## OPTIMASI KOMPOSISI MOLAR AWAL OFF-STOIKHIOMETRI PADA SINTESIS SUPERKONDUKTOR SISTEM Bi-2223

## Dwi Teguh Rahardjo
E-mail: teguhra@yahoo.com, teguhra@gmail.com

## Surantoro
E-mail: surantoro@yahoo.com
Pendidikan Fisika, PMIPA, FKIP, UNS Jl. Ir. Sutami No. 36A, Surakarta

## INTISARI
Telah  dilakukan  penelitian tentang komposisi  molar  awal  off-stoikhiometri  pada  sintesis superkonduktor  sistem  Bi-2223. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengoptimasi  komposisi  molar awal  off-stoikhiometri  pada  sintesis  bahan  superkonduktor  sistem  Bi-2223  untuk  mendapatkan fase murni.  Metode pembuatan bahan superkonduktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode reaksi padatan dengan melebihkan dan mengurangkan komposisi molar awal Bi dari nilai stoikhiometrinya. Dari  analisis  data XRD diperoleh  hasil bahwa sampel  S3  (Bi 2.05 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x ) mempunyai fraksi volume Bi-2223 terbesar 75 % dan fraksi volume impuritas terkecil 7 %. Dari analisis  kurva  resistivitas  listrik, ternyata sampel S3  (Bi 2.05 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x ) mempunyai  suhu  kritis (Tc) tertinggi, yaitu 102 K.
Kata kunci: reaksi padatan, Bi-2223, off-stoikhiometri

## OPTIMIZATION OF  OFF-STOICHIOMETRIC STARTING MOLAR
COMPOSITIONS IN THE FORMATION OF Bi – 2223

## SUPERCONDUCTING MATERIALS

## ABSTRACT
An  experiment  has  been  carried  out  in the  formation  of  Bi – 2223  superconducting  materials regarding the off – stoichiometric starting molar compositions. The purpose is optimization of off – stoichiometric starting molar compositions for the synthesis of Bi – 2223 superconducting materials to get pure phase.  The formation method of Bi – 2223 superconducting materials in this research is by  mean  of  solid  state  reaction  method  with  increase  or  decrease  Bi – 2223  starting  molar compositions. From XRD data analysis is yield that sample 3 (Bi 2.05 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x ) have highest Bi – 2223 volume fraction i.e. 75% and have lowest impurity volume fraction i.e. 7%. From electrical resistivity curve analysis it  can  be  concluded that  sample  3 (Bi 2.05 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x ) has the highest critical temperature of 102 K.
Keywords: solid state reaction, Bi – 2223, off – stoichiometric

## I. PENDAHULUAN
Superkonduktor  adalah  suatu  bahan  yang  dapat  mengalirkan  arus  listrik  dalam  jumlah besar  tanpa  mengalami  hambatan,  sehingga  bahan  superkonduktor  dapat  digunakan  untuk membuat  medan  magnet  yang  besar  tanpa  mengalami  efek  pemanasan.  Di  samping  itu  bahan superkonduktor mempunyai kemampuan  menolak fluks magnet yang mengenainya pada suhu di bawah suhu kritisnya (Tc), sehingga dapat dimanfaatkan untuk kereta api magnet yang melayang
di  atas  rel  kereta  api.  Manfaat  bahan  superkonduktor  lainya  adalah  sebagai  media  penyimpanan data, penstabil tegangan, komputer cepat, penghasil medan magnet tinggi pada reaktor nuklir fusi, dan SQUID. Kelemahan bahan superkonduktor saat ini adalah masih rendahnya suhu kritis (sistem Hg mempunyai Tc = 133K), sehingga banyak ilmuwan berusaha membuat bahan superkonduktor suhu kritis tinggi.
Sistem  superkonduktor Suhu  kritis tinggi  pada  umumnya  merupakan  senyawa  multi komponen  yang  memiliki  sejumlah  fase  struktur  yang  berbeda  dan  struktur  kristal  yang  rumit. Sistem Bi-2223 juga merupakan senyawa oksida keramik yang mempunyai struktur berlapis-lapis dengan ciri khas  sisipan lapisan CuO 2 . Proses sintesis  senyawa  multi komponen  superkonduktor juga  ditentukan  oleh komposisi  awal  bahan  pembentuk  superkonduktor.  Sebagai  senyawa  multi komponen  sistem  Bi-2223  memerlukan  beberapa  komponen-komponen  penyusun  sebagai  bahan pembentuk  lapisan-lapisan  struktur  yang  kompleks.  Pada  proses  sintesis  Bi-2223  dengan komposisi  molar awal stoikhiometrik sering  dijumpai  kekurangan  unsur-unsur  tertentu  senyawa superkonduktor  Bi-2223  yang  telah  terbentuk.  Hal  ini  disebabkan  molekul-molekul  pembentuk senyawa  superkonduktor  Bi-2223  mempunyai  titik  leleh  yang  berbeda-beda,  sehingga  dalam proses  sintesis  ada  beberapa  molekul  menguap  dan  tidak  membentuk  reaksi  padatan  yang semestinya  (Xu, dkk., 1993).  Untuk  mengatasi  kekurangan  unsur  pembentuk  superkonduktor akibat  titik  leleh  bahan  pembentuk  yang  berbeda-beda,  maka  diperlukan  komposisi  molar awal bahan  penyusun  senyawa  superkonduktor  yang  dilebihkan  (off-stoichiometric)  agar  dapat membentuk fase murni Bi-2223 (Liu, dkk., 1999).
Salah  satu  sifat  paling  menarik  dari  bahan  superkonduktor  pada  suhu  rendah  adalah resistivitasnya nol (  = 0) pada suhu tertentu. Suhu tersebut dikenal sebagai suhu kritis (Tc) atau suhu  transisi, yaitu  suhu  terjadinya  transisi  dari  keadaan  normal  ke  keadaan  superkonduktif. Transisi tersebut reversibel artinya apabila dipanaskan akan kembali  memiliki resistivitas normal pada suhu kritis. Pada superkonduktor konvensional,  misalnya Hg nilai  Tc = Tc on – Tc nol  0,01K,  sedangkan  superkonduktor  suhu  tinggi  (SKST)  mempunyai nilai  Tc  9K  .  Hal  ini disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu faktor intrinsik dan faktor ekstrinsik. Faktor intrinsik antara lain:  sifat  anisotropi  karena  struktur  kristal  yang  berlapis,  fluktuasi  termal  (struktur  vortek superkonduktor  suhu  tinggi  sangat  dipengaruhi  oleh  suhu)  serta  komposisi  dan  struktur  dari senyawa  yang  dibuat.  Faktor  ekstrinsik  antara  lain:  akibat  adanya  impuritas ,  yaitu senyawa  lain yang tidak diinginkan serta adanya cacat struktur.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
Superkonduktor  merupakan  suatu  material  yang  mempunyai  karakteristik  dapat mengalirkan arus listrik tanpa mengalami hambatan, di mana resistivitas (Gambar 1) menjadi nol (transisi fase orde kedua) dan dapat menolak fluks magnet eksternal (Gambar 2) yang melewatinya atau mengalami diamagnetisme sempurna (efek Meissner – Ochsenfeld).

