Pengaruh Temperatur Pemanasan pada Superkonduktor Magnesium Diboride (MgB2)
PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
SKRIPSI
FERNANDA
130801027
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
FERNANDA
130801027
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
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
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, April 2017
Fernanda
NIM. 130801027
ii
Universitas Sumatera Utara
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.
Terima kasih kepada Sahabat-sahabat penulis satu angkatan Fisika
Universitas Sumatera Utara terkhusus “DNDO” (Dini Rizqi Dwi, Nurdina dan Roza
Rezeki Zulwita), Andi Pratama, Almizan Ridho, Widya Nazri Afrida, Muhammad
iii
Universitas Sumatera Utara
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 rekanrekan 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
Fernanda
130801027
iv
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
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 MgB 2.
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 kompaksi dengan 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.
Kata kunci : Magnesium Diboride, Perlakuan Panas, Powder In Sealed Tube,
Stainless Steel SS304, Temperatur Kritis.
v
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF HEATING TEMPERATURE IN
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
ABSTRACT
Experimental Effect of Heating Temperature In Superconductor Magnesium
Diboride (MgB2) using Powder In Sealed Tube (PIST) method has been done. MgB 2
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 400 0C, 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 4000C indicates 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.
Keywords: Critical Temperature, Heat Treatment, Magnesium Diboride, Powder In
Sealed Tube, Stainless Steel SS304.
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
x
xi
xiii
xiv
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SINGKATAN
BAB 1
BAB 2.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Tujuan Penelitian
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Waktu dan Tempat Penelitian
1.7 Sistematika Penelitian
1
2
2
2
3
3
3
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Superkonduktor
2.2 Sejarah dan Perkembangan Superkonduktor
2.3 Jenis-jenis Superkonduktor
2.3.1 Superkonduktor Tipe I
2.3.2 Superkonduktor Tipe II
2.3.3 Superkonduktor Temperatur Tinggi
2.3.4 Superkonduktor Temperatur Rendah
2.4 Karakteristik Superkonduktor
2.4.1 Medan Magnet Kritis (Hc)
2.4.2 Rapat Arus Kritis (Jc)
2.4.3 Temperatur Kritis (Tc)
2.5 Magnesium Diboride (MgB2)
2.6 Serbuk dalam Tabung Tertutup /
Powder In Sealed Tube (PIST)
2.7 Differential Thermal Analysis/
Thermal Gravimetric Analysis
2.8 Teknik Perlakuan Panas (Heat Treatment)
2.9 X-Ray Diffraction (XRD)
2.10 Scanning Electron Microscope (SEM)
5
5
7
7
7
8
8
8
8
9
10
10
12
13
17
18
21
vii
Universitas Sumatera Utara
2.11 Cryogenic Magnet
BAB 3.
BAB 4.
24
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Penimbangan Bahan
3.4.2 Analisa DTA/TGA (Differential Thermal
Analysis/Thermal Gravimetric Analysis)
3.4.3 Serbuk dalam Tabung Tertutup /
Powder In Sealed Tube (PIST)
3.4.4 Perlakuan Panas (Heat Treatment)
3.4.5 Karakterisasi Sampel
3.4.5.1 X-Ray Diffraction (XRD)
3.4.5.2 Scanning Electron MicroscopeEnergy Dispersive Spectroscopy
(SEM-EDS)
3.4.5.3 Uji Resistivitas
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Analisis Termal Sampel MgB2 Komersil
Menggunakan DTA
4.2 Analisis Fasa MgB2 Komersil Menggunakan
X-Ray Diffraction
4.2.1 Sampel MgB2 Komersil tanpa Pemanasan
4.2.2 Sampel MgB2 Komersil dengan Pemanasan
Temperatur 400oC
4.2.3 Sampel MgB2 Komersil dengan Pemanasan
Temperatur 750oC
4.2.4 Sampel MgB2 Komersil dengan Pemanasan
Temperatur 880oC
4.2.5 Gabungan Hasil Karakterisasi X-Ray
Diffraction MgB2 Komersil
4.3 Analisis Mikrostruktur Sampel MgB2 Komersil
Menggunakan SEM
4.4 Analisis Resistivitas Terhadap Temperatur Kritis
Pada Sampel MgB2 Komersil Menggunakan
Cryogenic Magnet
4.4.1 Gabungan Hasil Karakterisasi Cryogenic
Magnet pada Sampel MgB2 Komersil
25
25
25
25
25
26
27
28
28
28
29
30
33
33
34
35
39
40
41
42
44
45
47
48
49
52
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
54
54
55
59
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Tabel
1.
Lembar Data Spesimen MgB2 Komersil Tanpa
Pemanasan pada Software Match
2.
Lembar Data Spesimen MgB2 komersil dengan
pemanasan temperatur 400oC pada Software Match
3.
