BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber daya mineral.
Keberadaannya yang melimpah perlu diimbangi dengan peningkatan nilai tambah
mineral itu sendiri. Salah satu produk yang memiliki nilai jual tinggi yaitu
teknologi superkonduktor. Kebutuhan superkonduktor dunia dari tahun ke tahun
terus meningkat. Penggunaan material superkonduktor semakin luas dalam
berbagai bidang yaitu sebagai alat kedokteran (MRI), alat transportasi (kereta
maglev), dan energi (motor, generator, transformer, kabel listrik, penyimpan
energi listrik). Permintaan material superkonduktor dunia dalam 15 tahun ke
depan diperkirakan akan meningkat secara signifikan. Untuk menjawab tantangan
tersebut, Indonesia perlu menguasai teknologi dalam bidang superkonduktor.
Sifat superkonduktor pertama kali ditemukan pada logam Merkuri (Hg)
pada suhu 4,2 K oleh fisikawan Belanda dari Universitas Leiden yaitu Heike
Kamerlingh Onnes pada tahun 1991. Onnes kemudian mempelajari sifat-sifat
listrik pada berbagai logam dengan suhu yang sangat dingin. Sifat superkonduktor
ditemukan pada berbagai logam dalam sistem periodik unsur, campuran (alloy)
dan senyawa semilogam (keramik). Fakta menunjukkan bahwa logam
feromagnetik dan logam konduktor yang baik (Cu, Ag, Pt dan Au) bukan
merupakan superkonduktor. Unsur non-logam seperti silikon bisa menjadi
superkonduktor ketika diberi tekanan. Pada tekanan 120-130 kbar, silikon
menunjukkan Tc dari 6,7 K sampai 7,1 K. Sifat superkonduktor juga ditunjukkan
oleh sulfur pada tekanan 200 kbar dengan Tc 5,7 K (Vanderah, 1991).
Untuk menjelaskan sifat superkonduktor suatu material, pada tahun 1957
teori superkonduktor dikemukakan oleh Barden, Cooper, dan Schrieffer, yang
dikenal dengan teori BCS. Pada tahun 1986, Tc sebesar 23,4 K teramati pada
superkonduktor Nb3Ge dan merupakan suhu superkonduktor terbesar pada
masanya.
Pada
tahun
1986
terjadi
sebuah
terobosan
baru
dibidang
superkonduktor. Alex Müller and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset
1
2
IBM di Rüschlikon, Switzerland berhasil membuat suatu keramik yang terdiri dari
unsur Lantanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen yang bersifat superkonduktor.
Suhu tertinggi pada waktu itu, 30 K. Penemuan ini menjadi spektakuler karena
keramik selama ini dikenal sebagai isolator. Keramik tidak menghantarkan listrik
sama sekali pada suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu
tidak memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan
ini membuat keduanya diberi penghargaan hadiah Nobel setahun kemudian.
Seiring dengan penelitian dan pembuatan bahan superkonduktor, maka diperoleh
superkonduktor bersuhu tinggi (HTSC). Superkonduktor bersuhu tinggi
merupakan sifat superkonduktor yang diperlihatkan oleh suatu material
superkonduktor pada suhu diatas 80 K atau diatas suhu nitrogen cair (Kamimura
dkk., 2006).
Pada tahun 1988, Maeda, Tanaka, Fukutomi dan Asano berhasil
menemukan superkonduktor suhu tinggi berbasis bismuth oksida, dimana ditulis
dengan nama superkonduktor sistem BSCCO. BSCCO memiliki beberapa fasa
yang
stabil
yaitu
Bi2Sr2Cu1Ox
(Bi-2201),
Bi2Sr2Ca1Cu2Ox
(Bi-2212),
Bi2Sr2Ca2Cu3Ox (Bi-2223). Suhu kritis dari ketiga fasa tersebut berturut-turut
adalah 10 K, 80 K dan 110 K. Superkonduktor sistem BSCCO memiliki sifat
mekanik yang bagus, sehingga mudah dibentuk dan tidak beracun. Material
BSCCO dengan fasa Bi-2223 memiliki Tc yang paling besar sehingga paling
potensial untuk dikembangkan dan diaplikasikan sebagai kabel listrik, generator,
magnet medan tinggi (high-field magnet) dan lain-lain (Sato, 2015).
