Sejarah Ilmu Material Bahan
Material Bahan mungkin lebih tertanam dalam budaya kita daripada yang
disadari kebanyakan dari kita. hampir setiap segmen kehidupan kita
sehari-hari dipengaruhi oleh material bahan.
Secara historis, perkembangan dan kemajuan masyarakat terkait erat
dengan kemampuan para peneliti untuk memproduksi dan memanipulasi
material bahan untuk memenuhi kebutuhan mereka. Faktanya, fase peradaban
awal di bedakan oleh tingkat perkembangan material mereka yaitu Zaman
Batu, Zaman Perunggu, Zaman Besi.
Manusia purba hanya memiliki akses ke materi dalam jumlah yang sangat
terbatas, yang terjadi secara alami seperti batu, kayu, tanah liat,
kulit, dan sebagainya.
Seiring waktu mereka menemukan teknik untuk memproduksi bahan yang
memiliki sifat lebih unggul dari yang alami; bahan-bahan baru ini
termasuk tembikar dan berbagai logam.
Selanjutnya, ditemukan bahwa sifat-sifat suatu bahan dapat diubah dengan
perlakuan panas dan dengan penambahan zat lain. Pada titik ini, sudah
terjadi proses seleksi tentang karakteristik bahan yang nantinya di
sesuaikan dengan penggunaannya.
Para ilmuwan mulai memahami hubungan antara elemen struktural bahan dan
sifat-sifatnya termasuk karakteristik bahan baru pada 100 tahun terakhir
ini.
Dengan demikian, puluhan ribu bahan material telah berevolusi
menjadi karakteristik yang khusus untuk memenuhi kebutuhan masyarakat
modern, ini termasuk logam, plastik, lasses, dan serat.
Perkembangan teknologi yang membuat keberadaan kita menjadi begitu
nyaman telah terkait erat dengan aksesibilitas bahan yang sesuai.
Kemajuan dalam pemahaman tentang jenis material sering menjadi cikal
bakal kemajuan teknologi secara bertahap. Misalnya, mobil tidak akan
mungkin terjadi tanpa ketersediaan baja murah atau pengganti lain yang
sebanding. Di era kontemporer kita, perangkat elektronik canggih
mengandalkan komponen yang terbuat dari apa yang disebut semikonduktor
bahan.
PERBEDAAN ILMU MATERIAL DAN TEKNIK REKAYASA MATERIAL
Kadang-kadang berguna untuk membagi disiplin ilmu dan teknik material
menjadi subdisiplin ilmu material dan teknik material.
Sebenarnya, ilmu material melibatkan penyelidikan hubungan yang ada
antara struktur dan sifat material. Sebaliknya, rekayasa material,
berdasarkan korelasi struktur-properti ini, merancang atau merekayasa
struktur material untuk menghasilkan seperangkat properti yang telah
ditentukan sebelumnya.
Dari perspektif fungsional, peran ilmuwan material adalah mengembangkan
atau mensintesis material baru, sedangkan insinyur material dipanggil
untuk menciptakan produk atau sistem baru menggunakan material yang ada,
dan / atau mengembangkan teknik untuk memproses material. Sebagian besar
lulusan program material dilatih untuk menjadi ilmuwan material dan
insinyur material.
Struktur pada titik ini merupakan istilah samar yang perlu dijelaskan.
Singkatnya, struktur suatu material biasanya berkaitan dengan susunan
komponen internalnya. Struktur subatomik melibatkan elektron dalam atom
individu dan interaksi dengan inti mereka. Pada tingkat atom, struktur
mencakup organisasi atom atau molekul relatif satu sama lain. Struktur
yang lebih besar berikutnya adalah alam, yang berisi kelompok besar atom
yang biasanya diaglomerasi bersama-sama, disebut mikroskopis, artinya
yang dapat diamati langsung menggunakan beberapa jenis mikroskop.
Akhirnya, elemen struktural yang dapat dilihat dengan mata telanjang
disebut makroskopik. Gagasan tentang properti layak dielaborasi.