## Gambar 1. Resistivitas bahan superkonduktor
Superkonduktor  BSCCO  termasuk  dalam  golongan  superkonduktor  tipe  II    dan merupakan  oksida  keramik  yang  mempunyai  suhu  tinggi. Dalam  superkonduktor  tipe  II  terdapat dua  medan  kritis,  yaitu:  medan  kritis  bawah  H c1 dan  medan  kritis  atas  H c2 .  Di  bawah  H c1 fluks magnetik ditolak secara sempurna dan di atas H c1 fluks magnet sebagian dapat menembus interior bahan  sampai  batas  medan  kritis  H c2 .  Di  atas  H c2 bahan  akan  kehilangan  sifat superkonduktivitasnya (Gambar 3).
ρ T Tc 0
Gambar 2. Efek Meissner dan Hc pada bahan superkonduktor.
Medan  magnet  yang  diperlukan  untuk  menghilangkan  superkonduktivitas  atau memulihkan resistivitas normalnya disebut medan kritis (Hc). Hubungannya dengan Tc adalah
Hc (T) = H (0)  1 – (T/Tc) 2  , (1)
dengan H(0) adalah medan kritis pada T = 0 K.
Gambar 3. Struktur superkonduktor sistem Bi (BSCCO).
Bahan superkonduktor juga mempunyai sifat efek isotop, di mana suhu kritis suatu bahan superkonduktor bergantung isotop massa suatu unsur (Gambar 4).

## Gambar 4. Efek Isotop pada bahan superkonduktor.
Pembawa muatan dalam superkonduktor suhu tinggi adalah hole yang bermuatan positif. Hal ini berkaitan dengan  keadaan-keadaan  valensi Cu dalam lapisan  CuO 2 yang selalu  hadir dan berperan  sbg  lapisan  konduksi  dalam  bahan  superkonduktor suhu  kritis  tinggi  yang  merupakan sumber  sifat  bahan  yang  anisotropik    (Gambar  5)  dan  menimbulkan  efek  dimensi  rendah  (2 – dimensi).
Gambar 5. Efek dimensi rendah (anisotropik) bahan superkonduktor.
Dalam superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) dikenal tiga fase superkonduktor masing-masing  berkaitan  dengan  komposisi  yang  dinyatakan  dengan  rumus  Bi 2 Sr 2 Ca n-1 Cu n O y dengan n = 1,2,3. Ketiga fase tersebut adalah fase 2201 dengan Tc = 10 K, fase 2212 dengan Tc = 80 K dan fase 2223 dengan Tc = 110 K, masing-masing memiliki struktur kristal yang ditunjukkan dalam Gambar 6.
Gambar 2. Efek Meissner dan Hc pada bahan superkonduktor.
Medan  magnet  yang  diperlukan  untuk  menghilangkan  superkonduktivitas  atau memulihkan resistivitas normalnya disebut medan kritis (Hc). Hubungannya dengan Tc adalah
Hc (T) = H (0)  1 – (T/Tc) 2  , (1)
dengan H(0) adalah medan kritis pada T = 0 K.

## Gambar 3. Struktur superkonduktor sistem Bi (BSCCO).
Bahan superkonduktor juga mempunyai sifat efek isotop, di mana suhu kritis suatu bahan superkonduktor bergantung isotop massa suatu unsur (Gambar 4).

