Mechanical and superconducting properties of nanosize MgO added dip-coated Bi2Sr2CaCu2O8 superconducting tapeNasri A. Hamid, Mohd Yusri Abd Rahman, Noor Fairuz ShamsudinDepartment of Engineering Sciences & Mathematics, College of Engineering, Universiti Tenaga Nasional, Kajang, Selangor, Malaysia.

ABSTRAKPada penelitian ini, penambahan nanopartikel MgO pada bahan superkonduktor suhu tinggi Bi2Sr2CaCu2O8 dilakukan untuk menghasilkan bahan superkonduktor dengan sifat mekanik yang lebih baik. Lembaran Bi-2212 ini dihasilkan dengan menggunakan metode DIS (dip-coating-thin-stacking). Selanjutnya sampel yang dihasilkan ini kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan DC electrical resistance measurements, XRD, SEM, transport critical current density, dan alat uji tarik (tensile test). Dibandingkan sampel yang lain, penambahan 5 wt% nanopartikel MgO menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi begitu pula dengan sifat superkondutornya.1. PENDAHULUANTeknologi superkonduktor semakin berkembang pesat sejak ditemukan bahan superkonduktor suhu tinggi (SKST) pada pertengahan tahun 80-an. Bahan SKST ini dapat diaplikasikan secara luas mulai dari aplikasi piranti elektronik (electronic device), efek levitasi magnetic, Superconducting Fault Current Limiter (SFCL), sampai digunakan sebagai kabel transmisi daya (Didin, dkk., 2006). Oleh karena itu, untuk pemanfaatan dalam berbagai aplikasi ini bahan superkonduktor suhu tinggi harus memiliki sifat superkonduktor yang sangat baik dan kekuatan mekanik yang lebih tinggi. Bahan yang berbasis superkonduktor suhu tinggi ini salah satunya adalah Bi2Sr2CaCu2O8 (Bi-2212), kelebihan dari bahan ini adalah memiliki suhu kritis yang tinggi sekitar 80 K (Rohmawati, Daminto, 2012), rapat arus kritis yang tinggi, dan pembentukan fase yang cepat serta fase yang stabil. Seperti bahan superkonduktor suhu tinggi yang lain, Bi-2212 ini juga memiliki sifat mekanik yang kurang baik, seperti kekakuan, kekuatan dan keuletan yang rendah. Hal inilah yang menghambat penerapan SKST Bi-2212 di bidang industri. Untuk menghasilkan bahan SKST dengan sifat mekanik yang lebih baik dapat dilakukan dengan menambahkan partikel yang berukuran nano seperti MgO, penambahan ini terbukti dapat meningkatkan sifat mekanik dari bahan. Dalam penelitian ini, akan dipaparkan mengenai sifat mekanik dan superkonduktor dari lembaran Bi-2212 yang dipadukan dengan MgO pada suhu ruang dan kriogenik.2. METODE PENELITIANSintesis bahan superkonduktor suhu tinggi dalam penelitian ini menggunakan metode DIS (dip-coating thin stacking). Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk Bi-2212, serbuk MgO berukuran nano, silver foil (produk Alfa Aesar) dengan ketebalan 0,1 mm dan kemurnian 99,98% ; sorbitane trioleate (C60H108O8); 1,3-propadianol (C3H8O2); polyvinyl butyral dan trichloroethylen (C2HCl3).

4 wt% sorbitane trioleate (C60H108O8)1,3-propadianol (C3H8O2)6 wt% polyvinyl butyral68 wt% trichloroethylen (C2HCl3)22 wt% serbuk Bi-2212 (dengan atau tanpa MgOPembuatan sampelPembuatan prekursor basahPreparasi bahan

dicampur

Pengadukan selama 24 jamPelapisan prekursor ke alumunium foil dengan metode DISLembaran Bi-2212 dipanaskan pada suhu 80C selama 48 jamDipanaskan kembali pada 500C dengan dialiri gas oksigen selama satu jamLembaran Bi-2212 ditumpuk dan dirollingDipanaskan dari suhu ruang sampai suhu 865C selama 2,88 jamDi holding time selama 6 menit Didinginkan dari suhu 865C - 830C selama 3,5 jamProses annealing pada suhu 830C selama 48 jamPendinginan pada suhu ruang selama 2,77 jam

Karakterisasi sampel

3. Jika dibandingkan antara lembaran yang dilapisi MgO 5 wt% dengan tanpa lapisan MgO terdapat penurunan yang drastic pada suhu 0 K pada bahan tanpa penambahan MgO. Hal ini menunjukkan tingkat kemurnian lembaran superkonduktor tanpa tambahan MgO.HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 1. Kurva hambatan yang bergantung pada suhu dari lembaran Bi-2212 (dengan dan tanpa penambahan nano partikel MgO)Sumber : A, Nasir, dkk., 2011

Gambar hasil SEM ini menunjukkan bahwa partikel MgO menyebar ke dalam serbuk Bi-2212, sehingga MgO menutupi lubang-lubang yang dimiliki oleh lembaran Bi-2212. Hal ini yang membuat bahan superkonduktor menjadi lebih kuat dan keras.

Gambar 2. Hasil SEM dari lembaran superkonduktor Bi-2212Sumber : A, Nasir, dkk., 2011

Pada suhu ruang, superkonduktor dengan penambahan 5 wt% MgO akan lebih cepat mengalami patahan (crack) dibandingkan dengan sampel yang berada pada suhu 77 K.

Gambar 3. Kurva stress-strain lembaran superkonduktor Bi-2212 dengan tambahan MgO pada suhu ruang dan kriogenikSumber : A, Nasir, dkk., 2011