Sementara dalam penggunaan layanan, semua bahan terkena rangsangan
eksternal yang membangkitkan beberapa jenis respons. Misalnya, spesimen
yang dikenai gaya akan mengalami deformasi, atau permukaan logam yang
dipoles akan memantulkan cahaya. Properti adalah sifat material dalam
hal jenis dan besarnya respons terhadap stimulus tertentu yang
dipaksakan. Umumnya, definisi properti dibuat tidak tergantung pada
bentuk dan ukuran material.
Hampir semua sifat penting dari bahan padat dapat dikelompokkan ke
dalam enam kategori yang berbeda: mekanik, listrik, termal, magnetik,
optik, dan deteriorative. Untuk masing-masing jenis stimulus ada
karakteristik yang mampu memicu respons yang berbeda. Sifat mekanis
( Mechanical properties ) menghubungkan deformasi dengan beban atau
gaya yang diterapkan; contohnya termasuk modulus elastisitas (kekakuan),
kekuatan, dan ketangguhan.
Untuk sifat-sifat listrik ( electrical properties ) seperti konduktivitas listrik dan konstanta dielektrik,
stimulusnya adalah medan listrik. Perilaku termal (The thermal behavior) padatan dapat direpresentasikan dalam hal kapasitas panas dan
konduktivitas termal. Sifat magnetik menunjukkan respons suatu
material terhadap penerapan medan magnet. Untuk sifat optik,
stimulusnya adalah radiasi elektromagnetik atau cahaya; indeks bias
dan reflektifitas adalah sifat optik yang representatif. karakteristik
yang memburuk berhubungan dengan reaktivitas kimia bahan.
Selain struktur dan sifat, dua komponen penting lainnya yang terlibat
dalam ilmu dan rekayasa bahan-yaitu, pengolahan dan kinerja. Berkenaan
dengan hubungan keempat komponen ini, struktur suatu bahan akan
tergantung pada bagaimana bahan itu diproses. Selanjutnya, kinerja
material akan menjadi fungsi dari sifat-sifatnya. Dengan demikian,
keterkaitan antara pemrosesan, struktur, properti, dan kinerja seperti
yang digambarkan dalam skema
ilustrasi diperlihatkan di atas Di sepanjang teks ini, kami menarik
perhatian pada hubungan di antara keempat komponen ini dalam hal
desain, produksi, dan pemanfaatan bahan.
Kami sekarang menyajikan contoh prinsip-prinsip
kinerja-struktur-properti-kinerja dengan Gambar dibawah,
Tiga spesimen piringan tipis aluminium oksida yang telah ditempatkan
di atas halaman yang dicetak untuk menunjukkan perbedaan karakteristik
transmisi cahaya. Disk di sebelah kiri transparan (yaitu, hampir semua
cahaya yang dipantulkan dari halaman melewatinya), sedangkan yang di
tengah tembus cahaya (artinya sebagian dari cahaya yang dipantulkan
ini ditransmisikan melalui disk). Disk di sebelah kanan buram—yaitu,
tidak ada cahaya yang melewatinya. Perbedaan sifat optik ini merupakan
konsekuensi dari perbedaan struktur material tersebut, yang
diakibatkan oleh cara material tersebut diproses. (Persiapan spesimen, P. A. Lessing; fotografi oleh S.
Tanner.) ...
sebuah foto yang menunjukkan tiga spesimen disk tipis yang
ditempatkan di atas beberapa materi cetak. Jelas bahwa sifat optik
(yaitu, transmisi cahaya) dari masing-masing dari tiga bahan berbeda;
yang di sebelah kiri transparan (yaitu, hampir semua cahaya yang
dipantulkan melewatinya), sedangkan piringan di tengah dan di sebelah
kanan, masing-masing, tembus cahaya dan buram. Semua spesimen ini dari
bahan yang sama, aluminium oksida, tetapi yang paling kiri adalah apa
yang kita sebut kristal tunggal—yaitu, memiliki tingkat kesempurnaan
yang tinggi—yang memunculkan transparansinya. Yang di tengah terdiri
dari banyak kristal tunggal yang sangat kecil yang semuanya terhubung;
batas antara kristal kecil ini menyebarkan sebagian cahaya yang
dipantulkan dari halaman yang dicetak, yang membuat bahan ini tembus
cahaya secara optik. Akhirnya, spesimen di sebelah kanan tidak hanya
terdiri dari banyak kristal kecil yang saling berhubungan, tetapi juga
dari sejumlah besar pori-pori atau ruang kosong yang sangat kecil.
