Perbedaan STM (Scanning Tunnelling Microscope) dan AFM (Atomic Force Microscope)

Scanning Tunneling Microscopy merupakan salah satu alat yang digunakan untuk melihat topografi secara jelas. Prinsip kerja dari sistem STM adalah memanfaatkan arus tunnel yang timbul pada gap antara ujung jarum pengukur (needle tip) dan permukaan sampel terukur. Arus tunel yang terjadi adalah arus yang timbul akibat adanya overlapping  awan elektron yang dimiliki oleh kedua konduktor yang saling bedekatan bila diberi beda potensial padanya. Dalam hal ini adalah ujung jarum pengukur dan permukaan sampel terukur. Total kerapatan arus dari elektron tunel tidak menjadi nol pada permukaan luas dari sampel, akan tetapi berkurang menurut fungsi eksponensial sampai beberapa Amstrong dari permukaan bagian luar sampel yang sering disebut awan elektron.

Bila ada dua buah konduktor yang didekatkan satu sama lain pada orde Angstrom, kemudian diberikan beda potensial kepadanya maka akan timbul aliran arus dari suatu konduktor menuju konduktor yang lainnya. Karena arus tersebut dikenal dengan arus tunel. Arus tunel inilah yang menjadi dasar pengukuran dengan menggunakan sistem scanning tunneling microscope (STM).

Pada umumnya besar arus tunnel yang digunakan dalam sistem STM antara 0,5 nA sampai dengan 2,5 nA dan besarnya tegangan bias yang digunakan adalah antara 0,5 volt sampai dengan 2,0 volt. Batasan penggunaan arus kerja dan tegangan sampel bias tersebut adalah untuk menghindari terjadinya kerusakan pada permukaan sampel dan ujung jarum pengukur.  Hal tersebut mungkin terjadi karena keterbatasan respon dari sistem umpan balik dari sistem scanner atau terlalu dekatnya ujung jarum pada permukaan sampel terukur. Dengan memberikan sampel bias yang lebih tinggi dari tegangan kerjanya, yaitu berkisar antara 3,0 volt sampai 0,5 volt maka permukaan ujung jarum dapat diperbaiki dan akan mendapatkan hasil pengukuran yang benar. Dengan demikian, dari image yang akan dihasilkan akan dapat dianalisa dan memberikan informasi yang benar.

Untuk suatu proses pengukuran sebuah sampel terukur, ruang vakum tidak boleh dibuka sampai pengukuran selesai. Hal tersebut diperlukan karena dalam mempersiapkan proses pengukuran ini diperlukan waktu yang cukup lama, mulai dari mempersiapkan sampel dengan pemurnian dan pemanansan sampel (heat treatment) sampai persiapan sistem vakumnya sendiri, yaitu dengan pemanasan chamber (bake out vacum chamber system). Apabila selama percobaan kondisi ujung jarum berubah seperti yang disebutkan diatas, maka perlu dilakukan perbaikan atau perubahan parameter dari ujung jarum ukur tersebut untuk mendapatkan hasil yang benar, dan perubahan parameter tersebut perlu dilakukan didalam ruang vakum (journal of university wiconsin).

Atomic Force Microscopy (AFM) adalah suatu alat untuk melihat, memanipulasi atom-atom di dimensi nano. Alat ini ditemukan pada tahun 1986 oleh Gerg Binnig, Calfin F Quate, dan Christoph Gerber ara Nano adalah satuan panjang sebesar sepertriliun meter (1 nm=10^-9m). Bahan berstruktur nano merupakan bahan yang memiliki paling tidak salah satu dimensinya berukuran < 100 nm. Atomic force microscope mampu menampilkan gambar dimana ukurannya lebih kecil dari 20 ms. Mikroskop ini juga memungkinkan menampilkan gambar yang dari kristal yang lunak dan permukaan polimer (A.D.L.Humphris, M.J.Miles, and J.K.Hobbsb, 2005).

AFM memiliki beberapa kelebihan dibanding dengan Scanning Electron Microscope. Tidak seperti mikroskop elektron yang menghasilkan gambar dua dimensi dari sampel, AFM memberikan gambaran sampel berupa tiga dimensi. Selain itu, sampel yang akan dilihat menggunakan AFM tidak memerlukan perlakuan khusus, seperti melapisi dengan karbon dan lain-lain yang dapat menimbulkan perubahan ireversibel ataupun kerusakan pada sampel. AFM dapat bekerja sebaik mungkin dalam kondisi lingkungan seperti apapun.

Adapun cara kerja dari alat ini sangat mudah, untuk masalah sampel yang digunakan persyaratan nya hanya memiliki paling tidak salah satu dimensinya berukuran < 100 nm. Sampel tidak perlu di lapisi dengan karbon atau lapisan apapun yang dapat merusak sampel. Untuk persiapan awal terhadap sampel adalah sebagai berikut:

1. Letakkan sampel pada tempat sampel yang ada pada alat

2. Pastikan ujung tip berada tepat di permukaan sampel

3. Hidupkan alat dan layar computer.

Untuk cara kerja alat AFM ini adalah:

1.  Selama scan, tip 'jarum' dari cantilever (sensor) maju mundur sepanjang permukaan

     sampel.

2.  Gerak scan arah x,y, dan z dikontrol oleh tube scanner piezoelektrik

3. Untuk mendeteksi setiap defleksi dari jarum, digunakan laser yang dipantulkan ke ujung tip, selanjutnya melalui cermin laser menuju fotodiode.