## Gambar 4. Efek Isotop pada bahan superkonduktor.
Pembawa muatan dalam superkonduktor suhu tinggi adalah hole yang bermuatan positif. Hal ini berkaitan dengan  keadaan-keadaan  valensi Cu dalam lapisan  CuO 2 yang selalu  hadir dan berperan  sbg  lapisan  konduksi  dalam  bahan  superkonduktor suhu  kritis  tinggi  yang  merupakan sumber  sifat  bahan  yang  anisotropik    (Gambar  5)  dan  menimbulkan  efek  dimensi  rendah  (2 – dimensi).
Gambar 5. Efek dimensi rendah (anisotropik) bahan superkonduktor.
Dalam superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) dikenal tiga fase superkonduktor masing-masing  berkaitan  dengan  komposisi  yang  dinyatakan  dengan  rumus  Bi 2 Sr 2 Ca n-1 Cu n O y dengan n = 1,2,3. Ketiga fase tersebut adalah fase 2201 dengan Tc = 10 K, fase 2212 dengan Tc = 80 K dan fase 2223 dengan Tc = 110 K, masing-masing memiliki struktur kristal yang ditunjukkan dalam Gambar 6.
Gambar 2. Efek Meissner dan Hc pada bahan superkonduktor.
Medan  magnet  yang  diperlukan  untuk  menghilangkan  superkonduktivitas  atau memulihkan resistivitas normalnya disebut medan kritis (Hc). Hubungannya dengan Tc adalah
Hc (T) = H (0)  1 – (T/Tc) 2  , (1)
dengan H(0) adalah medan kritis pada T = 0 K.

## Gambar 3. Struktur superkonduktor sistem Bi (BSCCO).
Bahan superkonduktor juga mempunyai sifat efek isotop, di mana suhu kritis suatu bahan superkonduktor bergantung isotop massa suatu unsur (Gambar 4).

## Gambar 4. Efek Isotop pada bahan superkonduktor.
Pembawa muatan dalam superkonduktor suhu tinggi adalah hole yang bermuatan positif. Hal ini berkaitan dengan  keadaan-keadaan  valensi Cu dalam lapisan  CuO 2 yang selalu  hadir dan berperan  sbg  lapisan  konduksi  dalam  bahan  superkonduktor suhu  kritis  tinggi  yang  merupakan sumber  sifat  bahan  yang  anisotropik    (Gambar  5)  dan  menimbulkan  efek  dimensi  rendah  (2 – dimensi).
Gambar 5. Efek dimensi rendah (anisotropik) bahan superkonduktor.
Dalam superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) dikenal tiga fase superkonduktor masing-masing  berkaitan  dengan  komposisi  yang  dinyatakan  dengan  rumus  Bi 2 Sr 2 Ca n-1 Cu n O y dengan n = 1,2,3. Ketiga fase tersebut adalah fase 2201 dengan Tc = 10 K, fase 2212 dengan Tc = 80 K dan fase 2223 dengan Tc = 110 K, masing-masing memiliki struktur kristal yang ditunjukkan dalam Gambar 6.

## Gambar 6. Struktur superkonduktor sistem Bi (BSCCO)
Semua  superkonduktor suhu  kritis tinggi  dengan  dasar  tembaga  (Cu)  memiliki  struktur kristalografi  yang terdiri  atas blok-blok  perovskite.  Blok-blok  ini  tersusun  sedemikian  rupa dengan bidang-bidang CuO 2 yang berfungsi sebagai lapisan konduksi. Superkonduktor Suhu kritis tinggi  sistem  kuprat  pada  umumnya  diperoleh  dengan  dopan  lubang.  BSCCO  merupakan superkonduktor  oksida  keramik  yang  mempunyai  struktur  berlapis-lapis  dengan  ciri  khas  sisipan lapisan CuO 2 yang menyebabkan sistem tersebut mempunyai kecenderungan bersifat metalik pada suhu  kamar. Struktur sistem  BSCCO seperti terlihat dalam Gambar 6 juga  mempunyai sifat fisik yang  berlapis-lapis  sehingga  menyebabkan  bahan  superkonduktor  sistem  BSCCO  mudah  patah dan sangat rapuh karenanya sulit  untuk diterapkan pada pembuatan kabel aliran listrik.
Proses  sintesis  senyawa  multi  komponen  umumnya  akan  menghadirkan  beberapa  fase lain  dan  melibatkan  reaksi  peralihan  antara  fase  yang  berbeda.  Oleh  karena  itu,  untuk  mencapai fase sasaran yang  tepat diperlukan peta jalan (road maps) yang dikenal sebagai diagram fase dan dengan  bantuan  diagram  fase,  komposisi  bahan,  suhu  pada setiap  tahap  proses  sintesis  dan  route sintesisnya,  secara  menyeluruh  dapat  dirancang  secara  cermat  (Strobel  P, dkk : 1992).  Proses sintesis  senyawa  multi  komponen  superkonduktor  juga  ditentukan  oleh  komposisi  awal  bahan pembentuk  superkonduktor.  Hal  ini  disebabkan  oleh  molekul-molekul  bahan  pembentuk mempunyai titik leleh yang berbeda-beda, sehingga dapat menyebabkan berkurangnya unsur-unsur tertentu  pada  senyawa  superkonduktor  BSCCO  setelah  proses  sintesis.  Suhu  transisi  atau  suhu kritis  bahan  superkonduktor  dan  sifat  fisisnya  berkaitan  erat  dengan  struktur  kristal  bahan  yang bersangkutan. Pengetahuan struktur kristal superkonduktor secara rinci dan tepat diperlukan untuk memahami  korelasi  struktur-sifat  bahan  superkonduktor  yang  berguna  untuk  mengembangkan bahan superkonduktor suhu tinggi dan pengendalian proses pembuatannya.

