Pengaruh Variasi Unsur Gd pada Struktur Kristal Superkoduktor Y-358
(Y3-XGdxBa5Cu8O18- δ)
Suryana Deva*, Wayan Gede Suharta, I Ketut Putra Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran, Badung, Bali *e-mail: Suryanadeva2504@gmail.com
Abstrak - Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh variasi unsur Gd pada struktur kristal superkonduktor Y-358  (Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ ).  Pada  penelitian  ini  sampel  di  magnetic  stirrer  selama  24  jam,  dikalsinasi  dengan menggunakan  suhu  600°  C  selama  3  jam  dan  disintering  dengan  menggunakan  suhu  900°  C  selama  10  jam. Hasil  karakterisasi  XRD  memperlihatkan  puncak  tajam  yang  menandakan  terjadinya  kristalisasi  dengan  baik. Pengaruh  variasi  unsur  Gd 0,1 ,  Gd 0,2 ,  Gd 0,3 dan  Gd 0,4 pada  superkonduktor  Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ mengakibatkan berubahnya nilai parameter kisi   yaitu 3,838267 Å; 3,836952 Å; 3,835818 Å; 3,835403 Å dan   yaitu 3,784541 Å;  3,790550  Å;  3,820195  Å;  3,822933  Å  serta  nilai  parameter  kisi      yaitu  30,621809  Å;  30,254430  Å; 30,236952  Å  dan  30,227880  Å.  Dan  masing-masing  sampel  memiliki  gugus  fungsi  yang  sama  pada  bilangan gelombang tertentu. Gugus fungsi yang terdapat pada masing-masing sampel adalah Aromatik Mono, Aromatik Para,  Alkohol  Anhidrida  Eter,  Ester,  Asam  karboksilat  Nitro  (N=O),  Alkil  C-H  (Stretching),  Alkohol  fenol, Asam karboksilat OH (alkohol, fenol, ikatan hidrogen).
Kata kunci: Superkonduktor, Substitusi, kalsinasi, sintering, XRD
Abstract – Research on the effect of Gd element variations on the Y-358 (Y 3-x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ ). Superconducting crystal  structure has been carried out.  In  this study  the samples were  held in  a  magnetic  stirrer for  24  hours, calcined using a temperature of 600 ° C for 3 hours and sintering using a temperature of 900 ° C for 10 hours. The  results  of  XRD  characterization  showed  sharp  peaks  that  indicate  the  occurrence  of  crystallization  well. The  effect  of  variations  in  elements  Gd 0,1 ,  Gd 0,2 ,  Gd 0,3 and  Gd 0,4 on  the  superconductor  Y 3-x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ results  in  changes  in  the  lattice  parameter  values  of  3,838267  Å;  3,836952  Å;  3.835818  Å;  3.835403  Å  and namely  3.784541  Å;  3,790550  Å;  3,820195  Å;  3,822933  Å  and  the  lattice  parameter  value  is  30,621809  Å; 30,254430 Å; 30,236952 Å and 30,227880 Å. And each sample has the same functional group at a certain wave number.  The  functional  groups  found  in  each  sample  were  Mono  Aromatic,  Para  Aromatic,  Ether  Alcohol Anhydride, Esters, Nitro Carboxylic Acid (N = O), Alkyl CH (Stretching), Phenol Alcohol, OH Carboxyl Acid (alcohol, phenol, hydrogen bonds).
Key words: Superconductor, Substitution, calcination, sintering, XRD