4. Piezoscanner dan photodiode terhubung melalui loop feedback, kemudian hasil nya di tampilkan pada layar komputer yang telah tersedia

Input dari alat AFM ini adalah atom /molekul yang berukuran < 100 nm. Output dari alat ini berupa gambar tiga dimensi dari suatu atom/molekul. Output/keluaran dari alat AFM adalah berupa gambar, dimana gambar yang dihasilkan adalah gambar tiga dimensi sehingga gambar yang dihasilkan sangat jelas, baik bentuk maupun struktur penyusun atom.

Read More

Perbedaan Austempering dan Inertempering

Austempering adalah proses laku panas yang dikembangkan langsung dari diagram transformasi isothermal (I-T diagram) untuk memperoleh struktur yang sepenuhnya bainit. Temperatur austinising untuk proses ini sama dengan temperatur austenitising pada proses anneling/hardening, hanya saja disini pendinginannya dilakukan dengan quenching sampai ke temperatur diatas M_s dan dibiarkan disana sampai transformasi menjadi bainit selesai. Sebagai media pendingin biasanya digunakan garam cair (Salt bath, dengan temperatur 200-425 ^oC). Dengan demikian struktur akhir terdiri seluruhnya bainit, sama sekali tidak terjadi martensit. Hasil austempering mempunyai kekuatan atau kekerasan tinggi (Rc 45-55 ) dengan keuletan atau ketangguhan yang tinggi.

Gambar 3.21 memperlihatkan proses austempering yang digambarkan secara skematis, juga memperlihatkan bedanya dengan proses quench and temper yang biasa. Juga dapat dilihat bahwa austempering tidak lagi memerlukan tempering sesudah quenching. Struktur akhir dari proses austempering adalah bainit, sedangkan dari proses quench and temper diperoleh martensit temper. 

Gambar 3.21. (a) Diagram transformasi dengan skema pendinginan austempering, dan (b) Skema pendinginan quench and temper (Thelning, 1984).

Suatu kesulitan dalam melakukan austempering ditimbulkan karena pengaruh ukuran atau berat benda kerja. Hanya benda kerja yang dapat didinginkan cepat pada daerah temperatur 650-475 ^oC (daerah hidung diagram transformasi), yang dapat menghindari terjadinya ferrit/perlit, yang cocok untuk diaustempering. Karena itu baja harus mempunyai hardenability yang memadai dan tebal benda kerja biasanya tidak lebih dari setengah inci. 

Pada austempering bahaya terjadinya distorsi/retak hampir tidak ada, tidak seperti pada proses quench and temper pada saat quenching mungkin akan terjadi distorsi/retak yang timbul karena tegangan yang terjadi sebagai akibat selisih tempertaur antara permukaan dengan bagian dalam.

Gambar 3.22. Diagram transformasi dengan skema pendinginan martempering (Thelning, 1984).

Suatu cara lain untuk mencegah terjadinya distorsi/retak pada saat melakukan pengerasan baja yaitu dengan mertempering atau disebut juga marquenching. Caranya hampir sama saja dengan austempering, setelah austenitising lalu didinginkan cepat (diquench) dengan garam cair sampai ke temperatur sedikit diatas M_s, ditahan sesaat supaya temperatur dibagian dalam sama dengan dipermukaan, tetapi sebelum mulai terjadi transformasi menjadi bainit segera dilakukan pendinginan lagi, yaitu dengan mengeluarkan benda kerja dari garam cair dan didinginkan di udara. Proses ini digambarkan secara skematis pada Gambar 3.22. karena pendinginan udara ini dari temperatur sedikit diatas M_s dan gradien temperatur hanya sedikit. Maka pembentukkan martensit berlangsung pada seluruh benda kerja pada saat hampir bersamaan, sehingga tegangan yang timbul sangat kecil,  dengan demikian kemungkinan terjadinya retak/distorsi juga akan sangat kecil. Setelah transformasi menjadi martensit selesai perlu dilakukan tempering untuk mengembalikan sebagian keuletan/ketangguhannya pada saat kekerasan dan kekuatan yang diinginkan. Struktur mikro akhir dari martempering ini adalah tempered martensite. 

KESIMPULAN

1. Perbedaan antara proses austempering dengan inertempering yaitu pada proses inertempering terjadi pemanasan kembali, sedangkan pada proses austempering tidak terjadi pemanasan kembali. 
2. Hasil akhir dari proses austempering adalah bainit, sedangkan pada proses inertempering adalah martensit tempered.

Read More

Apa itu Barium Hexaferrite...?

Magnet keras (ferit) memiliki sifat mekanik dengan kekerasan dan sifat magnetik yang cukup tinggi. Meskipun karakteristik energi yang lebih rendah dibandingkan dengan magnet keras lainnya seperti  NdFeB, SmCo, dan Alniko. Contoh magnet keras (ferit) yaitu Barium Hexaferrite. Barium Hexaferrite sering digunakan sebagai material untuk magnet permanen.  Barium Hexaferrite memiliki sruktur hexagonal, dimana memiliki nilai parameter kisi, a dan b yang sama yaitu 90^o sedangkan nilai c yang berbeda yaitu 120^o  (Widiyanto, 2010). 