## III. METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  metode  eksperimen,  di mana  pada  sintesis  sistem  Bi-2223  digunakan reaksi  padatan  dengan  molekul  pembentuk  awal, yaitu Bi 2 O 3 ,  SrCO 3 ,  CaO,  dan  CuO (Koyama, dkk., 1988).  Proses  awal  dimulai  dengan penimbangan  bahan-bahan  pembentuk  senyawa  Bi-2223  dengan  variabel  bebas  unsur  Bismuth yang  komposisi  awal  molarnya  dibuat  berbeda-beda  dengan unsur  Bismuth  yang  diubah-ubah molar secara off-stoikhiometri. Bahan sudah siap dilarutkan dalam HNO 3 agar senyawa campuran homogen,  lalu dianneling di atas hot plate  dengan panas sedang untuk menguapkan HNO 3 . Bahan campuran  awal  kemudian  digerus  sampai halus  kemudian  dipres  dan  dicetak  dalam  bentuk pelet/pil,  selanjutnya  dikalsinasi  dengan  suhu  820 0 C  selama  24  jam  untuk  menguapkan  senyawa CO 2 dalam campuran awal bahan pembentuk senyawa Bi-2223.

## 1 OPTIMASI KOMPOSISI MOLAR AWAL OFF-STOIKHIOMETRI

## Gambar 6. Struktur superkonduktor sistem Bi (BSCCO)
Semua  superkonduktor suhu  kritis tinggi  dengan  dasar  tembaga  (Cu)  memiliki  struktur kristalografi  yang terdiri  atas blok-blok  perovskite.  Blok-blok  ini  tersusun  sedemikian  rupa dengan bidang-bidang CuO 2 yang berfungsi sebagai lapisan konduksi. Superkonduktor Suhu kritis tinggi  sistem  kuprat  pada  umumnya  diperoleh  dengan  dopan  lubang.  BSCCO  merupakan superkonduktor  oksida  keramik  yang  mempunyai  struktur  berlapis-lapis  dengan  ciri  khas  sisipan lapisan CuO 2 yang menyebabkan sistem tersebut mempunyai kecenderungan bersifat metalik pada suhu  kamar. Struktur sistem  BSCCO seperti terlihat dalam Gambar 6 juga  mempunyai sifat fisik yang  berlapis-lapis  sehingga  menyebabkan  bahan  superkonduktor  sistem  BSCCO  mudah  patah dan sangat rapuh karenanya sulit  untuk diterapkan pada pembuatan kabel aliran listrik.
Proses  sintesis  senyawa  multi  komponen  umumnya  akan  menghadirkan  beberapa  fase lain  dan  melibatkan  reaksi  peralihan  antara  fase  yang  berbeda.  Oleh  karena  itu,  untuk  mencapai fase sasaran yang  tepat diperlukan peta jalan (road maps) yang dikenal sebagai diagram fase dan dengan  bantuan  diagram  fase,  komposisi  bahan,  suhu  pada setiap  tahap  proses  sintesis  dan  route sintesisnya,  secara  menyeluruh  dapat  dirancang  secara  cermat  (Strobel  P, dkk : 1992).  Proses sintesis  senyawa  multi  komponen  superkonduktor  juga  ditentukan  oleh  komposisi  awal  bahan pembentuk  superkonduktor.  Hal  ini  disebabkan  oleh  molekul-molekul  bahan  pembentuk mempunyai titik leleh yang berbeda-beda, sehingga dapat menyebabkan berkurangnya unsur-unsur tertentu  pada  senyawa  superkonduktor  BSCCO  setelah  proses  sintesis.  Suhu  transisi  atau  suhu kritis  bahan  superkonduktor  dan  sifat  fisisnya  berkaitan  erat  dengan  struktur  kristal  bahan  yang bersangkutan. Pengetahuan struktur kristal superkonduktor secara rinci dan tepat diperlukan untuk memahami  korelasi  struktur-sifat  bahan  superkonduktor  yang  berguna  untuk  mengembangkan bahan superkonduktor suhu tinggi dan pengendalian proses pembuatannya.

