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

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
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

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

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
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

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

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

Pusat Penelitian Metalurgi-LIPI

Ketua,

Kepala,

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP: 195510301980031003

Dr. Ing Andika Widya Pramono, M.Eng.
NIP: 197003131989011001

Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul

Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi

Departemen
Fakultas

: Sintesis Superkonduktor MgB2 Dengan
Penambahan
Carbon
Nanotube
Menggunakan Metode Powder In tube
: Skripsi
: Lyana Amirani
: 120801056
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: 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)
NIP. 195510301980031003

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

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

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
NIM. 120801056

Universitas Sumatera Utara

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

ini.

Universitas Sumatera Utara

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), abangkakak asisten Laboratorium Inti (Kak Dyana, Kak Trimala, Kak Sri

Handika, Kak Sri Rahmawati, Bang Trisno dan Bang Adrian), adikadik 2013 (Andi, Roza, dkk), 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.

Penulis

Universitas Sumatera Utara

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

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.

Kata kunci : Magnesium Deboride, temperatur kritis, Carbon nanotube, Powder
In Tube, stainless steel SS304, Cryogenic magnet

Universitas Sumatera Utara

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,
Powder In Tube, stainless steel SS304, Cryogenic magnet

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
x
xi
xiii
xiv

Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Tujuan Penelitian
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan

1
2
2
2
2
3

Tinjauan Pustaka
2.1 Pengertian Superkonduktor
2.2 Sejarah dan Perkembangan Superkonduktor
2.3 Karakteristik Superkonduktor
2.3.1 Sifat Magnet Superkonduktor
2.3.2 Sifat Listrik Superkonduktor
2.3.3 Suhu Kritis (Tc)
2.4 Tipe-Tipe Superkonduktor
2.4.1 Superkonduktor Tipe I
2.4.2 Superkonduktor Tipe II
2.4.3 Superkonduktor Suhu Rendah
2.4.4 Superkonduktor Suhu Tinggi
2.5 Magnesium Deboride
2.5.1 Sejarah Penemuan MgB2
2.5.2 Struktur Kristal dan Karakteristik MgB2
2.5.3 Sintesis MgB2 In Situ Powder In Tube (PIT)
2.5.4 Penambahan Dopan pada MgB2
a. Dopan Unsur Logam

4
4
5
5
8
9
9
9
10
10
10
11
11
11
12
12
12

Universitas Sumatera Utara

b. Dopan Unsur Nonlogam
c. Dopan Senyawa
Carbon Nanotube
2.6.1 Sejarah Carbon Nanotube
2.6.2 Struktur Carbon Nanotube
a. Single Walled Nanotube (SWNT)
b. Multi Walled Nanotube (MWNT)
X-Ray Diffraction (XRD)
Scanning Electron Microscopy (SEM)
Cryogenic Magnet

13
13
13
13
14
14
14
15
17
18

Metode Penelitian
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2 Alat Dan Bahan
3.2.1 Alat Penelitian
3.2.2 Bahan Penelitian
3.3 Perhitungan Stoikiometri
3.4 Penimbangan Bahan
3.5 Mixing (Pencampuran Bahan)
3.6 Proses Kompaksi Metode PIT
3.7 Proses Sintering
3.8 Karakterisasi Sampel
3.8.1 Difraktometer Sinar-X (XRD)
3.8.2 SEM (Scanning Electron Microscopy)
3.8.3 Cryogenic
3.9gr Diagram Alir Penelitian

19
19
19
19
19
20
20
21
22
23
23
24
24
25
26
27

2.6

2.7
2.8
2.9
Bab 3

Bab 4.

Hasil Dan Pembahasan
4.1 Hasil Sintesis
4.2 Analisa Fasa Sampel MgB2 Dengan Penambahan CNT
Menggunakan Difraktometer Sinar-X
4.2.1 Sampel MgB2 (tanpa penambahan CNT, x = 0)
4.2.2 Sampel Mg1,95CNT0,05 (dengan penambahan
CNT, x = 0,05)
4.2.3 Sampel MgB1,90CNT0,10 (dengan penambahan
CNT, x = 0,10)
4.2.4 Sampel MgB1,80CNT0,20 (dengan penambahan
CNT, x = 0, 20)
4.2.5 Gabungan Hasil Karakterisasi Difraktometer
Sinar-X Sampel MgB2 Dengan Penambahan
CNT
4.3 Analisa Mikrostruktur Sampel MgB2 Dengan
Penambahan CNT menggunakan SEM

28
29
29
30
32
33
35
35

Universitas Sumatera Utara

4.4

Bab5.