Pori-pori ini juga secara efektif menyebarkan cahaya yang dipantulkan
dan membuat bahan ini buram. Dengan demikian, struktur ketiga spesimen
ini berbeda dalam hal batas kristal dan pori-pori, yang mempengaruhi
sifat transmitansi optik. Selanjutnya, setiap bahan diproduksi
menggunakan teknik pengolahan yang berbeda. Dan, tentu saja, jika
transmisi optik merupakan parameter penting yang relatif terhadap
aplikasi layanan utama, kinerja setiap material akan berbeda.
Kenapa Kita harus mempelajari material teknik dan ilmu material
??
Banyak ilmuwan atau insinyur terapan, baik mekanik, sipil, kimia, atau
listrik, pada suatu saat akan dihadapkan pada masalah desain yang
melibatkan material. Contohnya mungkin termasuk gigi transmisi,
infrastruktur untuk bangunan, komponen kilang minyak, atau chip sirkuit
terpadu atau part otomotif
Tentu saja, ilmuwan dan insinyur material adalah spesialis yang
sepenuhnya terlibat dalam penyelidikan dan desain material. Sering kali,
masalah bahan adalah salah satu memilih bahan yang tepat dari ribuan
yang tersedia. Keputusan akhir biasanya didasarkan pada beberapa
kriteria.
Pertama-tama, kondisi in-service harus dicirikan, karena ini akan
menentukan sifat yang dibutuhkan material. Hanya pada kesempatan langka
material memiliki kombinasi sifat maksimum atau ideal. Dengan demikian,
mungkin perlu untuk menukar satu karakteristik dengan karakteristik
lainnya. Contoh klasik melibatkan kekuatan dan keuletan; biasanya, bahan
yang memiliki kekuatan tinggi hanya akan memiliki keuletan yang
terbatas. Dalam kasus seperti itu, kompromi yang wajar antara dua atau
lebih properti mungkin diperlukan.
Pertimbangan pemilihan kedua adalah setiap penurunan sifat material
yang mungkin terjadi selama operasi layanan. Misalnya, pengurangan
kekuatan mekanik yang signifikan dapat terjadi akibat paparan suhu
tinggi atau lingkungan korosif.
Akhirnya, mungkin pertimbangan utama adalah ekonomi: Berapa biaya
produk jadi? Bahan dapat ditemukan yang memiliki set properti yang ideal
tetapi sangat mahal. Di sini sekali lagi, beberapa kompromi tidak bisa
dihindari.
Biaya barang jadi juga termasuk biaya yang dikeluarkan selama fabrikasi
untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan. Semakin akrab seorang
insinyur atau ilmuwan dengan berbagai karakteristik dan hubungan
struktur-properti, serta teknik pemrosesan bahan,
semakin mahir dan percaya diri dia dalam membuat pilihan bahan yang
bijaksana berdasarkan kriteria ini.
Bahan Material padat (solid ) telah dikelompokkan menjadi tiga
kategori dasar: logam, keramik, dan polimer. Konsep dilakukan
berdasarkan susunan kimia, juga struktur atom. Selain itu, ada
komposit, yang merupakan kombinasi rekayasa dari dua atau lebih bahan
yang berbeda. Klasifikasi yang lain bernama advance material,
biasanya dipakai pada teknologi yang tinggi, diantaranya
semikonduktor, nano material, bio material, AI.
logam
Bahan dalam kelompok ini terdiri dari satu atau lebih unsur logam
(misalnya, besi, aluminium, tembaga, titanium, emas, dan nikel), dan
sering juga unsur nonlogam (misalnya, karbon, nitrogen, dan oksigen)
dalam jumlah yang relatif kecil. Struktur Atom Pada logam memiliki
struktur yang teratur jika dibandingkan dengan material keramik,
polimer dan komposit.