Barium Hexaferrite dengan rumus kimia BaFe₁₂O₁₉ merupakan salah satu material magnetik yang banyak digunakan karena memiliki nilai Hc (saturasi magnet) yang tinggi, stabil secara kimia, harga Tc (temperatur curie) yang tinggi dan tahan terhadap korosi (Eko, 2014). Barium Hexaferrite memiliki struktur hexagonal yang sesuai dengan space group P 63/m m c (Kershi, 2010). Salah satu aplikasi material magnet permanen Barium Hexaferrite yang menjadi perhatian saat ini adalah sebagai alat penyerap gelombang mikro. Hal ini karena sifat listrik dan magnetik ferrimagnetik ini sangat mendukung dalam aplikasi tersebut, yaitu memiliki permeabilitas dan resistivitas yang tinggi (Priyono, 2010).

Cara paling sederhana untuk memahami kisi kristal adalah dengan memisalkan atom-atom dalam kristal berupa titik-titik. Setiap titik mempunyai lingkungan yang serba sama, sehingga satu sama lain tidak dibedakan meskipun dilihat dari segala arah. Bila setiap titik tersebut dihubungkan, maka akan diperoleh kisi-kisi yang teratur dan periodik yang memenuhi ruang. Salah satu contoh yang menunjukkan kisi sebuah kisi kristal Barium hexaferrite ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur Barium Hexaferrite

Pada Gambar 1, struktur magnet Barium Hexaferrite terdiri atas bagian kubik spinel (S) yang terpisah oleh bagian heksagonal closed-packed (R) berisi ion Ba. Setiap bagian S terdiri dari dua lapisan yang mengandung empat buah ion oksigen dan paralel dengan bidang dasar heksagonal dengan tiga kation antara setiap lapisan. Bagian R terdiri atas tiga lapis ion oksigen, dimana pada lapis tengah suatu ion oksigen diganti dengan ion Ba. Setiap unit sel mengandung 10 lapisan oksigen dengan Ba menggantikan ion oksigen setiap 5 (lima) lapis. Dalam satu unit sel setiap bagian S mempunyai rumus kimia Fe₆O₈, setiap bagian R mempunyai rumus kimia BaFe₆O₁₁ dan rumus kimia total adalah BaFe₁₂O₁₉. Tempat ion Fe adalah tetrahedral dan oktahedral dan satu sisi yang lain dikelilingi oleh 5 (lima) oksigen membentuk suatu piramida trigonal.

Read More

Prinsip Kerja High Resolution Powder Difractometer (HRPD)

Difraktometer Neutron Serbuk Resolusi Tinggi adalah suatu peralatan difraktometer yang dimiliki oleh Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir-BATAN dan dipasang di Balai percobaan hamburan neutron gedung 40. High Resolution Powder Difractometer (HRPD) berfungsi untuk mengetahui struktur Kristal material dengan metode difraksi neutron (Mugirahardjo, 2013).

Prinsip kerja dari HRPD adalah mendeteksi hamburan neutron dari sampel dengan 32 buah detector utama. Hamburan neutron dari sampel berasal dari neutron monokromator. Neutron yang masih bersifat polikromatis tersebut berasal dari reaktor G.A Sywabessy. Oleh monokromator, Neutron polikromatis diubah menjadi monokromatis dengan satu nilai panjang gelombang. dan diarahkan kesampel. Oleh sampel neutron akan dihamburkan dan ditangkap oleh multi detektor utama. Hamburan inilah yang akan membentuk suatu pola difraksi yang kemudian dianalisis lebih lanjut (Mugirahardjo, 2011).

Difraktometer Empat Lingkaran (Four Circle Diffractometer) / DN2 adalah difraktometer neutron yang digunakan untuk penelitian struktur dan tekstur bahan menggunakan teknik difraksi neutron. Berbagai pengembangan baik secara perangkat lunak maupun secara perangkat keras terus dilakukan untuk meningkatkan kerja peralatan. Untuk meningkatkan intensitas neutron di cuplikan telah dilakukan modifikasi DN2 dengan menambah  flight tube diantara monokromator dan cuplikan (Trihadi, 2009).

    

Alat difraktometer yang menggunakan neutron dari reaktor nuklir tersusun dari setidaknya 5 bagian. Karena berkas neutron yang dihasilkan dari reaktor nuklir bersifat polikromatis yang memiliki berbagai macam nilai panjang gelombang, sedangkan berkas neutron yang dibutuhkan pada penelitian bahan haruslah monokromatis, maka monokromator digunakan sebagai penyaring panjang gelombang berkas neutron berdasarkan hukum Bragg sehingga berkas neutron yang keluar dari monokromator sudah bersifat monokromatis dengan satu nilai panjang gelombang.

Berkas neutron yang keluar dari panjang gelombang kemudian diarahkan menuju cuplikan melalui kolimator yang berfungsi untuk meluruskan berkas neutron. Cuplikan diletakkan di meja cuplikan yang bentuk dan fiturnya  berbeda-beda tergantung jenis eksperimen yang dilakukan. Berkas neutron yang terhambur oleh cuplikan kemudian diarahkan oleh kolimator dan ditangkap oleh detektor neutron. Penghenti berkas (beam stopper) yang terbuat dari bahan penyerap neutron dipasang sebagai aspek keamanan. Selain bagian-bagian tersebut, terdapat bagian lain seperti beam shutter yang berfungsi untuk menutup berkas neutron apabila tidak dilakukan pencacahan neutron, beam narrower yang berfungsi untuk mempersempit berkas neutron, dan monitor detektor yang berfungsi menghitung berapa banyak neutron yang mengenai cuplikan (Fajar, 2010).