Analisa Resistivitas Terhadap Temperatur Kritis Sampel
MgB2 Dengan Penambahan CNT Menggunakan
Cryogenic Magnet
4.4.1 Gabungan Hasil Karakterisasi Cryogenic
Pada Sampel MgB2

Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

Daftar Pustaka
Lampiran

36

38

40
40

41
L1

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Tabel

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

31

Software Match
4.3

Lembar Data Spesimen MgB1,90CNT0,10 pada

33

Software Match
4.4

Lembar Data Spesimen MgB1,80CNT0,20 pada

34

Software Match
4.5

Data Temperatur Kritis Masing-Masing Sampel

39

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

Gambar
2.1

Efek Meissner

5

2.2

Kurva Induksi Normal

7

2.3

Kurva Histerisis Magnet

7

2.4

Pergerakan

elektron

saat

keadaan

8

superkonduktor
2.5

Grafik resistivitas sebagai fungsi suhu

9

mutlak
2.6

Struktur kristal MgB2

11

2.7

Beberapa bentuk struktur SWNT:

14

(a) Struktur armchair
(b) Struktur zigzag
(c) Struktur chiral
2.8

Struktur Multi Walled Nanotube

15

2.9

Komponen XRD (Batan)

16

2.10

Komponen SEM (P2MM, LIPI)

17

2.11

Komponen Cryogenic Magnet

18

(P2MM, LIPI)
3.1

Penimbangan bahan

22

3.2

(a). mortal dan spatula

22

(b). proses penggerusan

22

3.3

SS 304 tube

23

3.4

(a). mesin pemotong plat

24

(b). muffle furnace

24

Preparasi sampel untuk uji XRD

25

3.5

Universitas Sumatera Utara

3.6

Auto fine coater

25

3.7

(a) Proses preparasi sampel uji cryogenic

26

(b) Sampel yang telah siap untuk diuji

26

3.8

Diagram alir penelitian

27

4.1

Pola XRD MgB2CNT0

29

4.2

Pola XRD MgB1.95CNT0.05

30

4.3

Pola XRD MgB1.90CNT0.10

32

4.4

Pola XRD MgB1.80CNT0.20

33

4.5

Kurva

gabungan hasil

XRD

semua

35

sampel
4.6

4.7

Hasil Uji SEM sampel perbesaran 500 X

36

(a) sampel MgB2CNT0

36

(b) sampel MgB1,95CNT0,05

36

(c) sampel MgB1,90CNT0,10

36

(d) sampel MgB1,80CNT0,20

36

Kurva resistivitas terhadap perubahan

37

temperatur kritis

4.8

(a). MgB2CNT0

37

(b). MgB1,95CNT0,05

37

(c). MgB1,90CNT0,10

37

(d). MgB1,80CNT0,20

37

Kurva perbandingan resistivitas terhadap

38

temperatur kritis tiap sampel

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

Lamp
A

Gambar Bahan Dan Alat Penelitian

L1

B

Stokiometri wt% Sampel

L3

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

Hasil XRD Menggunakan MATCH

L5

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

Hasil SEM Sampel MgB2CNTx (x=0;

L13

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

Hasil Cryogenic Sampel MgB2CNTx

L15

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

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN

MgB2

: Magnesium Deboride

CNT

: Carbon Nanotube

PIT

: Powder In Tube

BCS

: Berdeen, Cooper, and Schrieffer

HTS

: High Temperature Superconductor

LTS

: Low Temperature Superconductor

XRD

: X-Ray Diffraction

SEM

: Scanning Electron Microscopy

TEM

: Transmission Electron Microscopy

Universitas Sumatera Utara