## PENDAHULUAN
Superkonduktor  merupakan  material  yang memiliki  resistivitas  listrik  yang  bernilai  nol dibawah  temperatur  kritisnya,  yang  artinya dapat  menghantarkan  arus  listrik  tanpa  adanya sumber tegangan.
Bahan  superkonduktor  ditemukan  oleh Heike Kamerlingh Onnes pada tahun 1911 telah memberikan  peluang  aplikasi  sangat  luas  yang mengacu  pada  efisiensi  energi  dalam  jangka waktu yang lama.
Superkonduktor  Y-358  dengan  rumus kimia  Y 3 Ba 5 Cu 8 O 18-δ mempunyai  suhu  kritis yang  lebih  tingggi  yaitu  sekitar  94ºK.  Pada penelitian ini dilakukan sintesis superkonduktor Y 3 Ba 5 Cu 8 O 18-δ dengan  substitusi  unsur  Gd (Gadolinium).  Gadolinium  (Gd)  merupakan
salah satu unsur paramagnetik sangat kuat yang merupakan  persyaratan  penting  untuk  senyawa kontras  dan  mempunyai  kemampuan  menyerap netron yang sangat tinggi.
Proses  sintesis  sampel  Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ maka  dilakukan  karakterisasi X-Ray  Diffraction
(XRD) dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).

## LANDASAN TEORI

## A. Superkonduktor
Salah  satu  sifat  bahan  yang  paling  penting adalah  yaitu  resistivitas  listrik.  Berdasarkan kandungan  resistivitas  yang  dimiliki,  suatu bahan  dapat  diklasifikasikan  menjadi  empat macam,  yaitu  bahan  isolator,  semikonduktor, konduktor  dan  superkonduktor.  Suatu  bahan
dikatakan  superkonduktor  apabila  mempunyai sifat yaitu tanpa hambatan (hambatan nol) untuk semua  suhu  di  bawah  suhu  kritis  dan mempunyai  medan  magnetik  di  dalam  bahan superkonduktor sama dengan nol.

## B. Sejarah  Superkonduktor
Bahan  superkonduktor  pertama  kali  ditemukan pada  tahun  1911  oleh  seorang  fisikawan Belanda  dari  Universitas  Leiden  yaitu  Heike Kamerlingh  Onnes.  Pada  tanggal  10  Juli  1908, Onnes  berhasil  mencairkan  helium  dengan  cara mendinginkannya  hingga  suhu  4  K  atau
 269 ºC.  Kemudian  Onnes  pada  tahun  1911 mulai  mempelajari  sifat-sifat  listrik  dari  logam pada  suhu  yang  sangat  dingin.  Pada  saat  itu diketahui  bahwa  hambatan  dari  suatu  logam akan menurun 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.

## C. Superkonduktor YBCO
Superkonduktor YBCO yang memiliki kepanjangan  Yttrium  Barium  Cuprum  Oxide termasuk  superkonduktor  suhu  tinggi  dengan nilai  suhu  kritis  sekitar  90  K.  Superkonduktor YBCO juga termasuk ke dalam  superkonduktor tipe II. Fase YBCO-358 memiliki Tc yang lebih tinggi  dari  pada  Tc  fase  YBCO-123.  Hasil refinemen  Rietfeld  pola  XRD  fase  YBCO-358 kisi  kristalnya  memiliki  simetri  orthorhombic dalam group ruang pmm2 dengan parameter kisi a =  3,9211(3)  Å, b =  3,8514(1)  Å, c =  31,0170 (0) Å [1].
Gambar 1 Struktur Y3Ba5Cu8O18 yang dibuat dari refinement Rietveld data XRD [1]

## D. Sintesis
Dalam  sintesis  bahan  superkonduktor,  proses kalsinasi  dan  sintering  merupakan  proses  yang sangat  penting  dalam  pembentukan  suatu senyawa  superkonduktor.  Kalsinasi  adalah proses pembakaran tahap awal yang merupakan reaksi dekomposisi secara endotermik (memerlukan  panas)  dan  berfungsi  melepaskan gas-gas  dalam  bentuk  karbon  atau  hidroksida, sehingga  menghasilkan  bahan  dalam  bentuk karbon  atau  hidroksida,  sehingga  menghasilkan bahan  dalam  bentuk  oksida  dengan  kemurnian yang tinggi. Sintering digunakan untuk meningkatkan  kerapatan  sampel  sesuai  dengan struktur  mikro  dan  kompisisi  fase    yang diinginkan.