## III. METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  metode  eksperimen,  di mana  pada  sintesis  sistem  Bi-2223  digunakan reaksi  padatan  dengan  molekul  pembentuk  awal, yaitu Bi 2 O 3 ,  SrCO 3 ,  CaO,  dan  CuO (Koyama, dkk., 1988).  Proses  awal  dimulai  dengan penimbangan  bahan-bahan  pembentuk  senyawa  Bi-2223  dengan  variabel  bebas  unsur  Bismuth yang  komposisi  awal  molarnya  dibuat  berbeda-beda  dengan unsur  Bismuth  yang  diubah-ubah molar secara off-stoikhiometri. Bahan sudah siap dilarutkan dalam HNO 3 agar senyawa campuran homogen,  lalu dianneling di atas hot plate  dengan panas sedang untuk menguapkan HNO 3 . Bahan campuran  awal  kemudian  digerus  sampai halus  kemudian  dipres  dan  dicetak  dalam  bentuk pelet/pil,  selanjutnya  dikalsinasi  dengan  suhu  820 0 C  selama  24  jam  untuk  menguapkan  senyawa CO 2 dalam campuran awal bahan pembentuk senyawa Bi-2223.

## 1 OPTIMASI KOMPOSISI MOLAR AWAL OFF-STOIKHIOMETRI

## Gambar 6. Struktur superkonduktor sistem Bi (BSCCO)
Semua  superkonduktor suhu  kritis tinggi  dengan  dasar  tembaga  (Cu)  memiliki  struktur kristalografi  yang terdiri  atas blok-blok  perovskite.  Blok-blok  ini  tersusun  sedemikian  rupa dengan bidang-bidang CuO 2 yang berfungsi sebagai lapisan konduksi. Superkonduktor Suhu kritis tinggi  sistem  kuprat  pada  umumnya  diperoleh  dengan  dopan  lubang.  BSCCO  merupakan superkonduktor  oksida  keramik  yang  mempunyai  struktur  berlapis-lapis  dengan  ciri  khas  sisipan lapisan CuO 2 yang menyebabkan sistem tersebut mempunyai kecenderungan bersifat metalik pada suhu  kamar. Struktur sistem  BSCCO seperti terlihat dalam Gambar 6 juga  mempunyai sifat fisik yang  berlapis-lapis  sehingga  menyebabkan  bahan  superkonduktor  sistem  BSCCO  mudah  patah dan sangat rapuh karenanya sulit  untuk diterapkan pada pembuatan kabel aliran listrik.
Proses  sintesis  senyawa  multi  komponen  umumnya  akan  menghadirkan  beberapa  fase lain  dan  melibatkan  reaksi  peralihan  antara  fase  yang  berbeda.  Oleh  karena  itu,  untuk  mencapai fase sasaran yang  tepat diperlukan peta jalan (road maps) yang dikenal sebagai diagram fase dan dengan  bantuan  diagram  fase,  komposisi  bahan,  suhu  pada setiap  tahap  proses  sintesis  dan  route sintesisnya,  secara  menyeluruh  dapat  dirancang  secara  cermat  (Strobel  P, dkk : 1992).  Proses sintesis  senyawa  multi  komponen  superkonduktor  juga  ditentukan  oleh  komposisi  awal  bahan pembentuk  superkonduktor.  Hal  ini  disebabkan  oleh  molekul-molekul  bahan  pembentuk mempunyai titik leleh yang berbeda-beda, sehingga dapat menyebabkan berkurangnya unsur-unsur tertentu  pada  senyawa  superkonduktor  BSCCO  setelah  proses  sintesis.  Suhu  transisi  atau  suhu kritis  bahan  superkonduktor  dan  sifat  fisisnya  berkaitan  erat  dengan  struktur  kristal  bahan  yang bersangkutan. Pengetahuan struktur kristal superkonduktor secara rinci dan tepat diperlukan untuk memahami  korelasi  struktur-sifat  bahan  superkonduktor  yang  berguna  untuk  mengembangkan bahan superkonduktor suhu tinggi dan pengendalian proses pembuatannya.

## III. METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  metode  eksperimen,  di mana  pada  sintesis  sistem  Bi-2223  digunakan reaksi  padatan  dengan  molekul  pembentuk  awal, yaitu Bi 2 O 3 ,  SrCO 3 ,  CaO,  dan  CuO (Koyama, dkk., 1988).  Proses  awal  dimulai  dengan penimbangan  bahan-bahan  pembentuk  senyawa  Bi-2223  dengan  variabel  bebas  unsur  Bismuth yang  komposisi  awal  molarnya  dibuat  berbeda-beda  dengan unsur  Bismuth  yang  diubah-ubah molar secara off-stoikhiometri. Bahan sudah siap dilarutkan dalam HNO 3 agar senyawa campuran homogen,  lalu dianneling di atas hot plate  dengan panas sedang untuk menguapkan HNO 3 . Bahan campuran  awal  kemudian  digerus  sampai halus  kemudian  dipres  dan  dicetak  dalam  bentuk pelet/pil,  selanjutnya  dikalsinasi  dengan  suhu  820 0 C  selama  24  jam  untuk  menguapkan  senyawa CO 2 dalam campuran awal bahan pembentuk senyawa Bi-2223.

