Senyawa Intermetalik Nb3Sn

Senyawa intermetalik merupakan senyawa yang terbentuk dari logam-logam yang memiliki struktur kristal yang berbeda. Nb₃Sn merupakan senyawa intermetalik yang memiliki struktur kristal A15 (Nazareth, 2008), yang terbentuk dari struktur kristal tetragonal dari Sn dan body center cubic (BCC) dari Nb. Terdapat 76 senyawa dengan struktur kristal A15 dan 46 diantaranya merupakan superkonduktor, termasuk Nb₃Sn (Dhaka, 2007). Gambar 1 merupakan unit sel dari senyawa intermetalik A15 Nb₃Sn. Bola yang berwarna kuning merupakan atom timah (Sn), sedangkan bola biru merupakan atom Niobium (Nb). Parameter kisi A15 adalah 0,569 nm dengan spasi antar atom Nb sekitar 0,269 nm, lebih kecil dari Nb murni (0,290 nm). Hal inilah yang dapat meningkatkan kerapatan arus dan meningkatkan sifat superkonduktivitasnya (Nazareth, 2008).

Gambar 1 Struktur kristal A15 (Nazareth, 2008)

 Secara umum, senyawa intermetalik AI5 memiliki komposisi A₃B, B merupakan atom BCC dengan dua atom pada masing-masing muka. Atom A memposisikan dirinya pada rangkaian 3-orthogonal dan seringkali mendekat pada atom yang lain dari pada menuju atom A murni. Hal ini berpengaruh pada peningkatan densitas yang akan meningkatkan sifat superkonduktifitas. Misalnya, suhu kritis (T_c) dari Nb dan Nb₃Sn adalah 9,1 K dan 18,3 K. Ada beberapa senyawa intermetalik pada sistem Nb-Sn (Gambar 2), yaitu Nb₆Sn₅ dan NbSn_2. Tidak seperti senyawa intermetalik lainnya, Nb₃Sn bukan merupakan line compound, melainkan larutan padat dengan komposisi 18-25% Sn (Naus, 2002). Senyawa intermetalik Nb₃Sn merupakan hasil interdifusi suhu tinggi antara Nb dan Sn. Interdifusi suhu tinggi dilakukan dengan proses laku panas.

Gambar 2 Diagram fasa Nb-Sn (Pong, 2008)

 Senyawa Nb₃Sn tidak stabil pada suhu rendah. Hal ini dikarenakan sulitnya mencapai kesetimbangan sistem akibat proses difusi Sn yang berlangsung sangat lambat pada suhu 600⁰C, karena itu pemanasan sebaiknya diberikan pada suhu kisaran mulai dari 700⁰C. Pada diagram fasa Gambar 2, terlihat bahwa senyawa Nb₃Sn akan stabil pada komposisi 18-25at% Sn (Hopkins, 2007). Senyawa Nb₃Sn pada suhu sekitar 43 K mengalami perubahan struktur dari kubus menjadi tetragonal (Gambar 3). Stabilitas struktur kubus dan tetragonal dipengaruhi oleh komposisi Sn di dalam Nb₃Sn. Jika komposisi Sn antara 24.5-25at%, struktur Nb₃Sn menjadi tetragonal pada suhu di bawah 43 K.

Gambar 3 Diagram fasa Nb-Sn yang menunjukkan perubahan struktur (Hopkins, 2007)

Referensi:

Nazareth, V.R., 2008. “Characterization of The Interdiffusion Microstructure, A15 Layer Growth and Stoichiometry In Tube-Type Nb₃Sn Composites”, Master Thesis, Ohio State 66University.

Dhaka, Kumar Rakesh. (2007). “Sn and Ti Diffusion, Phase Formation, Stoichiometry, and Superconducting Properties of Internal-Sn-Type Nb₃Sn Conductors”. Master Thesis, Ohio State University.

Naus, Michael Thomas., 2002. “Optimization of Internal –Sn Nb₃Sn Composites”. Ph.D. Thesis, Materials Science, University of Wiconsin-Madison.

Hopkins, S.C., 2007. “Optimisation, Characterisation and Synthesis of Low Temperature Superconductors by Current-Voltage Techniques”. Ph.D.Thesis, Sidney Sussex College, University of Cambridge.

Baca juga: Teknologi Berbasis Fotokatalis: Sebuah Teknologi Potensial di Masa Mendatang