Pengaruh Temperatur Pemanasan pada Superkonduktor Magnesium Diboride (MgB2)
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Magnesium diboride (MgB2) adalah superkonduktor yang menjanjikan
dengan temperatur tinggi, 39K. Material MgB2 mulai dikembangkan sekitar tahun
1950-an, tetapi sifat superkonduktivitasnya ditemukan pada tahun 2001 oleh
Nagamatsu, dkk. Menurut Nagamatsu, dkk, MgB2 adalah senyawa sederhana yang
terdiri dari dua unsur logam yang mempunyai perilaku superkonduktor, sehingga
membuat para peneliti tertarik untuk mengembangkan material superkonduktor
paduan logam tersebut. Selain mempunyai temperatur kritis ~39K (diatas helium
cair), MgB2 mempunyai rapat arus kritis yang tinggi, yaitu sebesar 10 6-107 A/cm2
dan medan magnet 0 pada temperatur rendah. Panjang koherensi MgB 2 adalah 3-12
nm, dimana nilai ini lebih besar dari superkonduktor temperatur tinggi (HTSC).
Penelitian dan pengembangan material MgB2 yang dilakukan diharapkan dapat
menggantikan material Nb3Sn yang mempunyai nilai temperatur kritis sebesar 18 K.
Nb3Sn sudah diaplikasikan pada perangkat elektronik, yaitu Magnetic Resonance
Imaging (MRI). Selain mempunyai nilai temperatur kritis yang lebih tinggi, MgB2
lebih murah dibandingkan dengan Nb3Sn (Yudanto et al., 2015).
Superkonduktor merupakan salah satu dari perkembangan teknologi yang
paling populer dikalangan peneliti karena material ini menawarkan sejumlah
keunggulan ketika diaplikasikan. Seperti kereta super cepat yang lebih dikenal
Magnetic Levitation (MagLev), Magnetic Resonance Imaging (MRI), sistem
penstabil listrik Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (DSMES), dan transmisi listrik yang efisien berbahan kawat superkonduktor
(Nagamatsu, 2001). Superkonduktivitas merupakan fenomena menarik yang ditandai
dengan fase transisi temperatur kritis (Tc) berada dalam kesetimbangan dengan fase
superkonduktor (Luiz, 2010).
Analisis
termal
merupakan kelompok
teknik
karakterisasi
material
berdasarkan perubahan sifat fisik atau kimia material akibat perubahan temperatur
dengan variable waktu. Analisis termal digunakan untuk mendapatkan sifat
termodinamis material sehingga dapat diketahui sifat material dibawah pengaruh
pemanasan atau pendinginan, dibawah atmosfer reduksi atau oksidasi dan dibawah
Universitas Sumatera Utara
2
tekanan gas (Klancnik et al., 2010). Salah satu metode analisis termal adalah analisis
differensial termal (Differential Thermal Analysis/DTA) yang didasari pada
perubahan kandungan panas akibat perubahan temperatur (Sariyanto, 2010).
Merujuk dari beberapa penelitian yang telah dilakukan, maka penulis
melakukan penelitian yaitu menganalisis karakterisasi termal superkonduktor
magnesium diboride (MgB2) komersil berdasarkan uji DTA/TGA dan perlakuan
panas (Heat Treatment) menggunakan metode Powder in Sealed Tube (PIST). Dalam
penelitian ini dilakukan proses pemanasan MgB2 dengan temperatur yang berbedabeda yaitu T = 4000C, T = 7500C dan T = 8800C.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana karakterisasi termal superkonduktor MgB2 berdasarkan uji
DTA/TGA.
2. Bagaimana sifat superkonduktor MgB2 setelah perlakuan panas.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Menganalisis karakterisasi termal superkonduktor MgB2 berdasarkan uji
DTA/TGA.
2. Menganalisis sifat superkonduktor MgB2 setelah perlakuan panas.
1.4 Batasan Masalah
Agar permasalahan yang akan dibahas menjadi terarah, maka penulis
membatasi ruang lingkup yaitu:
1. Bahan baku yang digunakan serbuk MgB2 komersil.
2. Karakterisasi termal menggunakan DTA/TGA.
3. Perlakuan panas superkonduktor MgB2 menggunakan metode Powder In
Sealed Tube (PIST).
4. Karakterisasi yang dilakukan meliputi SEM, XRD dan pengukuran nilai
resistivitas menggunakan Cryogenic magnet.
Universitas Sumatera Utara
3
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Diharapkan riset penelitian ini mampu memberikan informasi dalam
pengembangan material superkonduktor MgB2 yang merujuk pada aplikasi
superkonduktor dalam industri.
2. Berperan dalam pengembangan teknologi serta aplikasi bahan MgB2.
3. Sebagai bahan pengembangan dari teori yang telah didapat peneliti selama
perkuliahan.
1.6 Waktu dan Tempat Penelitian
Proses penelitian, pembuatan sampel, karakterisasi dan penulisan dilakukan
tanggal 01 Februari 2017 sampai dengan 06 April 2017, di
a. Pusat Penelitian Metalurgi dan Material – Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia (P2MM - LIPI) Serpong.
b. Pusat Penelitian Kimia – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2K - LIPI)
Serpong.
c. Pusat Penelitian Fisika – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2F - LIPI)
Serpong.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing-masing Bab adalah sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah,
rumusan masalah, tujuan penelitian dan manfaat penelitian
serta sistematika penulisan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
BAB III
METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian,
diagram alir penelitian, prosedur penelitian dan pengujian
sampel.