## Gambar 7. Proses pembuatan bahan superkonduktor.
Bahan  campuran  awal  digerus  lagi  sampai  halus  kemudian  dipres  dan  dicetak  dalam bentuk  pelet/pil,  yang  kemudian  dilakukan  proses  sintering  dengan  suhu  845 0 C  selama  24  jam untuk merekatkan bahan-bahan awal agar membentuk senyawa Bi-2223 (proses pembuatan bahan superkonduktore  terdapat  pada  Gambar  7). Karakterisasi  pertama  yang  digunakan  adalah  efek Meissner,  untuk  mengetahui  secara  sederhana  apakah  senyawa  yang  terbentuk  sudah  menjadi senyawa  superkonduktor.  Karakterisasi  berikutnya  berupa  XRD  untuk  mengetahui  apakah senyawa  superkonduktor  yang  terbentuk  sudah  mempunyai  fase  Bi-2223,  dan  pengukuran resistivitas dengan metode four point probe untuk mengetahui Suhu kritis bahan superkonduktor.
Tabel I. Variasi komposisi molar awal Bi yang berbeda-beda.
Sampel Molaritas senyawa awal Suhu sintering Waktu sintering S1 Bi 2,15 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 845 0 C 24 jam S2 Bi 2,10 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 845 0 C 24 jam S3 Bi 2,05 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 845 0 C 24 jam S4 Bi 2,00 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 845 0 C 24 jam S5 Bi 1,95 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 845 0 C 24 jam S6 Bi 1,90 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 845 0 C 24 jam
Tabel I menyajikan variasi komposisi molar awal Bi yang berbeda-beda. Suhu kalsinasi sampel 820 0 C dengan waktu 24 jam.
bahan-bahan dicampur dalam pelarut HNO 3 sampai berwarna biru jernih/homogen
lalu dianneling di atas hot plate  untuk menguapkan HNO 3
digerus sampai halus lalu dicetak dalam bentuk pelet/pil
kalsinasi sintering karakterisasi XRD, Tc
digerus sampai halus lalu dicetak dalam bentuk pelet/pil

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Data pola Difraksi Sinar-X (XRD)
Pengukuran pola difraksi sinar-X pada tiap-tiap sampel Bi-2212 digunakan difraktometer Shimadzu  type  6000XRD  dengan  spesifikasi  sinar- X  Kα  dari  Cu,  tegangan  40  kV,  arus  30mA, divergensi slit 1 0 , receiving slit 0,3 0 , scattering slit 1 0 serta tipe scan kontinu. Pola difraksi sinar X hasil scanning difraktometer ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Pola difraksi sinar X hasil scanning difraktometer.

## b.Data Resistivitas Bahan Superkonduktor Bi-2223
Kurva resistivitas bahan superkonduktor Bi-2223 disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Kurva resistivitas bahan superkonduktor Bi-2223.
sampel S1 sampel S2 sampel S3 sampel S4 sampel S5 sampel S6
1 OPTIMASI KOMPOSISI MOLAR AWAL OFF-STOIKHIOMETRI

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Data pola Difraksi Sinar-X (XRD)
Pengukuran pola difraksi sinar-X pada tiap-tiap sampel Bi-2212 digunakan difraktometer Shimadzu  type  6000XRD  dengan  spesifikasi  sinar- X  Kα  dari  Cu,  tegangan  40  kV,  arus  30mA, divergensi slit 1 0 , receiving slit 0,3 0 , scattering slit 1 0 serta tipe scan kontinu. Pola difraksi sinar X hasil scanning difraktometer ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Pola difraksi sinar X hasil scanning difraktometer.

## b.Data Resistivitas Bahan Superkonduktor Bi-2223
Kurva resistivitas bahan superkonduktor Bi-2223 disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Kurva resistivitas bahan superkonduktor Bi-2223.
sampel S1 sampel S2 sampel S3 sampel S4 sampel S5 sampel S6
1 OPTIMASI KOMPOSISI MOLAR AWAL OFF-STOIKHIOMETRI

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Data pola Difraksi Sinar-X (XRD)
Pengukuran pola difraksi sinar-X pada tiap-tiap sampel Bi-2212 digunakan difraktometer Shimadzu  type  6000XRD  dengan  spesifikasi  sinar- X  Kα  dari  Cu,  tegangan  40  kV,  arus  30mA, divergensi slit 1 0 , receiving slit 0,3 0 , scattering slit 1 0 serta tipe scan kontinu. Pola difraksi sinar X hasil scanning difraktometer ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Pola difraksi sinar X hasil scanning difraktometer.

## b.Data Resistivitas Bahan Superkonduktor Bi-2223
Kurva resistivitas bahan superkonduktor Bi-2223 disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Kurva resistivitas bahan superkonduktor Bi-2223.
sampel S1 sampel S2 sampel S3 sampel S4 sampel S5 sampel S6

## c.Analisis Data
Tabel  2  menyajikan  fraksi  volume  Bi-2212,  Bi-2223  dan  impuritas,  sedangkan Tabel 3 menyajikan suhu kritis masing-masing variasi Bi.
Tabel 2. Fraksi volume Bi-2212, Bi-2223 dan impuritas
Sampel Variasi Bi Bi-2212 (%) Bi-2223 (%) Impuritas (%) S1 Bi 2,15 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 41 46 13 S2 Bi 2,10 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 25 65 10 S3 Bi 2,05 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 18 75 7 S4 Bi 2,00 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 31 58 11 S5 Bi 1,95 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 38 50 12 S6 Bi 1,90 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 40 46 14
Tabel 3. Suhu kritis masing-masing variasi Bi
Sampel Variasi Bi Tc nol (K) Tc on (K) S1 Bi 2,15 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 98 108 S2 Bi 2,10 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 100 110 S3 Bi 2,05 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 102 110 S4 Bi 2,00 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 100 100 S5 Bi 1,95 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 94 102 S6 Bi 1,90 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x 92 104
Fraksi volume fase Bi-2212, Bi-2223, dan impuritas dapat dihitung dengan rumus
∑ , (2) ∑ , (3)
∑ , (4)
dengan I adalah  intensitas  puncak  profil  tiap-tiap  fase  yang  dapat  dilihat  pada  tampilan software refinement Fullprof  dan  dibandingkan  hasil  identifikasi  puncak-puncak  fase  superkonduktor  oleh software Celref.

## d.Pembahasan Hasil
Sintesis  superkonduktor  Bi-2223  (Tc  =  110  K)  dapat  memunculkan  fase-fase  lain yang masih dalam satu system Bi, yaitu fase Bi-2212 (Tc = 80 K) atau fase Bi-2201 (Tc = 10 K). Pada sintesis  superkonduktor  Bi-2223  umumnya  juga  terdapat  fraksi  impuritas  sebagai hasil  reaksi padatan  yang  tidak  terbentuk  secara  merata  dan  sempurna,  kecuali  pembentukan  kristal  tunggal Bi-2212  yang  tingkat  kemurniannya  tinggi.  Hasil  perhitungan  fraksi  volume  (Gambar  10) menunjukkan bahwa peningkatan fraksi volume Bi-2223 bersamaan dengan bertambahnya variasi molar  Bi  (Tabel  2)  dan  mencapai  nilai  fraksi  volume  tertinggi  pada  variasi  Bi  2,05  kemudian menurun  bersamaan  meningkatnya  variasi  molar  Bi.  Sebaliknya  fraksi  volume  fase  Bi-2212 mengalami  penurunan  dan  mencapai  titik  terendah  pada  variasi  Bi  2,05  kemudian  mengalami peningkatan  fraksi  volume  bersamaan  meningkatnya  variasi  Bi.  Sedangkan  impuritas  mengalami
penurunan bersamaan bertambahnya variasi molar Bi sampai mencapai titik terendah pada variasi Bi 2,05  lalu fraksi volume impuritas meningkat lagi.
Suhu  kritis  sampel  yang  diteliti,  mengalami  peningkatan  terhadap  variasi  molar  Bi (Gambar  11)  sampai  mencapai  nilai  tertinggi  102  K  pada  variasi  molar  Bi  2,05  (tabel  3)  lalu menurun bersamaan dengan meningkatnya variasi molar Bi. Sedangkan kemiringan kurva transisi resistivitas dan suhu transisi bagian atas kurva (Tc-on) berbeda-beda nilai tiap sampel.
Dari hasil perhitungan fraksi volume tiap-tiap sampel terhadap variasi molar awal Bi dan pengamatan  suhu  kritis  masing-masing  sampel  terhadap  variasi  molar  awal  Bi  dapat  ditarik korelasi antara variasi molar awal Bi dengan suhu kritis dan fraksi volume fase Bi-2223, di mana pada  variasi  molar  awal  Bi  2,05  suhu  kritis  dan  fraksi  volume  fase  Bi-2223  mencapai  nilai tertinggi,  yaitu untuk  suhu  kritis  sampel  S3 Tc nol =  102  K  dan  fraksi  volume  Fase  Bi-2223 mencapai nilai tertinggi pada sampel S3, yaitu 75%. Impuritas mencapai nilai terendah , yaitu 7 %. Ada kesebandingan antara fraksi volum fase Bi-2223 dengan suhu kritis bahan superkonduktor Bi- 2223. Dari hasil penelitian juga ditemukan bahwa pembuatan fase murni sangat bergantung pada suhu  sintering  dan  juga  komposisi  molar  awal  bahan-bahan  pembentuk  superkonduktor  Bi-2223, sehingga sangat sulit mendapatkan fase murni bahan superkonduktor Bi – 2223.
Gambar 10. Perubahan fraksi volume terhadap variasi molar Bi.
Gambar 11. Perubahan suhu kritis terhadap variasi molar Bi.
1 OPTIMASI KOMPOSISI MOLAR AWAL OFF-STOIKHIOMETRI
penurunan bersamaan bertambahnya variasi molar Bi sampai mencapai titik terendah pada variasi Bi 2,05  lalu fraksi volume impuritas meningkat lagi.
Suhu  kritis  sampel  yang  diteliti,  mengalami  peningkatan  terhadap  variasi  molar  Bi (Gambar  11)  sampai  mencapai  nilai  tertinggi  102  K  pada  variasi  molar  Bi  2,05  (tabel  3)  lalu menurun bersamaan dengan meningkatnya variasi molar Bi. Sedangkan kemiringan kurva transisi resistivitas dan suhu transisi bagian atas kurva (Tc-on) berbeda-beda nilai tiap sampel.
Dari hasil perhitungan fraksi volume tiap-tiap sampel terhadap variasi molar awal Bi dan pengamatan  suhu  kritis  masing-masing  sampel  terhadap  variasi  molar  awal  Bi  dapat  ditarik korelasi antara variasi molar awal Bi dengan suhu kritis dan fraksi volume fase Bi-2223, di mana pada  variasi  molar  awal  Bi  2,05  suhu  kritis  dan  fraksi  volume  fase  Bi-2223  mencapai  nilai tertinggi,  yaitu untuk  suhu  kritis  sampel  S3 Tc nol =  102  K  dan  fraksi  volume  Fase  Bi-2223 mencapai nilai tertinggi pada sampel S3, yaitu 75%. Impuritas mencapai nilai terendah , yaitu 7 %. Ada kesebandingan antara fraksi volum fase Bi-2223 dengan suhu kritis bahan superkonduktor Bi- 2223. Dari hasil penelitian juga ditemukan bahwa pembuatan fase murni sangat bergantung pada suhu  sintering  dan  juga  komposisi  molar  awal  bahan-bahan  pembentuk  superkonduktor  Bi-2223, sehingga sangat sulit mendapatkan fase murni bahan superkonduktor Bi – 2223.
Gambar 10. Perubahan fraksi volume terhadap variasi molar Bi.
Gambar 11. Perubahan suhu kritis terhadap variasi molar Bi.
1 OPTIMASI KOMPOSISI MOLAR AWAL OFF-STOIKHIOMETRI
penurunan bersamaan bertambahnya variasi molar Bi sampai mencapai titik terendah pada variasi Bi 2,05  lalu fraksi volume impuritas meningkat lagi.
Suhu  kritis  sampel  yang  diteliti,  mengalami  peningkatan  terhadap  variasi  molar  Bi (Gambar  11)  sampai  mencapai  nilai  tertinggi  102  K  pada  variasi  molar  Bi  2,05  (tabel  3)  lalu menurun bersamaan dengan meningkatnya variasi molar Bi. Sedangkan kemiringan kurva transisi resistivitas dan suhu transisi bagian atas kurva (Tc-on) berbeda-beda nilai tiap sampel.
Dari hasil perhitungan fraksi volume tiap-tiap sampel terhadap variasi molar awal Bi dan pengamatan  suhu  kritis  masing-masing  sampel  terhadap  variasi  molar  awal  Bi  dapat  ditarik korelasi antara variasi molar awal Bi dengan suhu kritis dan fraksi volume fase Bi-2223, di mana pada  variasi  molar  awal  Bi  2,05  suhu  kritis  dan  fraksi  volume  fase  Bi-2223  mencapai  nilai tertinggi,  yaitu untuk  suhu  kritis  sampel  S3 Tc nol =  102  K  dan  fraksi  volume  Fase  Bi-2223 mencapai nilai tertinggi pada sampel S3, yaitu 75%. Impuritas mencapai nilai terendah , yaitu 7 %. Ada kesebandingan antara fraksi volum fase Bi-2223 dengan suhu kritis bahan superkonduktor Bi- 2223. Dari hasil penelitian juga ditemukan bahwa pembuatan fase murni sangat bergantung pada suhu  sintering  dan  juga  komposisi  molar  awal  bahan-bahan  pembentuk  superkonduktor  Bi-2223, sehingga sangat sulit mendapatkan fase murni bahan superkonduktor Bi – 2223.
Gambar 10. Perubahan fraksi volume terhadap variasi molar Bi.
Gambar 11. Perubahan suhu kritis terhadap variasi molar Bi.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Dari  analisis  data  dan  pembahasan  data  suhu  kritis  dan  fraksi  volume  terhadap  variasi komposisi molar awal Bismuth  dapat ditarik kesimpulan bahwa suhu kritis bahan superkonduktor tertinggi  102  K  dan  fraksi  volume  Bi-2223  tertinggi  75%  dapat  tercapai  dengan  menggunakan komposisi molar awal unsur  Bi  sebesar 2,05.
Untuk  penelitian lebih  lanjut  diperlukan  variasi  komposisi  molar  awal  unsur-unsur  lain bahan pembentuk superkonduktor fase Bi-2223.

