
27
4.3
Pola XRD MgB2MgB2 dengan penambahan 20 % CNT
28
4.4
Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X MgB2 + CNT
29
4.5
Hasil Uji SEM dengan Perbesaran 23x dan 30x
31
4.6
Hasil Uji SEM dengan Perbesaran 1000x
31
4.7
Hasil Uji Cryogenic Magnet
33
i
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Lampiran
Halaman
A
Alat dan Bahan Penelitian
L1
B
Perhitungan Data Pengujian
L3
C
Hasil XRD Menggunakan MATCH
L6
D
Hasil SEM – EDS – Mapping
L12
E
Hasil Cryogenic Magnet - KalaidaGraph
L14
F
SS304
L15
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
CNT
: Carbon Nanotubes
EDS
: Energy Dispersive Spectroscopy
FWHM
Hc
HTS
Jc
LTS
: Full Width of Half Maximum
: Critical Magnetic Field
: High Temperature Superconductor
: Critical Current Density
: Low Temperature Superconductor
MgB2
: Magnesium Diboride
SEM
: Scanning Electron Microscopy
SS
: Stainless Steel
Tc
: Critical Temperature
XRD
: X-Ray Diffraction
xiii
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
SKRIPSI
RISULINIKO SARAGIH
120801065
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN CARBON NANOTUBES PADA
PEMBUATAN KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat
mencapai gelar Sarjana Sains
RISULINIKO SARAGIH
120801065
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Pengaruh Penambahan Carbon Nanotubes Pada
Pembuatan Kawat Superkonduktor MgB2
: Skripsi
: Risuliniko Saragih
: 120801065
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Diluluskan di
Medan, 26 Juli 2016
Disetujui Oleh
Komisi Pembimbing,
Dr. Agung Imaduddin M.Eng.
NIP. 19710921989121001
Prof.Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc.
NIP. 196212231991031002
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr.Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH PENAMBAHAN CARBON NANOTUBES PADA PEMBUATAN
KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, 26 Juli 2016
RISULINIKO SARAGIH
120801065
iii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas segala berkat, kasih karunia,
anugerah dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan studi selama
perkuliahan dan menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan
Carbon Nanotubes Pada Pembuatan Kawat Superkonduktor MgB2”. Skripsi
ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Sains
Fisika.
Disampaikan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan FMIPA USU dan selaku
dosen penguji dalam penyelesaian skripsi ini.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA
USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika
FMIPA USU dan selaku dosen penguji dalam penyelesaian skripsi ini, beserta
seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.
3. Bapak Prof. Dr. Timbangen Sembiring, 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.
4. Bapak Tua Raja Simbolon, M.Si selaku dosen penguji dalam penyelesaian
skripsi ini dan selaku Pembina “SPAstronomyCE”.
5. Bapak Perdinan Sinuhaji, MS selaku dosen penasehat akademik yang telah
membimbing, menasihati, dan mengarahkan setiap program perkuliahan
selama menempuh pendidikan.
6. Bapak Dr. Ing. Andika Widya Pramono, M.Sc., selaku kepala Pusat Penelitian
Metalurgi dan Material LIPI Serpong.
7. Terimakasihku untuk orang tersayang, Ayahanda Ruslan Saragih dan Ibunda
Tamauli br. Sinurat yang tulus menyayangi, senantiasa memberikan doa,
dukungan, perhatian, nasihat, beserta abang – kakakku tersayang kak Jenni Uli
Saragih, Rosmiana Saragih, Tiur Maris Saragih, Risdo Saragih, Sapasiris
Saragih, Nurlima Saragih, Jaulinaro Saragih, buat ponakanku yang
iii
i
Universitas Sumatera Utara
menggemaskan Deofirdo Sinaga, Diarma Anggi Sinaga, Satya Naidu, Surya
Naidu, Enos Mahendran, Pricylla, Kevin Mahendran, Hanna Adelia.
8. Seluruh rekan Laboratorium Fisika Inti (Ibu Sudiati, M.Si, Kak Sri Rakhma,
Kak Sri Handika, Kak Prahmadyana, Kak Tri Mala, Bang Trisno M, Bang
Adrian, Dewi Suryani, Lyana Amirani, Rahmat, Cut).
9. Keluarga Besar “Physics On Fire - 2012”, senior tercinta (Kak Elma, Bang
Ray, Bang William, Bang Wahyu, dkk) dan adik – adik 2013 Andi Pratama,
Roza Zulwita, dkk, 2014, dan 2015.
10. Seluruh rekan Ged.470 LIPI dan Tim Superkonduktor: Ibu Ika Kartika, Bapak
Eddy M, Bapak Pius Sebleku, Bang Satrio Herbirowo, Mas Sigit Dwi
Yudanto, Bang M. Yunan Hasbi, Bapak Hendrik, Mas Hogi, Mas Chandra,
Lyana, Mona, Yulia Puspa, Nisa, Hakim, M. Tito, Sargio.
11. Saudara/i terkasih fX Christ Catedral Basilea Conv. Gading Serpong, Saudara
terkasih KMK USU Obediere Kak Tiara, Kris, Rina, Jo.
