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