Read More

Prinsip Kerja Mesin Ball Mill

Ball mill merupakan alat industri yang paling sangat dibutuhkan untuk hasil yang maksimal dalam kategori penghancuran tingkat halus karena mesin grinding ball mill ini menggunakan teknologi balls ( bola – bola ) yang di rancang sehingga memiliki luas permukaan per unit lebih dari rod untuk menghasilkan bahan baku material yang lebih halus. Prinsip kerja Ball mill adalah memutarkan tabung berisi dengan peluru besi seperti bola – bola yang sudah diisikan di dalam mesin grinding tersebut terbuat dari baja. Proses penghaluskan terjadi karena mesin grinding yang berputar sehingga ball di dalamnya ikut menggelinding, menggerus dan menggiling seluruh material di dalam grinding sampai halus. Jika kecepatan putaran terlalu cepat maka bola – bola yang ada di dalam mesin grinding akan menempel pada tabung dan hasil yang dihasilkan tidak akan bagus jadi pengaturan harus disesuaikan untuk hasil yang maksimum.

Pada mesin ball mill ini sendiri menggunakan dua sistem langkah penggilingan yaitu sistem basah dan sistem kering selain itu mesin ini menjadi produk utama pada industri penggilingan. Mesin ball mill memiliki bentuk tabung dengan dua tempat penyimpanan dengan desain horizontal.

Untuk bagian luar, mesin berjalan pada dua roda yang terpasang di kedua sisinya. Bahan material yang akan digiling secara spiral masuk pada tempat penyimpanan pertama. Pada tempat penyimpanan tersebut sudah terpasang ripple scaleboard dan juga steel ball yang memiliki bermacam spesifikasi. Saat mesin ball mill ini berkerja, bagian tubuh barel akan berputar. Dengan berputarnya tubuh barel ini maka steel ball ikut terbawa karena gaya sentrifugal yang tercipta dan kemudian terjatuh dan membuat material yang di dalam mesin ini tergiling. Sesuai dengan proses yang ada pada tempat penyimpanan pertama, setelah bahan tadi mengalami proses penggilingan maka material hasil gilingan masuk lagi pada tempat penampungan kedua. Di tempat penampungan yang kedua ini, material tadi kembali menjalani proses penggilingan dengan scaleboard dan steel ball. Setelah proses penggilingan kedua ini selesai, maka bubuk hasil akhir kerja mesin ball ini dibawa ke tempat penampungan ahir dan dimulai dengan proses yang pertama lagi untuk bahan selanjutnya. Mesin Ball Mill standar biasanya bekerja dengan kecepatan yang sudah disetting secara default 70 sampai 80% dari kecepatan rata - rata kritis.

Read More

Perbedaan Kalsinasi Dan Sintering Pada Sintesis Superkonduktor

Salah satu pendekatan yang digunakan untuk transformasi fasa adalah kalsinasi. Kalsinasi yaitu pemanasan pada temperatur tinggi, tetapi masih berada di bawah titik leleh. Tujuan kalsinasi untuk membuang komposisi yang tidak dibutuhkan, seperti air (H₂O), air kristal (dalam bentuk OH) dan gas (CO₂) sehingga menghasilkan bahan dalam bentuk oksida (Pujaatmaka dan Qadratillah, 1995). Selain menghilangkan zat-zat yang tidak diperlukan, kalsinasi juga mempengaruhi Fv dalam sintesis superkonduktor BSCCO. Nilai Fv akan semakin besar dengan kenaikan suhu dan waktu tahan kalsinasi (Khafifah et al., 2011). Kalsinasi yang tidak sempurna mengakibatkan sampel menggelembung. Beberapa faktor yang mempengaruhi kalsinasi, yaitu suhu pemanasan, waktu penahanan suhu dan kecepatan pendinginan (Suryawan, 2008).

Menurut James (1988) selama kalsinasi terjadi peristiwa pelepasan H₂O dan OH yang berlangsung sekitar suhu 100°C hingga 300°C. Setelah itu terjadi pelepasan gas-gas seperti CO₂ yang berlangsung pada suhu 600°C dan pada tahap ini disertai terjadinya pengurangan berat yang cukup berarti. Pada suhu lebih tinggi, sekitar 800°C struktur kristalnya sudah terbentuk, dimana pada kondisi ini ikatan diantara partikel serbuk belum kuat dan mudah lepas.

Perbedaan Kalsinasi dan Sintering

Sintering merupakan pembakaran (pemanasan pada temperatur tinggi) yang secara umum menurunkan energi bebas disertai perubahan dimensional. Sintering bertujuan untuk mengubah bentuk partikel-partikel kecil atau kelompok-kelompok kecil yang seragam, sehingga membentuk ikatan yang kuat dan keras. Suhu sintering biasanya dilakukan di bawah titik leleh bahan dasarnya (Van Vlack, 1989).