12. Keluarga kecil bahagia “KKN PPM USU 2015 – Surbakti” – Franki LAS,
Santa Simanjuntak, Fitry Silaban, Elisabeth Sinaga, Wiratman, Desi
Simbolon, Dame Sianipar, Hanna Tambun, Asnita Hulu, Dian Sitepu,
Candira, Intan Sinaga, Aster Sitompul.
13. Dharmawangsa English Course yang always keep in touch ( Mom Ica, Bagus,
Tini, Dian Ayu, Dian Arvita, etc), SPAstronomyCE (Berthiana, Bang Piko, Vina,
Fiqhi, dan lainnya), Instansi UNIRA (Amel, Caroline, Anggina, Bram, Dhian,
Reza, Andre, Kia, Bang Frandika dan lainnya), IS (Kartika Ermawan, Bebby,
Lyana, Erza, Budi, Firman, Topik), WMD Eng Kus, Aris, Rohman, Muhadi,
Aan, Wanda, Andry, Hendra, Nanda Aulia, Izzatul, Aminullah, Tini, Wulan,
Rea, Anindita Putri, Rian, Qolbi, dan lainnya, FloridinaJ : Sulis, Santa, Marta,
Fitri, Deutsch Klasse B 2014 : Risa, Wina, Roi, Daniel, dan lainnya.
Skripsi ini adalah karya sederhanaku yang ku persembahkan untuk kalian.
Aku menyayangi kalian dengan kasih Tuhan, terimakasih
Penulis
ivi
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN CARBON NANOTUBES PADA
PEMBUATAN KAWAT SUPERKONDUKTOR MgB2
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh penambahan CNT terhadap material
MgB2 pada pembuatan kawat superkonduktor. MgB2 merupakan material
superkonduktor yang mempunyai temperatur kritis 39K dan berpotensi sebagai
aplikasi kawat superkonduktor. Penambahan CNT sebesar 5%, 10%, dan 20%
terhadap MgB2 diawali dengan penimbangan serbuk MgB2 (~100 mesh) dan
serbuk CNT (20 – 40 nm). Setelah penimbangan, dilakukan proses pencampuran
dan penggerusan menggunakan mortar agate selama 30 menit. Hasil penggerusan
dimasukkan ke dalam tabung SS304 dan mengalami proses penarikan kawat
sampai dengan diameter 3,0 mm. Karakterisasi dilakukan menggunakan
difraktometer sinar - X untuk mengetahui fasa yang terbentuk, SEM untuk
mengetahui morfologi, dan perilaku superkonduktivitas menggunakan Cryogenic
magnet. Temperatur kritis yang dihasilkan dalam penelitian, kawat
superkonduktor MgB2 komersil adalah 39,58K, dan kawat superkonduktor MgB2
dengan penambahan CNT adalah 29,16K. Penambahan CNT mempengaruhi sifat
superkonduktivitas MgB2.
Kata kunci: MgB2, CNT, Kawat Superkonduktor, Superkonduktivitas, SS304,
penarikan kawat, XRD, SEM, Cryogenic Magnet
vi
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF CARBON NANOTUBES ADDITION ON
MANUFACTURING OF MgB2 SUPERCONDUCTING WIRE
ABSTRACT
Research on the effect of CNT addition on manufacturing of MgB 2
superconducting wire has been done. MgB2 is superconducting material which
has a critical temperature about 39K and potentially as superconducting wire
applications. Addition of CNT about 5%, 10% and 20% on MgB 2 prefixed by
weighing MgB2 powder (~100 mesh) and CNT powder (20 – 40 nm). Then, mixed
and grinded with mortar agate for 30 minutes. The grinded results inserted into
SS304 tube, and process of wire rolling and wire drawing until 3,0 mm.
Characterization using X-Ray difractometer to determine the phase, SEM was
used to determine the phase morphology, and superconductivity by Cryogenic
magnet. The Results show that cricital temperature, Superconducting wire MgB2
without addition of CNT is 39.58K and Superconducting wire MgB 2 with addition
of CNT is 29.16K. Addition of CNT affected superconductity of MgB2.
Keyword:
MgB2, CNT, Superconductor wire, Superconductivity, SS304, wire
rolling, wire drawing, XRD, SEM, Cryogenic Magnet
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
Daftar Singkatan
Bab 1.
Bab 2.
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Waktu dan Tempat Penelitian
1.7 Sistematika Penulisan
1
2
2
2
2
3
3
Tinjauan Pustaka
2.1 Superkonduktor
2.2 Karakteristik Superkonduktor
2.2.1 Temperatur Kritis (Tc)
2.2.2 Medan Magnet Kritis (Hc)
2.2.3 Rapat Arus Kritis (Jc)
2.3 Jenis - Jenis Superkonduktor
2.3.1 High Temperature Superconductor (HTS)
2.3.2 Low Temperature Superconductor (LTS)
2.3.3 Superkonduktor Tipe I
2.3.4 Superkonduktor Tipe II
2.4 Magnesium Diboride (MgB2)
2.5 Carbon Nanotubes (CNT)
2.6 SS304
2.7 Pembuatan Kawat
2.8 Kawat Superkonduktor
2.9 Karakterisasi
4
5
5
5
6
7
7
8
8
8
9
10
11
11
13
13
vii
i
Universitas Sumatera Utara
2.9.1
2.9.2
2.9.3
Bab 3
Bab 4.