## METODE
Dalam  penelitian  ini  Superkonduktor  Y-358 dengan  rumusan  kimia  Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ dibuat  dari  bahan  awal  serbuk  Y 2 O 3 ,  BaCO 3 , CuO  dan  Gd 2 O 3 .  Yang  diberi  variasi  adalah unsur  Gd  yaitu  0,1,  0,2,  0,3  dan  0,4.  Setelah menimbang  serbuk  sesuai  dengan  perhitungan, semua serbuk kemudian dicampur menjadi  satu di  dalam  HNO 3 kemudian  diaduk  dengan menggunakan magnetic  stirrer selama  kurang lebih  24  jam.  Selanjutnya  larutan  dipanaskan pada  suhu  100 ºC  sampai    mengkerak. Selanjutnya  dikalsinasi  pada  tungku  pemanas (furnace) yang diatur pada suhu 600 ºC selama 3 jam  Bahan  yang  telah  dikalsinasi  kemudian dilakukan  sintering  pada  tungku  pemanas selama  10  jam  dengan  suhu  sintering  900 ºC selama  10  jam.  Setelah  disintering,  selanjutnya sampel  digerus  kembali  sampai  membentuk serbuk halus. Serbuk ini kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan XRD  dan
FTIR.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Karakterisasi XRD Superkonduktor Y3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ
Karakterisasi  XRD  dilakukan  pada  sudut  2 antara  10°  90°.  Spektrum  hasil  karakterisasi XRD  dari  ke  empat  sampel  superkonduktor Y 3  x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ yang  digabung  menjadi  satu dengan  variasi  nilai x =  0,1,  0,2,  0,3,  dan  0,4 dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Pola XRD superkonduktor Y 3  x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ dengan variasi nilai x= 0,1, 0,2,
0,3 dan 0,4.
Selanjutnya  hasil  XRD  di- Refinement dengan program rietica .  Refinement merupakan pencocokkan  data  terukur  dari  hasil  XRD dengan  data  terhitung  dari Inorganic  Crystal Structure  Databas e  (ICSD). Refinement ini dilakukan  dengan  menggunakan  referensi  [1] yang  mempunyai  struktur  kristal  orthorombik dengan  grup  ruang  Pmm2  No.  25  dengan  nilai parameter kisi a = 3,9211 Å, b = 3,8514 Å dan c = 31,0170 Å.
Gambar 3
Hasil refinement superkonduktor Y 2,9 Gd 0,1 Ba 5 Cu 8 O 18-δ
Gambar 4 Hasil refinement superkonduktor Y 2,8 Gd 0,2 Ba 5 Cu 8 O 18-δ
Gambar 5 Hasil refinement superkonduktor
Y 2,7 Gd 0,3 Ba 5 Cu 8 O 18-δ
Gambar 6 Hasil refinement superkonduktor
Y 2,6 Gd 0,4 Ba 5 Cu 8 O 18-δ
Tabel  1 Parameter kisi Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ Sampel Parameter Kisi χ 2 a (Å) b (Å) c (Å) Gd 0,1 3,838267  3,784541  30,621809  3,204 Gd 0,2 3,836952  3,790550  30,254430  5,718 Gd 0,3 3,835818  3,820195  30,236952  4,072 Gd 0,4 3,835403  3,822933  30.227880  2,117 B. Hasil Analisis Superkonduktor Y 3  x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ menggunakan FTIR
Berikut  merupakan  hasil  perbandingan  analisis superkonduktor Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ dengan menggunakan Fourier  Transform  Infrared Spectroscopy (FTIR). Spektrum  hasil  karakterisasi  FTIR  yang digabung menjadi satu dari sampel superkonduktor
Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ yang dikalsinasi  dengan  menggunakan  suhu  600 ° C selama  3  jam  dan  yang  disintering  dengan menggunakan  suhu  900 ° C selama  10  jam dengan variasi nilai x yaitu 0,1, 0,2, 0,3 dan 0,4 dapat dilihat pada Gambar 7
Gambar 7 Perbandingan spektrum FTIR
superkonduktor Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ yang  dikalsinasi menggunakan  suhu  600 ° C dan  yang  disintering
dengan  menggunakan  900  C  dengan  variasi x yaitu 0,1, 0,2, 0,3 dan 0,4
Berikut merupakan data gugus fungsi yang didapatkan  pada  bilangan  gelombang  yang dimiliki
oleh sampel superkonduktor Y 3  x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ seperti  yang  ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel  2  Gugus Fungsi  pada  bilangan  gelombang sampel superkonduktor Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18-δ No Bilangan Gelombang (cm -1 )
Gugus Fungsi
Y-358
(Gd 0,1 ) Y-358 (Gd 0,2 ) Y-358 (Gd 0,3 ) Y-358 (Gd 0,4 ) 1 642,30 642,30 592,15 599,86 Aromatik Mono 2 856,39 908,47 858,32 856,39 Aromatik Para 3 1502,55 1502,54 1514,12 1514,12 Alkohol Anhidrida Eter, Ester, asam karboksilat Nitro (N=0) 4 2879,72 2991,59 2951,09 2991,59 Alkil C-H (Stretching) 5 3464,15 3464,15 3462,22 3460,30 Alkohol, Fenol, Asam Karboksilat OH (asam karboksilat, ikatan hidrogen)