Universitas Sumatera Utara
4
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa
data yang diperoleh dari penelitian
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dan
memberikan saran untuk penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
1.1 Latar Belakang
Magnesium diboride (MgB2) adalah superkonduktor yang menjanjikan
dengan temperatur tinggi, 39K. Material MgB2 mulai dikembangkan sekitar tahun
1950-an, tetapi sifat superkonduktivitasnya ditemukan pada tahun 2001 oleh
Nagamatsu, dkk. Menurut Nagamatsu, dkk, MgB2 adalah senyawa sederhana yang
terdiri dari dua unsur logam yang mempunyai perilaku superkonduktor, sehingga
membuat para peneliti tertarik untuk mengembangkan material superkonduktor
paduan logam tersebut. Selain mempunyai temperatur kritis ~39K (diatas helium
cair), MgB2 mempunyai rapat arus kritis yang tinggi, yaitu sebesar 10 6-107 A/cm2
dan medan magnet 0 pada temperatur rendah. Panjang koherensi MgB 2 adalah 3-12
nm, dimana nilai ini lebih besar dari superkonduktor temperatur tinggi (HTSC).
Penelitian dan pengembangan material MgB2 yang dilakukan diharapkan dapat
menggantikan material Nb3Sn yang mempunyai nilai temperatur kritis sebesar 18 K.
Nb3Sn sudah diaplikasikan pada perangkat elektronik, yaitu Magnetic Resonance
Imaging (MRI). Selain mempunyai nilai temperatur kritis yang lebih tinggi, MgB2
lebih murah dibandingkan dengan Nb3Sn (Yudanto et al., 2015).
Superkonduktor merupakan salah satu dari perkembangan teknologi yang
paling populer dikalangan peneliti karena material ini menawarkan sejumlah
keunggulan ketika diaplikasikan. Seperti kereta super cepat yang lebih dikenal
Magnetic Levitation (MagLev), Magnetic Resonance Imaging (MRI), sistem
penstabil listrik Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (DSMES), dan transmisi listrik yang efisien berbahan kawat superkonduktor
(Nagamatsu, 2001). Superkonduktivitas merupakan fenomena menarik yang ditandai
dengan fase transisi temperatur kritis (Tc) berada dalam kesetimbangan dengan fase
superkonduktor (Luiz, 2010).
Analisis
termal
merupakan kelompok
teknik
karakterisasi
material
berdasarkan perubahan sifat fisik atau kimia material akibat perubahan temperatur
dengan variable waktu. Analisis termal digunakan untuk mendapatkan sifat
termodinamis material sehingga dapat diketahui sifat material dibawah pengaruh
pemanasan atau pendinginan, dibawah atmosfer reduksi atau oksidasi dan dibawah
Universitas Sumatera Utara
2
tekanan gas (Klancnik et al., 2010). Salah satu metode analisis termal adalah analisis
differensial termal (Differential Thermal Analysis/DTA) yang didasari pada
perubahan kandungan panas akibat perubahan temperatur (Sariyanto, 2010).
Merujuk dari beberapa penelitian yang telah dilakukan, maka penulis
melakukan penelitian yaitu menganalisis karakterisasi termal superkonduktor
magnesium diboride (MgB2) komersil berdasarkan uji DTA/TGA dan perlakuan
panas (Heat Treatment) menggunakan metode Powder in Sealed Tube (PIST). Dalam
penelitian ini dilakukan proses pemanasan MgB2 dengan temperatur yang berbedabeda yaitu T = 4000C, T = 7500C dan T = 8800C.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana karakterisasi termal superkonduktor MgB2 berdasarkan uji
DTA/TGA.
2. Bagaimana sifat superkonduktor MgB2 setelah perlakuan panas.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Menganalisis karakterisasi termal superkonduktor MgB2 berdasarkan uji
DTA/TGA.
2. Menganalisis sifat superkonduktor MgB2 setelah perlakuan panas.
1.4 Batasan Masalah
Agar permasalahan yang akan dibahas menjadi terarah, maka penulis
membatasi ruang lingkup yaitu:
1. Bahan baku yang digunakan serbuk MgB2 komersil.
2. Karakterisasi termal menggunakan DTA/TGA.
3. Perlakuan panas superkonduktor MgB2 menggunakan metode Powder In
Sealed Tube (PIST).
4. Karakterisasi yang dilakukan meliputi SEM, XRD dan pengukuran nilai
resistivitas menggunakan Cryogenic magnet.
Universitas Sumatera Utara
3
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Diharapkan riset penelitian ini mampu memberikan informasi dalam
pengembangan material superkonduktor MgB2 yang merujuk pada aplikasi
superkonduktor dalam industri.
2. Berperan dalam pengembangan teknologi serta aplikasi bahan MgB2.
3. Sebagai bahan pengembangan dari teori yang telah didapat peneliti selama
perkuliahan.
1.6 Waktu dan Tempat Penelitian
Proses penelitian, pembuatan sampel, karakterisasi dan penulisan dilakukan
tanggal 01 Februari 2017 sampai dengan 06 April 2017, di
a. Pusat Penelitian Metalurgi dan Material – Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia (P2MM - LIPI) Serpong.
b. Pusat Penelitian Kimia – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2K - LIPI)
Serpong.
c. Pusat Penelitian Fisika – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2F - LIPI)
Serpong.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing-masing Bab adalah sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah,
rumusan masalah, tujuan penelitian dan manfaat penelitian
serta sistematika penulisan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
BAB III
METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian,
diagram alir penelitian, prosedur penelitian dan pengujian
sampel.
Universitas Sumatera Utara
4
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa
data yang diperoleh dari penelitian
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dan
memberikan saran untuk penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara