Showing posts with label makalah Seperkonduktor. Show all posts
Showing posts with label makalah Seperkonduktor. Show all posts

Era Baru Superkonduktor

Era Baru Superkonduktor 

Mulanya superkonduktor tidak dapat diaplikasikan dengan alasan Tc nya sulit untuk dicapai. Namun sejak tahun 1986, terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. ketika Alex Miller dan George Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Zurich, Switzerland, berhasil membuat keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen, yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada waktu itu, 35 K. Padahal selama ini keramik dikenal sebagai isolator. 

Keramik tidak mengantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini dipublikasikan di Jerman dalam jurnal Zeitschrift for Physik, September 1986. 

Pada tahun 1987, Paul C. W. Chu dari Universitas Houston berhasil membuat bahan superkonduktor dengan Tc 93K. Bahan tersebut disusun oleh yttrium, barium, tembaga dan oksigen dengan rumus molekul YBa2Cu3O7-x. 

Setahun kemudian Paul Chu membuat superkonduktor dengan Tc yang lebih besar, 120K. Tersusun dari unsur bismuth, stronsium, kalsium, tembaga dan oksigen. Para ahli terus berusaha meneliti berbagai material agar diperoleh superkonduktor temperatur kamar. 

Bangsa kita pun bisa membuat superkonduktor, salah satunya di Laboratorium Fisika Material, Superkonduktor dan Organik Terkonjugasi (FISMOTS) di jurusan fisika ITB. Bahan yang digunakan berbentuk keramik. Pembuatannya dengan metoda padatan, dipanaskan dalam tungku lalu digerus. Proses tersebut dapat dilanjutkan dengan proses pelelehan dan pendinginan bertahap. Setelah tahap ini selesai maka masuk ke dalam tahap terakhir yaitu proses annealing dalam atmosfer tertentu untuk mencapai tingkat kadar oksigen tertentu sesuai yang diinginkan. Biasanya kadar oksigen dalam kristal mempengaruhi Tc yang tinggi. Umumnya karakterisasi dasar bahan superkonduktor yang dilakukan meliputi karakteriasasi efek Meissner, pengukuran tahanan terhadap suhu, pengukuran difraksi sinar X (XRD) dan pengukuran Scanning Electron Microprobe (SEM). Prof. Dr. Barmawi menyebut superkonduktor sangat bermanfaat untuk pembuatan kabel listrik yang stabil serta menghindari masalah mekanik yang muncul karena adanya gaya yang bekerja pada arus yang berasal dari medan magnet yang ditimbulkan arus tersebut. Dalam pembuatan kumparan bermedan magnet tinggi, misalnya, bila medan magnet diperbesar maka medan magnet tersebut dapat menembus bahan superkonduktor tanpa merusak daya superkonduktifitasnya.

Superkonduktor organik merupakan bagian dari keluarga konduktor organik termasuk didalamnya adalah molekul Garam, Polimer dan Sistem Karbon murni (termasuk didalamnya adalah C60). Molekul Garam dengan keluarganya merupakan molekul organic terbesar yang memiliki superkonduktivitas dengan suhu sangat rendah. Dengan alasan ini mereka sering dikatakan sebagai superkonduktor molekul.

Secara teori hal ini telah diperkirakan oleh Bill Little dari Universitas Stanford pada tahun 1964. Tetapi superkonduktor organik pertama (TMTSF)2PF6 baru tersintesis pada tahun 1980 oleh Peneliti Danish yaitu Klaus Bechgaard dari Universitas Copenhagen beserta anggota tim Perancis D. Jerome, A. Mazaud, and M. Ribault. Lima puluh superkonduktor organik telah ditemukan dengan Tc dari 0,4K sampai 12K (pada tekanan ambient).

Pemanfaatan Superkonduktor

Pemanfaatan Superkonduktor 

Superkonduktor kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang. Hambatan tidak disukai karena dengan adanya hambatan maka arus akan terbuang menjadi panas. Apabila hambatan menjadi nol, maka tidak ada energi yang hilang pada saat arus mengalir. Penggunaan superkonduktor di bidang transportasi memanfaatkan efek Meissner, yaitu pengangkatan magnet oleh superkonduktor. Hal ini diterapkan pada kereta api supercepat di Jepang yang diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev train (Lihat Gambar 8). Kereta api ini melayang di atas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka gesekan antara roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan dengan sangat cepat, 343 mph atau sekitar 550 km per jam.

Magnetic Resonance Imaging, dipergunakan dalam bidang kedokteran. Menggunakan medan magnet dan gelombang radio sehingga lebih aman dibandingkan X-ray.

Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), dapat mendeteksi medan magnet sangat kecil. Dipakai mencari minyak dan mineral. 

Penggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik. Generator konvensional yang menggunakan kawat tembaga memiliki efisiensi 98,5-99,0 persen, sedangkan generator superkonduktor efisiensinya dapat mencapai 99,6 persen. Hal ini disebabkan superkonduktor dapat menghasilkan medan magnet sangat kuat sehingga generator dapat dibuat dengan ukuran lebih kecil dari yang konvensional. Jepang telah menciptakan generator superkonduktor berdaya 70 MW. Penggunaan lain superkonduktor adalah sebagai transformator. Komponen transformator merupakan 25 persen dari keseluruhan jaringan tegangan tinggi.


Demikian pula dengan tenaga baterai. Alat penyimpan energi listrik (Superconducting Magnetic Energy Storage/SMES) dengan elektrokimia mempunyai efisiensi 50-90 persen. Sementara, dengan magnet superkonduktor mempunyai efisiensi 95 persen. 

Suatu perusahaan Amerika, American Superconductor Corp diminta untuk memasang suatu sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (D-SMES). Satu unit D-SMES dapat menyimpan energi listrik sebesar 3 juta Watt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi gangguan listrik. 

Untuk transmisi listrik, Pemerintah Amerika Serikat dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel listrik bawah tanah yang terbuat dari tembaga. Dengan menggunakan kabel superkonduktor, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh meningkat. 250 pon kabel superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel tembaga mengakibat efisiensi sebesar 7.000 persen dari segi tempat dan jaringan transmisi. Kabel transmisi yang membawa listrik tanpa kehilangan energi, artinya akan membawa listrik lebih banyak daripada kabel tembaga. Hal ini akan menghemat biaya dan ruang yang diperlukan pun menjadi lebih kecil.

Computer tercepat saat ini hanya bekerja sampai pada kecepatan ”teraflop” sekitar jutaan/detik. NASA beserta berbagai Universitas mulai mengembangkan komputer ”petaflop”. Petaflop dapat bekerja dengan kecepatan jutaan ribu/detik. Komputer, akan lebih cepat dan tidak memerlukan ruang untuk pendinginan. Bagaimanapun, tanpa kesimpulan apapun komputer dimasa depan akan dibangun berdasarkan device superkonduktor

Penggerak (motor) sering digunakan dalam bidang militer, biasa dipakai di kapal selam dan kapal laut. Dengan berbahan superkonduktor maka wujudnya akan lebih kecil dan lebih efisien. 

Sedangkan teknologi pencitraan terhadap suatu benda dapat menggunakan superkonduktor dengan mengurangi kesalahan mendekati nol. Detektor sinar superkonduktor dikembangkan dengan berbagai jenis kemampuan untuk mendeteksi sejumlah energi yang sangat lemah. Saat ini peneliti Eropa telah mengembangkan S-Cam, yaitu kamera optik dengan kemampuan sensitifitas yang mengagumkan (lihat gambar 14). Dan mungkin sebentar lagi superkonduktor akan memainkan peranan pentingnya dalam komunikasi internet.

Sejarah Perkembangan Superkonduktor

Sejarah Perkembangan Superkonduktor

Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda, Heike Kamerlingh Onnes, dari Universitas Leiden pada tahun 1911. Pada tanggal 10 Juli 1908, Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4 K atau -2690C. Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhu yang sangat dingin. Pada waktu itu telah diketahui bahwa hambatan suatu logam akan turun ketika didinginkan di bawah suhu ruang, tetapi belum ada yang dapat mengetahui berapa batas bawah hambatan yang dicapai ketika temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak. 

Beberapa ahli ilmuwan pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu mencapai nol mutlak. Di lain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang sebenarnya terjadi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes terkejut ketika mendapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba menjadi hilang (Gambar 2). Arus mengalir melalui kawat merkuri terus-menerus. 

Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur arusnya dan setelah satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkonduktivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913. 

Penemuan lainnya yang berkaitan dengan superkonduktor terjadi pada tahun 1933. Walter Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor akan menolak medan magnet. Sebagaimana diketahui, apabila suatu konduktor digerakkan dalam medan magnet, suatu arus induksi akan mengalir dalam konduktor tersebut. Prinsip inilah yang kemudian diterapkan dalam generator. Akan tetapi, dalam superkonduktor arus yang dihasilkan tepat berlawanan dengan medan tersebut sehingga medan tersebut tidak dapat menembus material superkonduktor tersebut. Hal ini akan menyebabkan magnet tersebut ditolak. Fenomena ini dikenal dengan istilah diamagnetisme dan efek ini kemudian dikenal dengan efek Meissner. 

Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya. Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga, dan perak, yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.

Fenomena superkonduktor ini tidak bisa dijelaskan oleh teori pita keadaan (teori ini bisa menjelaskan fenomena konduktor, isolator dan semikonduktor), akan tetapi dapat dijelaskan oleh teori BCS. BCS singkatan dari Bardeen, Cooper, dan Schrieffer tiga orang pencetus teori tersebut pada tahun 1957 dan mendapat hadiah Nobel bidang fisika pada tahun 1972. 