## DAFTAR PUSTAKA
Liu,  H., Liu,  L.,  Yu,  H.,  Zhang,  Y.,  dan Jin, Z.,  1999,  ” Optimization  of  the  composition  for synthesizing  the  high-T c phase  in  Bi(Pb)SrCaCuO  system ” , Journal  of  Materials  Science, 34(17), p. 4329-4332.
Koyama, K., Suzuki, Y.,  dan Noguchi,  S.,  1988, “ Electrical,  Magnetic  and superconducting properties of  the  high-T c superconductor Ba 2 Nd 1-x Pr x O 7- δ ”, Japanese  Journal  of  Applied Physics, 27 (10) Part 1, 1861-1866.
Xu, M., Polonka, J., Goldman, A.I.,  dan Finnemore,  D.K.,  1993, “ Investigations  of  crystalline phases in the melting of Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x ”, Applied Superconductivity, 1(1-2), 53-60.
Strobel, P., Tolédano, J.C., Morin, D., Schneck, J., Vacquier, G., Monnereau, O., Primot, J., dan Fournier, T., 1992, “ Phase diagram of the system Bi 1,6 Pb 0,4 Sr 2 CuO 6 – CaCuO 2 between 825 ºC and 1100 ºC ” , Physica C, 201, 27 – 42.