Sintering berpengaruh cukup besar pada pembentukan fasa kristal bahan. Fraksi fasa yang terbentuk umumnya bergantung pada waktu dan suhu sintering. Semakin besar suhu sintering dimungkinkan semakin cepat proses pembentukan kristal tersebut, sedangkan sintering yang cukup akan menyebabkan partikel halus menjadi lebih padat (Van Vlack, 1989). Sintering memerlukan suhu tinggi agar butiran-butiran partikel saling mendekat sehingga menyebabkan transformasi padatan berpori menjadi padat (Ristic, 1989).

Faktor-faktor yang mempengaruhi sintering adalah ukuran butir, suhu dan waktu pembakaran serta tekanan (Van Vlack, 1989). Pada proses ini terjadi perubahan struktur mikro, seperti perubahan ukuran pori, pertumbuhan butir (grain growth), peningkatan densitas, dan penyusutan massa (Ristic, 1989). Tinggi rendahnya suhu juga berpengaruh pada bentuk, ukuran dan struktur pertumbuhan kristal (Van Vlack, 1989).

Suhu sintesis superkonduktor Bi-2223 yang kurang optimal menyebabkan terbentuk impuritas, sehingga kemurnian sampel rendah. Dengan demikian, parameter suhu sintering yang semakin tinggi sampai pada batas optimum akan diperoleh pembentukkan fasa Bi-2223 dengan kemurnian yang lebih baik (Reviana, 2014). Semakin tinggi suhu sintering yang digunakan maka diperoleh Fv yang semakin tinggi (Khafifah et al., 2011). Penelitian Surahman et al. (2019) dan Lusiana (2013) menunjukkan bahwa pembentukan superkonduktor BSCCO-2223 terjadi pada suhu 865°C. Sedangkan, penelitian Susanti (2010) menunjukkan pembentukan superkonduktor BSCCO-2223 sangat pendek, yaitu berkisar antara 835°C sampai 857°C.

Selain suhu sintering, pertumbuhan fasa 2223 akan meningkat sejalan dengan lamanya waktu sintering. Hal ini mengidentifikasikan bahwa pertumbuhan fasa 2223 telah berlangsung (Gunawan et al., 1996). Namun, dipihak lain, peningkatan waktu sintering mengurangi porositas bahan, meningkatkan konektivitas antar grain, dan kristal yang terbentuk semakin lebih terorientasi sumbu c yang memberikan peluang meningkatnya nilai rapat arus Jc (Nurmalita dan Evi Yufita, 2016).

Read More

Pernah Mendengar Superkonduktor BSCCO...? Ini Penjelasannya

Superkonduktor BSCCO merupakan salah satu bahan SKST. Penelitian mengenai superkonduktor sistem BSCCO telah dimulai sejak tahun 1987 dan pertama kali diprakarsai oleh Maeda et al. (1988). Sistem BSCCO merupakan salah satu SKST golongan superkonduktor kuprat (CuO). Bahan SKST BSCCO memiliki ciri-ciri antara lain, suhu tinggi di atas nitrogen cair 77 K dan merupakan bahan kompleks yang terbentuk dari prekursor Bi₂O₃, SrCO₃, CaCO₃, dan CuO. Bahan SKST BSCCO merupakan bahan superkondukto tipe II (Cyrot dan Pavuna, 1992).

Superkonduktor sistem BSCCO memiliki beberapa keunggulan dan keistimewaan dibandingkan superkonduktor keramik yang lain. Hal ini dikarenakan nilai Tc yang dimiliki relatif tinggi dan tidak mengandung unsur beracun (Siswanto, 1999).

1.        Struktur kristal superkonduktor sistem BSCCO

Dalam superkonduktor BSCCO dikenal 3 fasa superkonduktif yaitu fasa 2201 ( Tc ~ 10 K ), fasa 2212 ( Tc ~ 80 K ) dan fasa 2223 ( Tc ~ 110 K ) (Lehndroff, 2001). Masing-masing fasa memiliki struktur kristal yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur kristal BSCCO fasa: (a) 2201, (b) 2212  dan (c) 2223.

Gambar 1a menunjukkan fasa BSCCO 2201 yang disusun oleh bidang (BiO)/SrO/CuO/SrO/(BiO), dimana piramida Cu berada diantara dua bidang SrO. BSCCO 2201 mempunyai parameter kisi a = b = 5,39 Å dan c = 24,6 Å. Bidang BiO berada pada bagian ujung struktur dan atom Cu dihubungkan dengan atom oksigen dalam struktur oktahedral. Gambar 1b adalah fasa BSCCO 2212 disusun oleh bidang senyawa (BiO)/SrO/CuO/CaO/CuO/SrO/(BiO), dimana piramida atom Cu dipisahkan oleh adanya bidang Ca. Struktur kristal berbentuk tetragonal ini memiliki parameter kisi a = b = 5,4 Å dan c = 30,7 Å. Gambar 1c merupakan struktur kristal dari Bi-2223 yang membentuk struktur orthorombik. Rantai Sr-Sr memiliki ikatan yang paling lemah, sedangkan atom Cu(1) sebagai kation yang paling tidak stabil memiliki tiga ikatan rantai yaitu Cu(1)-Ca, Cu(1)-O(1), dan Cu(1)-Cu(2). Rantai ikatan Cu(1)-O(1) merupakan ikatan yang paling kuat . Atom oksigen O(3) hanya memiliki satu rantai ikatan dengan atom Bi yang memiliki panjang ikatan 2,231 Å (Lehndroff, 2001). Hal ini terjadi karena struktur kristalnya tidak stabil, akibat adanya derajat ketidakteraturan yang tinggi antara lapisan bidang-bidang CuO, SrO, BiO, dan CaO. Ketidakteraturan ini terjadi karena reaksi padat pembentukkan fasa berlangsung pada temperatur mendekati titik leleh senyawa (~ 870°C), dimana mobilitas ion penyusun sangat tinggi (Prasuad et al., 1996).