Berkenaan dengan karakteristik mekanik, bahan ini relatif kaku dan
kuat, namun ulet (yaitu, mampu mengalami deformasi dalam jumlah besar
tanpa patah), dan tahan terhadap patah.
Bahan logam memiliki sejumlah besar elektron yang tidak
terlokalisasi; yaitu, elektron ini tidak terikat pada atom tertentu.
Banyak sifat logam yang secara langsung dikaitkan dengan elektron ini.
Misalnya, logam adalah konduktor listrik yang sangat baik dan panas,
dan tidak transparan terhadap cahaya tampak; permukaan logam yang
dipoles memiliki penampilan yang berkilau. Selain itu, beberapa logam
(yaitu, Fe, Co, dan Ni) memiliki sifat magnetik yang diinginkan.
Keramik
Keramik memiliki senyawa yang berada diantara unsur logam dan non
logam. Misalnya, bahan keramik yang umum termasuk aluminium oksida
(atau alumina, Al2O3), silikon dioksida (atau silika, SiO2), silikon
karbida (SiC), silikon nitrida (Si3N4), dan, sebagai tambahan, apa
yang oleh beberapa orang disebut sebagai keramik tradisional yang
terdiri dari mineral lempung (yaitu, porselen), serta semen dan kaca.
Berkenaan dengan perilaku mekanik, bahan keramik relatif kaku dan
kuat, kekakuan dan kekuatan keramik sebanding dengan logam
Selain itu, keramik biasanya sangat keras. Secara historis, keramik
telah menunjukkan kerapuhan yang ekstrim (kurangnya daktilitas) dan
sangat rentan terhadap patah. Namun, keramik yang lebih baru sedang
direkayasa untuk meningkatkan ketahanan terhadap patah; bahan-bahan
ini digunakan untuk peralatan masak, peralatan makan, dan bahkan suku
cadang mesin mobil.
Selain itu, bahan keramik biasanya bersifat insulatif terhadap
aliran panas dan listrik (yaitu, memiliki konduktivitas listrik yang
rendah dan lebih tahan terhadap suhu tinggi dan lingkungan yang
keras daripada logam dan polimer. Karakteristik optic dari
keramik bisa trasparan, atau buram. dan keramik oksida (contohnya, Fe3O4) memiliki perilaku
magnetik.
Polimer
Polimer umumnya berasal dari bahan plastik dan juga karet. Banyak dari mereka adalah senyawa organik yang secara kimia
didasarkan pada karbon, hidrogen, dan unsur nonlogam lainnya (yaitu,
O, N, dan Si). Lebih jauh lagi, mereka memiliki struktur molekul yang
sangat besar, seringkali seperti rantai di alam, yang seringkali
memiliki tulang punggung atom karbon. Beberapa polimer yang umum dan
dikenal adalah polietilen (PE), nilon, poli(vinil klorida) (PVC),
polikarbonat (PC), polistirena (PS), dan karet silikon. Bahan-bahan
ini biasanya memiliki kerapatan rendah , sedangkan karakteristik
mekanisnya umumnya tidak sama dengan bahan logam dan keramik—tidak
kaku dan tidak sekuat jenis bahan lainnya Namun, berdasarkan
densitasnya yang rendah, seringkali kekakuan dan kekuatannya pada
basis per massa sebanding dengan logam dan keramik. 
Dan juga
kebanyakan material polimer memiliki siat ulet dan lentur yang Artinya
material plastic bisa dibentuk menjadi benda dengan spesifikasi visual
yang komplek. Secara umum, mereka relatif lembam secara kimia dan
tidak reaktif di sejumlah besar lingkungan. Salah satu kelemahan utama
polimer adalah kecenderungannya untuk melunak dan/atau terurai pada
suhu sederhana, yang, dalam beberapa kasus, membatasi penggunaannya.