Lembar Data Spesimen MgB2 komersil dengan
pemanasan temperatur 750oC pada Software Match
4.
Lembar Data Spesimen MgB2 komersil dengan
pemanasan temperatur 880oC pada Software Match
5.
Data Temperatur Kritis Masing-Masing sampel
Halaman
42
43
45
46
53
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Gambar
Grafik hubungan temperatur dan resistivitas pada logam
1.
dan Superkonduktor
2.
Fluks magnet pada jangkauan kritis
3.
Efek Meissner
4.
Keadaan kisi atom pada superkonduktor
5.
Grafik resistivitas terhadap temperatur
6.
Grafik perkembangan superkonduktor konvensional
terhadap temperatur kritis (Tc)
7.
Struktur kristal MgB2
8.
Diagram fasa MgB2
9.
Ilustrasi analisis termal pada solid
10.
Skematis komponen DTA
11.
Kurva DTA
12.
Kurva DSC untuk bubuk campur Mg: B (1: 2), laju
Pemanasan 5, 7,5, 10 dan 150C / min. Pada grafik
menunjukkan kurva turunan dari kurva DSC
13.
Pertumbuhan ikatan mikrostruktur antar partikel selama
Proses sintering
14.
Pola XRD MgB2 bulk sintesis dengan temperatur
berbeda
15.
Pola XRD sampel MgB2 yang disintering pada sembilan
temperatur selama 1 jam
16.
Skema SEM
17.
Morfologi SEM MgB2 pada temperatur 8000C
18.
Hasil uji SEM dari dua MgB2 bulk yang disiapkan
mulai dari Mg + B (a, c) dan MgB4 + Mg (b,d)
19.
Skema pengukuran resistivity memakai metode four point
probe
20.
Diagram alir prosedur penelitian
21.
(a) Penimbangan bahan MgB2 komersil
(b) Neraca digital kern EW 220-3NM
Alat uji DTA/TGA
22.
23.
(a) Alat pemotong SS 304 Tube
(b) Proses pemotongan SS 304 Tube
24.
(a) Stainlees steel 304 Tubes
(b) Tube setelah dikompaksi
(c) Mesin Press BMI Simon Machinery MFG.CO.
Indonesia
25.
(a) Sampel yang akan disintering
(b) Muffle furnace
26.
(a) Proses pemanasan pada temperatur 400°C,
Halaman
5
7
9
9
10
11
11
12
14
14
15
16
18
19
20
21
22
23
24
27
28
28
29
29
30
30
30
31
31
32
xi
Universitas Sumatera Utara
27.
28
29.
30
31
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
(b) Proses pemanasan pada temperatur 750°C
(c) Proses pemanasan pada temperatur 880°C
Preparasi sampel untuk uji XRD
Perangkat uji XRD
(a) Preparasi sampel uji SEM
(b) Auto fine coater
Perangkat uji SEM
(a) Proses preparasi sampel uji Cryogenic
(b) Sampel yang telah siap untuk diuji
(a) Cryogenic magnet
(b) Circulation pump
(c) Compressor gas helium
(d) Temperature and magnet controller
Hasil Uji DTA/TGA pada MgB2 Komersil
Pola XRD MgB2 komersil tanpa pemanasan
Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 4000C
Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 7500C
Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 8800C
Pola XRD gabungan semua sampel pemanasan
Hasil uji SEM dengan perbesaran 500x
Kurva resistivitas terhadap temperatur ktitis
Hasil uji resistivity menggunakan multimeter
Kurva perbandingan resistivitas terhadap temperatur
kritis tiap sampel
32
32
33
34
35
35
35
37
37
37
37
38
38
39
41
42
44
45
47
48
50
51
52
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5
Judul
Halaman
Gambar bahan dan alat penelitian
Hasil Differential Thermal Analysis
Hasil XRD MATCH dan perhitungan kristalin
Hasil SEM-EDS Sampel MgB2 komersil
Hasil Cryogenic Magnet sampel MgB2 komersil
59
64
70
77
87
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
MgB2
PIST
BCS
HTS
LTS
Jc
Hc
Tc
SS
DTA/TGA
XRD
SEM
EDS
FPP
: Magnesium Diboride
: Powder Sealed In Tube
: Bardeen, Cooper and Schrieffer
: High Temperature Superconductor
: Low Temperature Superconductor
: Critical Current Density
: Critical Magnetic Field
: Critical Temperature
: Stainlees Steel
: Differential Thermal Analysis /
Thermal Gravimetric Analysis
: X-Ray Diffraction
: Scanning Electron Microscope
: Energy Dispersive Spectroscopy
: Four Point Probe
xiv
Universitas Sumatera Utara
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
SKRIPSI
FERNANDA
130801027
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
FERNANDA
130801027
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
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
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, April 2017
Fernanda
NIM. 130801027
ii
Universitas Sumatera Utara
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.