Read More

Yuk Simak Penjelasan Jenis-Jenis Superkonduktor Berikut ini....!

Superkonduktor dibagi menjadi dua jenis berdasarkan suhu kritis dan medan magnet kritis. Berdasarkan suhu kritisnya superkonduktor dibagi menjadi 2, yaitu superkonduktor suhu rendah dan superkonduktor suhu tinggi (SKST). Superkonduktor suhu rendah merupakan superkonduktor yang memiliki suhu kritis di bawah suhu nitrogen cair (77 K), sehingga untuk memunculkan superkonduktivitasnya, material tersebut menggunakan helium cair sebagai pendingin. Sedangkan superkonduktor suhu tinggi adalah superkonduktor yang memiliki suhu kritis di atas suhu nitrogen cair dan untuk media pendinginnya menggunakan nitrogen cair  (Chu et al, 1987).

Berdasarkan medan magnet kritis, superkonduktor dibagi menjadi 2, yaitu superkonduktor tipe I dan superkonduktor tipe II. Superkonduktor tipe I merupakan bahan superkonduktor yang sempurna menolak medan magnet sampai pada batas medan magnet tertentu kemudian berubah menjadi normal. Medan magnet yang diperlukan untuk menghilangkan superkonduktivitas atau memulihkan resistivitas normalnya disebut medan kritis (Bc).

Superkonduktor tipe II mempunyai dua nilai medan magnet kritis yaitu Bc1 dan Bc2. Fluks sepenuhnya ditolak hingga Bc₁, jadi di bidang yang lebih kecil dari Bc₁, superkonduktor tipe II berperilaku seperti superkonduktor tipe I di bawah Bc. Di atas Bc₁ fluks sebagian menembus ke dalam bahan sampai bidang kritis atas, Bc₂ tercapai. Di atas Bc₂ material kembali ke keadaan normal. Di antara Bc₁ dan Bc₂, superkonduktor dikatakan dalam keadaan campuran (Cyrot dan Pavuna, 1992). Fluks magnet pada jangkauan medan magnet kritis ditunjukkan pada Gambar 1.

Keadaan Meissner  Keadaan campuran  Keadaan normal

Gambar 1. Fluks magnet pada jangkauan medan kritis.

Read More

Apa itu Superkonduktor? Simak Penjelasannya dibawah ini

Pada tahun 1911 fisikawan Belanda, Heike Kamerling Onnes menemukan dalam risetnya, bahwa resistivitas DC dari merkuri tiba-tiba menurun drastis menuju nol dalam kondisi sampel di bawah 4,2 K yang merupakan titik leleh dari helium cair. Fenomena ini kemudian dinamakannya sebagai superkonduktivitas (Cyrot dan Pavuna, 1992). Superkonduktivitas adalah sifat dari suatu material yang memiliki resistivitas listrik yang menurun secara tiba-tiba hingga hampir mendekati nol ketika material tersebut diturunkan temperaturnya hingga di bawah temperatur kritis. Material yang memiliki sifat tersebut dinamakan superkonduktor (Smith, 1996).

Pada tahun 1933 Meissner dan Ochsenfeld menemukan sifat superkonduktor yang lain yakni diamagnetik sempurna, dimana bahan superkonduktor akan menolak medan magnet. Kemudian tahun 1987 grup peneliti dari Alabama dan Houston menemukan bahan superkonduktor berbasis keramik YB₂Cu₃O_7-x dengan Tc = 92 K, lebih tinggi dari titik leleh nitrogen cair 77 K. Kemudian di awal tahun 1988, Bi- dan Ti- kuprat oksida ditemukan dengan Tc = 110 K dan 125 K. Bahan-bahan superkonduktor ini disebut sebagai superkonduktor suhu tinggi (SKST) (Cyrot dan Pavuna, 1992).

Apa itu Superkonduktor? Simak Penjelasannya dibawah ini

Suatu material dikatakan bersifat superkonduktor jika menunjukkan dua sifat khusus yaitu konduktivitas sempurna tanpa adanya hambatan pada temperatur  T ≤ Tc dan diamagnetik sempurna pada temperatur T ≤ Tc yang lebih dikenal dengan gejala efek Meissner (Tinkham, 1996).

1. Tanpa resistivitas  ρ = 0 pada seluruh T ≤  Tc

Salah satu keunikan dari bahan superkonduktor adalah pada suhu tertentu resistivitasnya nol (Pikatan, 1989). Material yang didinginkan di dalam nitrogen cair atau helium cair, resistivitas material ini akan turun seiring dengan penurunan suhu. Pada suhu tertentu, resistivitas material akan turun secara drastis menjadi nol. Suhu dimana resistivitas material turun drastis menjadi nol disebut suhu kritis, yaitu terjadinya transisi dari keadaan normal ke keadaan superkonduktor (Reitz et al., 1993). Hubungan antara suhu dengan resistivitas terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Hubungan antara suhu terhadap resistivitas.