Selanjutnya, mereka memiliki konduktivitas listrik yang rendah dan
nonmagnetik.
Komposit
Komposit adalah material yang terbentuk dari gabungan 2 material atau
lebih yang memiliki tujuan untuk mendapatkan material dengan kombinasi
sifat yang tidak dimiliki oleh bahan tunggal, dan mendapat gabungan
karakteristik terbaik dari masing masing bahan penyusun.
Sejumlah besar jenis komposit diwakili oleh berbagai kombinasi
logam, keramik, dan polimer.
Contoh material kompopsit yang terbentuk secara alami di alam
adalah kayu dan tulang.
Namun, sebagian besar yang kami pertimbangkan dalam diskusi kami
adalah komposit sintetis (atau buatan manusia). Salah satu komposit
yang paling umum dan akrab adalah fiberglass, di mana serat kaca kecil
tertanam dalam bahan polimer (biasanya epoksi atau
poliester).
Fiberglass relatif kuat dan kaku (tetapi juga rapuh), sedangkan
polimer lebih fleksibel. Dengan
demikian, fiberglass relatif kaku, kuat dan fleksibel. Selain itu, ia
memiliki kepadatan yang rendah . Bahan lain yang penting secara
teknologi adalah komposit serat karbon yang diperkuat serat karbon
(CFRP)—serat karbon yang tertanam di dalam polimer. Bahan-bahan ini
lebih kaku dan lebih kuat dari bahan yang diperkuat serat kaca, tetapi
lebih mahal. Komposit CFRP digunakan dalam beberapa aplikasi pesawat
dan ruang angkasa, serta peralatan olahraga berteknologi tinggi
(misalnya, sepeda, tongkat golf, raket tenis, dan papan ski/snowboard)
dan baru-baru ini di bumper mobil dan Badang pesawat Boeing
787.
Salah satu item umum yang menyajikan beberapa persyaratan properti
material yang menarik adalah beracun dan tidak reaktif dengan minuman.
Selain itu, setiap bahan memiliki pro dan kontra. Misalnya, paduan
aluminium relatif kuat (tetapi mudah penyok), merupakan penghalang yang
sangat baik untuk difusi karbon dioksida, mudah didaur ulang,
mendinginkan minuman dengan cepat, dan memungkinkan label untuk dicat ke
permukaannya. Di sisi lain, kaleng tidak tembus cahaya dan relatif mahal
untuk diproduksi. Kaca tahan terhadap aliran karbon dioksida, merupakan
bahan yang relatif murah, dan dapat didaur ulang, tetapi mudah retak dan
patah, dan botol kaca relatif berat. Sementara plastik relatif kuat,
dapat dibuat transparan secara optik, murah dan ringan, dan dapat didaur
ulang, ia tidak tahan terhadap aliran karbon dioksida seperti aluminium
dan kaca. Misalnya, Anda mungkin telah memperhatikan bahwa minuman dalam
wadah aluminium dan kaca mempertahankan karbonisasinya (yaitu,
"mendesis") selama beberapa tahun, sedangkan minuman dalam botol plastik
dua liter "menjadi rata" dalam beberapa bulan.
wadah untuk minuman berkarbonasi. Bahan yang digunakan untuk aplikasi
ini harus memenuhi batasan berikut:
(1) memberikan penghalang untuk lewatnya karbon dioksida,
yang berada di bawah tekanan dalam wadah;
(2) tidak beracun, tidak reaktif dengan minuman, dan, lebih disukai,
dapat didaur ulang;
(3) relatif kuat dan mampu bertahan jatuh dari ketinggian beberapa kaki
saat memuat minuman;
(4) murah, termasuk biaya untuk membuat bentuk akhir;
(5) jika transparan secara optik, pertahankan kejernihan optiknya; dan
(6) dapat diproduksi dalam berbagai warna dan/atau
dihiasi dengan label dekoratif.