Berdasarkan penelitian yang dilakukan Maeda terjadi peningkatan suhu
kritis (Tc) pada superkonduktor sistem BSCCO dari fasa Bi-2201, Bi-2212,
Bi-2223. Hal ini mengindikasikan ada pengaruh struktur kristal terhadap suhu
kritis (Tc). Superkonduktor sistem BSCCO memiliki struktur kristal berlapis
(layer) yang memanjang pada arah sumbu c (c-axis) dan secara berurutan terjadi
penambahan satu lapisan CuO2 dan Ca dari fasa Bi-2201, Bi-2212, Bi-2223.
Dalam Yanmaz dkk (1996), Maeda menyatakan bahwa semua material
superkonduktor suhu tinggi (high-Tc) memiliki bidang CuO dua dimensi (2D)
pada struktur kristalnya. Hantaran listrik kebanyakan terjadi pada bidang CuO.
3
Seperti yang diketahui bahwa suhu kritis (Tc) superkonduktor BSCCO
meningkat dari 10 K untuk fasa n=1 ke 110 K untuk fasa n=3, diatas fasa n=4, Tc
akan menurun sesuai dengan penambahan jumlah n. Bagaimanapun juga sulit
untuk mendapatkan kualitas BSCCO yang tinggi untuk fasa n=4 jika
dibandingkan dengan fasa n=2 atau n=3 karena struktur kristal yang rumit. Sifat
superkonduktor fasa n≥ 4 masih belum jelas, sehingga pada penelitian ini
diharapkan
dapat
diketahui
sifat
superkonduktor
BSCCO
dengan
n= 2-5.
Pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan superkonduktor sistem
BSCCO dengan rumus Bi2Sr2Can-1CunOx (n= 2-5) dengan menggunakan metode
metalurgi serbuk. Penggunaan metode metalurgi serbuk memberikan keuntungan
dari sisi pengontrolan komposisi bahan yang dibuthkan. Langkah-langkah yang
dilakukan pada metode metalurgi serbuk yaitu pencampuran, kompaksi, dan
sintering. Pembuatan superkonduktor dengan metode metalurgi serbuk terjadi
akibat transfer massa ketika atom-atomnya mengalami difusi pada saat
disinterring dibawah titik lelehnya.
Dalam
pembuatan
superkonduktor,
komposisi
awal
bahan-bahan
campuran superkonduktor, jenis bahan-bahan yang digunakan, teknik pembuatan,
suhu sintering, lama waktu sintering dan doping dengan unsur lain sangat
berpengaruh terhadap fasa superkonduktor sistem BSCCO yang terbentuk. Sejauh
ini, belum didapatkan kondisi yang paling optimal dalam pembuatan bahan
superkonduktor baik dari sisi spesifikasi rasio massa campuran serbuk-serbuk
untuk membuat superkonduktor, suhu sintering dan lama waktu sintering. Suhu
sintering yang sering digunakan dalam pembuatan superkonduktor yaitu di atas
suhu 800°C. Yanmaz (1996) misalnya menggunakan suhu sintering 845°C selama
100 jam dalam membuat superkonduktor sistem BSCCO dengan komposisi awal
2234, sampel terlebih dahulu dikalsinasi pada suhu 840°C selama 10 jam.
4
1.2 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang yang sudah diuraikan diatas maka tujuan dari
penelitian ini yaitu:
1. Untuk mempelajari pengaruh komposisi bahan baku superkonduktor secara
stoikiometri
terhadap
pembentukan
fasa
superkonduktor
sistem
Bi2Sr2Can-1CunOx.
2. Untuk
mempelajari
pengaruh
suhu
sintering pada
750°C
terhadap
pembentukan fasa dan sifat superkonduktornya.
3. Untuk
mempelajari
pengaruh
lama
waktu
sintering
terhadap
sifat
superkonduktor sistem Bi2Sr2Can-1CunOx.
1.3 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah memberikan kontribusi
ilmiah dalam pengembangan superkonduktor sistem BSCCO dan meningkatkan
khazanah pengetahuan terkait dengan struktur fasa sistem Bi2Sr2Can-1CunOx
dengan nilai n= 2, 3, 4, 5 ketika disintering dengan suhu 750°C.