Berdasarkan Gambar 1, saat suhu T > Tc bahan dikatakan berada dalam keadaan normal, yang artinya bahan tersebut memiliki resistivitas listrik. Keadaan normal ini dapat berupa konduktor, penghantar yang jelek dan bahkan menjadi isolator. Untuk suhu T ≤ Tc bahan berada dalam keadaan superkonduktor, yang artinya bahan akan menolak medan magnet yang datang, disebabkan karena medan magnet luar yang diberikan selalu sama besar dengan magnetisasi bahan. Hal ini ditandai dengan resistivitasnya turun drastis menjadi nol (Pikatan, 1989).

2. Tanpa induksi magnetik di dalam superkonduktor

Suatu bahan disebut sebagai superkonduktor jika menunjukkan sifat diamagnetik, yaitu medan magnet didalam bahan sama dengan nol jika bahan didinginkan hingga di bawah Tc dan magnet yang diberikan tidak terlalu tinggi (Sukirman et al., 2003). Hal ini terjadi karena fluks magnetik ditolak oleh bahan superkonduktor, sehingga induksi magnetik menjadi nol di dalam superkonduktor. Suhu kritis juga dapat turun dengan hadirnya medan magnet yang cukup kuat. Kuat medan magnet yang menentukan harga Tc disebut medan magnet kritis (Hc) (Pikatan, 1989).

Pada bahan superkonduktor umumnya London Penetration Depth (l) sekitar 100 nm. Setelah itu medan magnet bernilai nol. Peristiwa ini dinamakan efek Meissner dan merupakan karakteristik dari superkonduktor. Efek Meissner adalah efek dimana superkonduktor menghasilkan medan magnet dari dalam bahan superkonduktor. Efek Meissner ini sangat kuat sehingga sebuah magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor. Medan magnet dari luar juga tidak boleh terlalu besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan material akan kehilangan sifat superkonduktivitasnya (Cyrot dan Pavuna, 1992). Efek Meissner ditunjukkan oleh Gambar 2.

                      

Gambar 2. Efek Meissner pada superkonduktor.

Read More

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah alat untuk menganalisis struktur mikro dan morfologi bidang material sains, kedokteran, dan biologi. SEM dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik. SEM mempunyai daya pisah sekitar 0,5 nm dengan perbesaran maksimum sekitar 500.000 kali (Gabriel, 1985).  Pada prinsipnya, SEM terdiri dari beberapa komponen, yaitu sumber elektron (electron gun), sistem lensa, sistem deteksi, sistem scanning, dan sistem vacuum. Skematik alat SEM ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram skematik alat SEM.

Pada Gambar 1, elektron yang dihasilkan oleh SEM berasal dari sumber elektron, dimana pancaran dari elektron tersebut diteruskan ke anoda. Pada proses ini elektron mengalami penyearahan menuju titik fokus. Anoda berfungsi membatasi pancaran elektron yang memiliki sudut hambur yang terlalu besar. Berkas elektron yang telah melewati anoda diteruskan menuju lensa magnetik, sirkuit pemindaian dan akhirnya menembak spesimen. Adapun yang berasal dari filamen katoda ditembakkan menuju sampel. Berkas elektron tersebut kemudian difokuskan oleh lensa magnetik sebelum sampai pada permukaan sampel. Lensa magnetik memiliki lensa kondenser yang berfungsi memfokuskan sinar elektron. Berkas elektron kemudian menghasilkan elektron terhambur balik dan elektron sekunder menuju sampel, dimana elektron sekunder akan terhubung dengan penguat yang kemudian dihasilkan gambar pada monitor.

Teknik SEM pada dasarnya merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan data atau tampilan yang diperoleh dari permukaan atau lapisan setebal 20 mm yang merupakan gambar topografi dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. SEM dapat digunakan untuk mengetahui informasi mengenai:

• Topografi, yaitu ciri-ciri permukaan dan teksturnya (kekerasan, sifat memantulkan cahaya, dan sebagainya).

• Morfologi, yaitu bentuk dan ukuran dari partikel penyusun. 

• Kristalografi, yaitu informasi mengenai bagaimana susunan dari butir-butir di dalam sampel yang diamati (konduktivitas, sifat elektrik, kekuatan, dan sebagainya) (Reed, 2005).

Read More

Difraksi Sinar-X atau X-Ray Diffraction (XRD)

Difraksi Sinar-X atau X-Ray Diffraction (XRD)

X-Ray Diffraction adalah metode karakterisasi yang digunakan untuk mengetahui senyawa kristal yang terbentuk. Apabila dalam analisis ini pola difraksi unsur diketahui, maka unsur tersebut dapat diketahui. Penyebab utama yang menghasilkan bentuk pola-pola difraksi serbuk tersebut, yaitu ukuran dan bentuk dari setiap selnya serta nomor atom dan posisi atom-atom didalam sel. Difraksi sinar-X dalam menganalisis padatan kristalin memegang peranan penting untuk meneliti parameter kisi dan tipe struktur. Selain itu, dimanfaatkan juga untuk mempelajari cacat pada kristal individu dengan mendeteksi perbedaan intensitas difraksi di daerah kristal dekat dislokasi dan daerah kristal yang mendekati kesempurnaan (Smallman dan Bishop, 1999).