Ketiga jenis bahan dasar—logam (aluminium), keramik (kaca), dan polimer
(plastik poliester)—digunakan untuk bahan berkarbonasi.
wadah minuman (sesuai foto pembuka bab untuk bab ini).
Semua bahan ini tidak beracun dan tidak reaktif dengan minuman. Selain
itu, setiap bahan memiliki pro dan kontra. Misalnya, paduan aluminium
relatif kuat (tetapi mudah penyok), merupakan penghalang yang sangat
baik untuk difusi karbon dioksida, mudah didaur ulang, mendinginkan
minuman dengan cepat, dan memungkinkan label untuk dicat ke
permukaannya.
Di sisi lain, kaleng tidak tembus cahaya dan relatif mahal untuk
diproduksi. Kaca tahan terhadap aliran karbon dioksida, merupakan bahan
yang relatif murah, dan dapat didaur ulang, tetapi mudah retak dan
patah, dan botol kaca relatif berat. Sementara plastik relatif kuat,
dapat dibuat transparan secara optik, murah dan ringan, dan dapat didaur
ulang, ia tidak tahan terhadap aliran karbon dioksida seperti aluminium
dan kaca.
Misalnya, Anda mungkin telah memperhatikan bahwa minuman dalam wadah
aluminium dan kaca mempertahankan karbonisasinya (yaitu, "mendesis")
selama beberapa tahun, sedangkan minuman dalam botol plastik dua liter
"menjadi rata" dalam beberapa bulan.
Advance Material
Apa itu advance material atau material canggih. Advance material
adalah Bahan yang digunakan dalam aplikasi teknologi yang canggih
(atau teknologi tinggi) kadang-kadang disebut Material Maju.
Apa yang dimaksud Teknologi tinggi pada pembahasan ini adalah suatu
perangkat atau produk yang memiliki operasi atau fungsi memakai
suatu prinsip yang rumit dan canggih. Seperti pada alat elektronik (
CD player, DVD player, perekam video , dll ) , computer, pada serat
optic, pesawat luar angkasa, roket, pesawat terbang. Bahan maju ini
adalah material tradisional yang memiliki sifat yang telah
ditingkatkan ketahanan dan kekuatan nya.
Selain itu, mereka mungkin dari semua jenis bahan (misalnya, logam,
keramik, polimer), dan biasanya mahal. Material canggih termasuk
semikonduktor, biomaterial, dan apa yang kita sebut sebagai
“material masa depan” (yaitu material cerdas dan material rekayasa
nano),
yang kita bahas selanjutnya. Sifat dan aplikasi dari sejumlah
bahan canggih ini—misalnya, bahan yang digunakan untuk laser,
sirkuit terpadu, penyimpanan informasi magnetik, tampilan kristal
cair (LCD), dan serat optik—juga dibahas dalam bab-bab
berikutnya.
Semikonduktor
Semikonduktor adalah material yang memiliki sifat listrik, yang
merupakan perantara antara konduktor listrik (yaitu, logam dan paduan
logam) dan isolator (yaitu, keramik dan polimer)—lihat Gambar 1.7.
Lebih lanjut, karakteristik listrik dari bahan-bahan ini sangat
sensitif terhadap adanya konsentrasi atom pengotor yang sangat kecil,
yang konsentrasinya dapat dikontrol pada wilayah spasial yang sangat
kecil. Semikonduktor memunculkan sirkuit terpadu yang telah merevolusi
industry elektronik dan computer yang berdampak besar pada kehidupan
kita pada 3 dekade terakhir.
Biomaterial
Biomaterial Adalah material yang dipakai di dalam tubuh manusia
yang berfungsi sebagai pengganti bagian tubuh yang telah mengalami
kerusakan dan tidak bisa berfungsi secara optimal dan mempengaruhi
kesehatan tubuh manusia. Material biomaterial harus tidak
menghasilkan zat yang beracun dan mampu beradaptasi dengan jaringan
tubuh yang nantinya tidak menimbulkan reaksi biologis yang
merugikan. Sekarang sudah banyak material yang digunakan sebagai
biomaterial seperti keramik, logam , polimer, komposit, dan
semikonduktor.