Bab 5.
X-Ray Difractometer (XRD)
Scanning Electron Microscopy (SEM)
Cryogenic Magnet
Metode Penelitian
3.1 Alat Dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.2 Variabel Eksperimen
3.2.1 Variabel Penelitian
3.2.2 Variabel Percobaan yang diuji
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Diagram Alir Penelitian
3.3.2 Tahap Persiapan
3.3.2.1 Preparasi tube
3.3.2.2 Hand-milling
3.4 Pembuatan Sampel
3.5 Karakterisasi
3.5.1 XRD (X-Ray Diffraction)
3.5.2 SEM-EDS
3.5.3 Cryogenic Magnet
17
17
18
19
19
19
20
20
21
21
22
23
24
24
24
25
Hasil Dan Pembahasan
4.1 Analisa Fasa Sampel MgB2 Dengan Penambahan CNT
Menggunakan Difraktometer sinar X
4.1.1 Sampel MgB2 komersil
(tanpa penambahan CNT, x = 0%)
4.1.2 Sampel MgB2 ( penambahan CNT, x = 5% )
4.1.3 Sampel MgB2 ( penambahan CNT, x = 20% )
4.1.4 Analisa Perbandingan Sampel MgB2 dengan
penambahan CNT 0%, 5%, dan 20%
4.2 Pengamatan Morfologi Mikrostruktur Kawat
Superkonduktor MgB2
4.3 Analisa Temperatur Kritis Dan Resistivitas Kawat
Superkonduktor MgB2 Menggunakan CryogenicMagnet
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
13
14
15
26
26
27
28
29
31
32
34
34
Daftar Pustaka
Lampiran
35
viiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
2.1
Parameter Material Superkonduktor MgB2
10
3.1
Komposisi Bahan MgB2 dan CNT pada SS304
22
4.1
Lembar Data Spesimen MgB2 pada Software MATCH
30
4.2
Data Hasil Perhitungan Ukuran Kristal Sampel
30
i
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Gambar
Halaman
2.1
Kronologi sejarah material superkonduktor
4
2.2
Grafik hubungan antara resistivitas terhadap temperatur
5
2.3
Diamagnetik sempurna
6
2.4
Keadaan superkonduktor atom kisi pada logam
6
2.5
Struktur kristal MgB2
9
2.6
Diagram Fasa MgB2
9
2.7
Struktur Karbon Nanotube
10
2.8
Proses drawing
12
2.9
Proses pembuatan kawat superkonduktor
13
2.10
Metode Four Point Probe
16
3.1
Diagram alir prosedur penelitian
20
3.2
(a) Penentuan panjang tube (b) Pemotongan tube
21
3.3
(a) Pemotongan rod penutup, (b). Proses bubut
21
3.4
Hand-milling
22
3.5
(a). Sampel sebelum rolling, (b). Sampel setelah rolling
23
3.6
(a). Difraktometer sinar X, (b). Holder
24
3.7
(a) Preparasi sampel kawat, (b) SEM-EDS JEOL6390A
24
3.8
(a). Spesimen kawat SS304, (b). Preparasi spesimen
25
(c). Cryogenic Magnet Crytron FR Oxford
4.1
Pola XRD MgB2 komersil
26
4.2
Pola XRD MgB2MgB2 dengan penambahan 5 % CNT
27
4.3
Pola XRD MgB2MgB2 dengan penambahan 20 % CNT
28
4.4
Identifikasi Fasa Pola Difraksi Sinar-X MgB2 + CNT
29
4.5
Hasil Uji SEM dengan Perbesaran 23x dan 30x
31
4.6
Hasil Uji SEM dengan Perbesaran 1000x
31
4.7
Hasil Uji Cryogenic Magnet
33
i
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Lampiran
Halaman
A
Alat dan Bahan Penelitian
L1
B
Perhitungan Data Pengujian
L3
C
Hasil XRD Menggunakan MATCH
L6
D
Hasil SEM – EDS – Mapping
L12
E
Hasil Cryogenic Magnet - KalaidaGraph
L14
F
SS304
L15
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
CNT
: Carbon Nanotubes
EDS
: Energy Dispersive Spectroscopy
FWHM
Hc
HTS
Jc
LTS
: Full Width of Half Maximum
: Critical Magnetic Field
: High Temperature Superconductor
: Critical Current Density
: Low Temperature Superconductor
MgB2
: Magnesium Diboride
SEM
: Scanning Electron Microscopy
SS
: Stainless Steel
Tc
: Critical Temperature
XRD
: X-Ray Diffraction
xiii
Universitas Sumatera Utara