Metode XRD berdasarkan sifat difraksi sinar-X, yaitu sinar-X terjadi jika suatu bahan ditembakan dengan elektron yang memiliki kecepatan dan tegangan tinggi dalam tabung vakum. Elektron-elektron dipercepat yang berasal dari filament (katoda) menumbuk target (anoda) yang berada dalam tabung sinar-X sehingga elektron-elektron tersebut mengalami perlambatan (Cullity, 1978). Skema tabung sinar-X ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema tabung sinar-X.

Radiasi yang dipancarkan oleh sinar-X terbagi menjadi dua komponen, yaitu spektrum kontinu dan spektrum garis. Spektrum kontinu mempunyai rentang panjang gelombang yang lebar, sedangkan spektrum garis merupakan karakteristik dari logam yang ditembak. Spektrum sinar-X kontinu dihasilkan dari peristiwa bremsstrahlung. Pada saat elektron menumbuk logam, elektron dari katoda (elektron datang) menembus kulit atom dan mendekati kulit inti atom. Pada saat mendekati inti atom, elektron ditarik mendekati inti atom yang bermuatan positif, sehingga lintasan elektron berbelok dan kecepatan elektron berkurang atau diperlambat. Karena perlambatan ini, maka energi elektron berkurang. Energi yang hilang ini dipancarkan dalam bentuk sinar-X. Proses inilah yang dikenal dengan proses bremsstrahlung.

Spektrum karakteristik terjadi apabila elektron terakselerasi mempunyai cukup energi untuk mengeluarkan satu elektron dalam kulitnya. Misalnya level 1s kosong, kemudian akan diisi dengan elektron lain yang berasal dari level energi yang lebih tinggi. Pada waktu transisi, terjadi emisi radiasi sinar-X. Apabila elektron mengalami transisi dari kulit yang berdekatan misalnya dari kulit L ke kulit K maka radiasi emisi ini disebut radiasi K_a sedangkan elektron mengalami transisi dari kulit M ke kulit K maka radiasi emisinya disebut K_b. Gambar spektrum karakteristik ditunjukkan pada Gambar 2.

                                                                     

Gambar 2. Sinar-X karakteristik.

Rancangan spektrometer sinar-X didasarkan atas analisis Bragg. Seberkas sinar-X terarah jatuh pada kristal dengan sudut q dan sebuah detektor diletakkan untuk mencatat sinar yang sudut hamburannya sebesar q. Ketika q diubah, detektor akan mencatat puncak intensitas yang bersesuaian dengan orde n yang divisualisasikan dalam difraktogram. Jika sinar-X mengenai suatu bahan, maka intensitas sinar yang ditransmisikan akan lebih rendah dibandingkan dengan intensitas sinar yang datang, karena terjadi penyerapan oleh bahan dan penghamburan atom-atom dalam bahan tersebut. Berkas difraksi diperoleh dari berkas sinar-X yang saling menguatkan karena mempunyai fase yang sama. Untuk berkas sinar-X yang mempunyai fase berlawanan maka akan saling menghilangkan. Syarat yang harus dipenuhi agar berkas sinar-X yang dihamburkan merupakan berkas difraksi maka dapat dilakukan perhitungan secara matematis sesuai dengan hukum Bragg (Smallman dan Bishop, 1999). Gambar skema dasar XRD ditunjukkan oleh Gambar 3.

Gambar 3. Skema dasar XRD.

Menurut Bragg, berkas yang terdifraksi oleh kristal terjadi jika pemantulan oleh  bidang sejajar atom menghasilkan interferensi konstruktif. Pemantulan sinar-X oleh sekelompok bidang paralel dalam kristal pada hakekatnya merupakan gambaran dari difraksi atom-atom kristal. Difraksi atom-atom kristal sebagai pantulan sinar-X oleh sekelompok bidang-bidang paralel dalam kristal seperti terlihat pada Gambar 4. Arah difraksi sangat ditentukan oleh geometri kisi, yang bergantung pada orientasi dan jarak antar bidang kristal.

Gambar 4.  Difraksi Bragg.

Gambar 4 menunjukkan seberkas sinar mengenai atom M pada bidang pertama dan N pada bidang berikutnya. Jarak antara bidang M dengan bidang N adalah d, sedangkan q adalah sudut difraksi. Berkas-berkas tersebut mempunyai panjang gelombang l, dan jatuh pada bidang kristal dengan jarak d dan sudut q. Agar mengalami interferensi konstruktif, kedua berkas tersebut harus memiliki beda jarak nl. Sedangkan beda jarak lintasan kedua berkas adalah 2d sin q. Interferensi konstruktif terjadi jika beda jalan sinar adalah kelipatan bulat panjang gelombang l, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut: Pernyataan ini adalah hukum Bragg. Pemantulan Bragg dapat terjadi jika λ≤ 2d, karena itu tidak dapat menggunakan cahaya kasat mata, dengan n adalah bilangan bulat = 1,2,3, ... (Beiser, 2003).

nl = ON + NP                                                                           

dengan sin q = ON/MN= NP/MN                                                                        

MN = d                                                                                      

ON = NP = d sin  q                                                                   

sehingga,

nl = d sin q + d sin q                                                                

nl = 2d sin q

Pernyataan ini adalah hukum Bragg. Pemantulan Bragg dapat terjadi jika λ≤ 2d, karena itu tidak dapat menggunakan cahaya kasat mata, dengan n adalah bilangan bulat = 1,2,3, ... (Beiser, 2003).

Read More