## KESIMPULAN
Pola difraktogram yang dihasilkan oleh masing- masing  sampel  dengan  variasi  nilai x yaitu  0,1, 0,2,  0,3  dan  0,4  hampir  sama,  baik  pola puncaknya  maupun  posisi  sudut  2θ  nya,  akan tetapi mempunyai nilai intensitas yang berbeda. Secara  umum  dapat  diketahui  bahwa  hasil karakterisasi  XRD  memunculkan  puncak- puncak yang tajam yang menandakan kristalisasi telah terjadi dengan baik.
Pengaruh  variasi  unsur  Gd 0,1 ,  Gd 0,2 ,  Gd 0,3 dan Gd 0,4 pada superkonduktor Y 3- x Gd x Ba 5 Cu 8 O 18- δ mengakibatkan  berubahnya  nilai  parameter kisi   yaitu 3,838267 Å; 3,836952 Å; 3,835818 Å;  3,835403  Å  dan yaitu  3,784541  Å;
3,790550 Å; 3,820195 Å; 3,822933 Å serta nilai parameter kisi    yaitu 30,621809  Å; 30,254430 Å;  30,236952  Å  dan  30,227880  Å.  Masing- masing  sampel  memiliki  gugus  fungsi  yang sama  pada  bilangan  gelombang  tertentu.  Gugus fungsi  yang  terdapat  pada  masing-masing sampel  adalah Aromatik  Mono,  Aromatik  Para,
Alkohol Anhidrida Eter, Ester, Asam karboksilat Nitro (N=O), Alkil C-H
(Stretching),  Alkohol  fenol,  Asam  karboksilat OH (alkohol, fenol, ikatan hidrogen).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  sebesar-besarnya  kepada semua  yang  membantu  dan  mendukung  dalam penyusunan makalah ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  D.  A.  Landinez,  M.  Cambrera  Baez  and J. Roa-Rojas,  Grupo  de  Fisica  de  Nuevos Materiales. Universidad Nacional de
Colombia,  A.  A.  5997,  Bogota  DC, Colombia (2012) [2]  S.  Juhari,  Variasi  Suhu  kalsinasi  dan Sintering dalam Sintesis Bahan Superkonduktor  B  i-2212.  Skripsi  S1 Fisika  FMIPA  Universitas  Lampung. Bandar Lampung (2005) [3]  W.  G.  Suharta,  Sintesis,  Struktur  Kristal dan Sifat Magnetik Superkonduktor REBa Cu O (RE  =  Nd,  Eu,  Gd).” Laporan Disertasi, (2013).