Terima kasih kepada Sahabat-sahabat penulis satu angkatan Fisika
Universitas Sumatera Utara terkhusus “DNDO” (Dini Rizqi Dwi, Nurdina dan Roza
Rezeki Zulwita), Andi Pratama, Almizan Ridho, Widya Nazri Afrida, Muhammad
iii
Universitas Sumatera Utara
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 rekanrekan 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
Fernanda
130801027
iv
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN PADA
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
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 MgB 2.
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 kompaksi dengan 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.
Kata kunci : Magnesium Diboride, Perlakuan Panas, Powder In Sealed Tube,
Stainless Steel SS304, Temperatur Kritis.
v
Universitas Sumatera Utara
THE EFFECT OF HEATING TEMPERATURE IN
SUPERKONDUKTOR MAGNESIUM
DIBORIDE (MgB2)
ABSTRACT
Experimental Effect of Heating Temperature In Superconductor Magnesium
Diboride (MgB2) using Powder In Sealed Tube (PIST) method has been done. MgB 2
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 400 0C, 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 4000C indicates 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.
Keywords: Critical Temperature, Heat Treatment, Magnesium Diboride, Powder In
Sealed Tube, Stainless Steel SS304.
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
x
xi
xiii
xiv
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SINGKATAN
BAB 1
BAB 2.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Tujuan Penelitian
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Waktu dan Tempat Penelitian
1.7 Sistematika Penelitian
1
2
2
2
3
3
3
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Superkonduktor
2.2 Sejarah dan Perkembangan Superkonduktor
2.3 Jenis-jenis Superkonduktor
2.3.1 Superkonduktor Tipe I
2.3.2 Superkonduktor Tipe II
2.3.3 Superkonduktor Temperatur Tinggi
2.3.4 Superkonduktor Temperatur Rendah
2.4 Karakteristik Superkonduktor
2.4.1 Medan Magnet Kritis (Hc)
2.4.2 Rapat Arus Kritis (Jc)
2.4.3 Temperatur Kritis (Tc)
2.5 Magnesium Diboride (MgB2)
2.6 Serbuk dalam Tabung Tertutup /
Powder In Sealed Tube (PIST)
2.7 Differential Thermal Analysis/
Thermal Gravimetric Analysis
2.8 Teknik Perlakuan Panas (Heat Treatment)
2.9 X-Ray Diffraction (XRD)
2.10 Scanning Electron Microscope (SEM)
5
5
7
7
7
8
8
8
8
9
10
10
12
13
17
18
21
vii
Universitas Sumatera Utara
2.11 Cryogenic Magnet
BAB 3.
BAB 4.
24
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Penimbangan Bahan
3.4.2 Analisa DTA/TGA (Differential Thermal
Analysis/Thermal Gravimetric Analysis)
3.4.3 Serbuk dalam Tabung Tertutup /
Powder In Sealed Tube (PIST)
3.4.4 Perlakuan Panas (Heat Treatment)
3.4.5 Karakterisasi Sampel
3.4.5.1 X-Ray Diffraction (XRD)
3.4.5.2 Scanning Electron MicroscopeEnergy Dispersive Spectroscopy
(SEM-EDS)
3.4.5.3 Uji Resistivitas
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Analisis Termal Sampel MgB2 Komersil
Menggunakan DTA
4.2 Analisis Fasa MgB2 Komersil Menggunakan
X-Ray Diffraction
4.2.1 Sampel MgB2 Komersil tanpa Pemanasan
4.2.2 Sampel MgB2 Komersil dengan Pemanasan
Temperatur 400oC
4.2.3 Sampel MgB2 Komersil dengan Pemanasan
Temperatur 750oC
4.2.4 Sampel MgB2 Komersil dengan Pemanasan
Temperatur 880oC
4.2.5 Gabungan Hasil Karakterisasi X-Ray
Diffraction MgB2 Komersil
4.3 Analisis Mikrostruktur Sampel MgB2 Komersil
Menggunakan SEM
4.4 Analisis Resistivitas Terhadap Temperatur Kritis
Pada Sampel MgB2 Komersil Menggunakan
Cryogenic Magnet
4.4.1 Gabungan Hasil Karakterisasi Cryogenic
Magnet pada Sampel MgB2 Komersil
25
25
25
25
25
26
27
28
28
28
29
30
33
33
34
35
39
40
41
42
44
45
47
48
49
52
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
54
54
55
59
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Tabel
1.
Lembar Data Spesimen MgB2 Komersil Tanpa
Pemanasan pada Software Match
2.
Lembar Data Spesimen MgB2 komersil dengan
pemanasan temperatur 400oC pada Software Match
3.