Teori BCS menjelaskan bahwa elektron tunggal pada bahan superkoduktor (T<Tc) tidak dapat menghantarkan listrik melainkan harus berpasangan, yang dikenal dengan pasangan Cooper (Cooper pairs). Padahal dua elektron tersebut memiliki muatan yang sama maka hal ini bertentangan dengan hukum Coulomb yang mengatakan bahwa dua buah partikel dengan muatan yang sama akan saling tolak-menolak. 

Alasannya, karena pada saat sebuah elektron bertumbukan dengan sebuah atom positif, hal itu menghasilkan muatan positif dengan konsentrasi kecil pada elektron. Akhirnya elektron tersebut tertarik oleh elektron lain yang bermuatan negatif sehingga membentuk pasangan Cooper. Ketidakmurnian dan kecacatan kristal membantu aliran elektron pasangan Cooper sehingga tidak memiliki hambatan (tahanan listrik = nol). 

Teori signifikan lainnya adalah ketika Brian D Josephson pada tahun 1962 memprediksi bahwa arus listrik akan mengalir di antara dua bahan superkonduktor walau keduanya dipisahkan oleh bahan non superkonduktor atau isolator. Prediksinya kemudian terbukti dan Ia memenangkan penghargaan Nobel pada bidang Fisika tahun 1973. Fenomena pengkabelan ini kemudian dikenal sebagai effect Josephson dan telah diaplikasikan pada devices elektronik seperti SQUID sebagai alat yang dapat mendeteksi medan magnet lemah.

80’an merupakan dekade penemuan dalam medan superkonduktor Pada tahun 1964 Bill Little dari Universitas Stanford memberikan pendapat tentang kemungkinan adanya superkonduktor organic. Orang pertama yang berhasil mensintesa adalah Klaus Bechgaard dari Univeristas Copenhagen pada tahun 1980 dan tiga anggota tim Lembaga Penelitian Danish yang berasal dari Perancis. 

Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex Müller and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di R|schlikon, Switzerland, berhasil membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen, yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada waktu itu, 30 K. Penemuan ini menjadi spektakuler karena keramik selama ini dikenal sebagai isolator. Keramik tidak mengantarkan 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

Temuan tersebut memicu semangat para ilmuwan untuk menemukan bahan yang mampu memiliki sifat superkonduktor pada suhu yang lebih tinggi. Penemuan demi penemuan di bidang superkonduktor kini masih saja dilakukan oleh para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil disintesisnya suatu bahan organik yang bersifat superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K. 

Pada bulan Februari 1987, ditemukan suatu keramik yang bersifat superkonduktor pada suhu 90 K. Penemuan ini menjadi penting karena dengan demikian dapat digunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya. Karena, suhunya cukup tinggi dibandingkan dengan material superkonduktor yang lain, maka material-material tersebut diberi nama superkonduktor suhu tinggi. Suhu tertinggi suatu bahan menjadi superkonduktor hingga saat ini adalah 138 K, yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33. 

Kelompok peneliti dari Universitas Alabama dan Universitas Houston, Texas, Amerika Serikat di bawah pimpinan Prof. Wu kemudian menemukan superkonduktor baru yang memiliki temperatur kritis di atas titik didih nitrogen cair yakni 77 derajat Kelvin. Ini merupakan kemajuan besar karena harga nitrogen cair relatif lebih murah. Bahan superkonduktor tersebut merupakan campuran yitrium, barium, tembaga dan oksigen (Y-Ba-Cu-O) dan disingkat menjadi YBCO dengan temperatur kritis 92 derajat Kelvin

Meski begitu, boom aplikasi penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari belum kunjung tiba. Padahal, penerapannya sudah ditunggu tiga bidang industri yakni industri tenaga listrik, industri medan magnet tinggi, superkonduktor dan industri superconducting electronics.

Pengertian Superkonduktor

Pengertian Superkonduktor

Superkonduktor belakangan ini menjadi topik pembicaraan dan penelitian yang paling populer. Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya transmisi listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini penggunaan superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan (suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar). 

Apa itu superkonduktor? Berdasarkan bahasa, ”konduktor” artinya suatu bahan yang dapat menghantarkan listrik (conduct = hantar), dan ”super” artinya luar biasa. Sehingga superkonduktor itu adalah suatu bahan yang bisa menghantarkan listrik dengan sangat hebat dan memiliki tahanan listrik nol. 

Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan dibawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu dimana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc). 

Jika tahanan listrik ini nol maka arus yang dialirkan tidak akan kehilangan energi, dengan kata lain efisiensi arus menjadi sangat tinggi. Hal tersebut dapat terjadi jika temperatur bahan tersebut berada di bawah temperatur kritis (Tc).

AYO BERAMAL GABUNG FOLLOWER

Popular Posts