Lembar Data Spesimen MgB2 komersil dengan
pemanasan temperatur 750oC pada Software Match
4.
Lembar Data Spesimen MgB2 komersil dengan
pemanasan temperatur 880oC pada Software Match
5.
Data Temperatur Kritis Masing-Masing sampel
Halaman
42
43
45
46
53
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Gambar
Grafik hubungan temperatur dan resistivitas pada logam
1.
dan Superkonduktor
2.
Fluks magnet pada jangkauan kritis
3.
Efek Meissner
4.
Keadaan kisi atom pada superkonduktor
5.
Grafik resistivitas terhadap temperatur
6.
Grafik perkembangan superkonduktor konvensional
terhadap temperatur kritis (Tc)
7.
Struktur kristal MgB2
8.
Diagram fasa MgB2
9.
Ilustrasi analisis termal pada solid
10.
Skematis komponen DTA
11.
Kurva DTA
12.
Kurva DSC untuk bubuk campur Mg: B (1: 2), laju
Pemanasan 5, 7,5, 10 dan 150C / min. Pada grafik
menunjukkan kurva turunan dari kurva DSC
13.
Pertumbuhan ikatan mikrostruktur antar partikel selama
Proses sintering
14.
Pola XRD MgB2 bulk sintesis dengan temperatur
berbeda
15.
Pola XRD sampel MgB2 yang disintering pada sembilan
temperatur selama 1 jam
16.
Skema SEM
17.
Morfologi SEM MgB2 pada temperatur 8000C
18.
Hasil uji SEM dari dua MgB2 bulk yang disiapkan
mulai dari Mg + B (a, c) dan MgB4 + Mg (b,d)
19.
Skema pengukuran resistivity memakai metode four point
probe
20.
Diagram alir prosedur penelitian
21.
(a) Penimbangan bahan MgB2 komersil
(b) Neraca digital kern EW 220-3NM
Alat uji DTA/TGA
22.
23.
(a) Alat pemotong SS 304 Tube
(b) Proses pemotongan SS 304 Tube
24.
(a) Stainlees steel 304 Tubes
(b) Tube setelah dikompaksi
(c) Mesin Press BMI Simon Machinery MFG.CO.
Indonesia
25.
(a) Sampel yang akan disintering
(b) Muffle furnace
26.
(a) Proses pemanasan pada temperatur 400°C,
Halaman
5
7
9
9
10
11
11
12
14
14
15
16
18
19
20
21
22
23
24
27
28
28
29
29
30
30
30
31
31
32
xi
Universitas Sumatera Utara
27.
28
29.
30
31
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
(b) Proses pemanasan pada temperatur 750°C
(c) Proses pemanasan pada temperatur 880°C
Preparasi sampel untuk uji XRD
Perangkat uji XRD
(a) Preparasi sampel uji SEM
(b) Auto fine coater
Perangkat uji SEM
(a) Proses preparasi sampel uji Cryogenic
(b) Sampel yang telah siap untuk diuji
(a) Cryogenic magnet
(b) Circulation pump
(c) Compressor gas helium
(d) Temperature and magnet controller
Hasil Uji DTA/TGA pada MgB2 Komersil
Pola XRD MgB2 komersil tanpa pemanasan
Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 4000C
Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 7500C
Pola XRD MgB2 komersil dengan pemanasan 8800C
Pola XRD gabungan semua sampel pemanasan
Hasil uji SEM dengan perbesaran 500x
Kurva resistivitas terhadap temperatur ktitis
Hasil uji resistivity menggunakan multimeter
Kurva perbandingan resistivitas terhadap temperatur
kritis tiap sampel
32
32
33
34
35
35
35
37
37
37
37
38
38
39
41
42
44
45
47
48
50
51
52
xii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5
Judul
Halaman
Gambar bahan dan alat penelitian
Hasil Differential Thermal Analysis
Hasil XRD MATCH dan perhitungan kristalin
Hasil SEM-EDS Sampel MgB2 komersil
Hasil Cryogenic Magnet sampel MgB2 komersil
59
64
70
77
87
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
MgB2
PIST
BCS
HTS
LTS
Jc
Hc
Tc
SS
DTA/TGA
XRD
SEM
EDS
FPP
: Magnesium Diboride
: Powder Sealed In Tube
: Bardeen, Cooper and Schrieffer
: High Temperature Superconductor
: Low Temperature Superconductor
: Critical Current Density
: Critical Magnetic Field
: Critical Temperature
: Stainlees Steel
: Differential Thermal Analysis /
Thermal Gravimetric Analysis
: X-Ray Diffraction
: Scanning Electron Microscope
: Energy Dispersive Spectroscopy
: Four Point Probe
xiv
Universitas Sumatera Utara