Smart Material atau Bahan Cerdas
Smart Material adalah sekelompok bahan baru dan canggih yang sekarang
sedang dikembangkan yang akan memiliki pengaruh signifikan pada banyak
teknologi kami. Kata sifat pintar menyiratkan bahwa bahan-bahan ini
mampu merasakan perubahan di lingkungan mereka dan kemudian menanggapi
perubahan ini dengan cara yang telah .
Komponen smart material juga termasuk beberapa jenis sensor (yang
mendeteksi sinyal input), dan aktuator (yang melakukan fungsi
responsif dan adaptif). Dan Aktuator dapat dipanggil untuk mengubah bentuk, posisi,
frekuensi alami, atau karakteristik mekanis sebagai respons
terhadap perubahan suhu, medan listrik, dan medan
magnet.
Empat jenis bahan yang umum digunakan untuk aktuator: Shape memory
alloy atau paduan bentuk-memori, keramik piezoelektrik, bahan
magnetostriktif, dan cairan elektroreologi / magnetorheologi.
Shape memory alloy
Paduan memori bentuk atau Shape memory alloy adalah logam yang,
setelah mengalami deformasi, kembali ke bentuk aslinya ketika suhu
diubah. Keramik piezoelektrik mengembang dan berkontraksi sebagai
respons terhadap medan listrik (atau tegangan) yang diterapkan;
sebaliknya, mereka juga menghasilkan medan listrik ketika dimensinya
diubah. Perilaku bahan magnetostriktif analog dengan piezoelektrik,
kecuali bahwa mereka responsif terhadap medan magnet. Juga, cairan elektroreologi dan magnetorheologi adalah cairan
yang mengalami perubahan dramatis dalam viskositas pada penerapan
medan listrik dan magnet, masing-masing. Bahan/perangkat yang
digunakan sebagai sensor termasuk serat optic, bahan piezoelektrik
(termasuk beberapa polimer), dan sistem mikroelektromekanis.
Misalnya, satu jenis sistem pintar digunakan dalam helikopter untuk
mengurangi kebisingan kokpit aerodinamis yang dihasilkan oleh
baling-baling yang berputar.
piezoelektrik
piezoelektrik adalah sensor yang dimasukkan ke dalam bilah memonitor
tegangan dan deformasi bilah; sinyal umpan balik dari sensor ini
dimasukkan ke perangkat adaptif yang dikendalikan komputer, yang
menghasilkan antinoise peredam bising.
Nanomaterial
Nanomaterial adalah material baru yang memiliki sifat menarik dan
memiliki perkembangan yang paling luar biasa. Nanomaterial tidak
seperti bahan lain, mereka tidak dibedakan berdasarkan kimianya,
melainkan ukurannya; awalan nano menunjukkan bahwa dimensi contoh ini,
bahan yang buram dalam domain makroskopik dapat menjadi transparan
pada skala nano; beberapa padatan menjadi cair, bahan yang stabil
secara kimia menjadi mudah terbakar, dan isolator listrik menjadi
konduktor. Selanjutnya, properti mungkin bergantung pada ukuran dalam
domain skala nano ini. Beberapa dari efek ini berasal dari mekanika
kuantum, yang lain terkait dengan fenomena permukaan yaitu proporsi
atom yang terletak di permukaan partikel meningkat secara dramatis
ketika ukurannya berkurang. Karena sifat unik dan tidak biasa ini,
nanomaterial bisa dipakai dalam elektronik, biomedis, olahraga,
produksi energi, dan aplikasi industri lainnya. Contohnya
• Catalytic Converter untuk mobil
• Karbon nanotube
• Carbon Nanotube / Partikel karbon hitam sebagai penguat ban mobil
• Nanokomposit dalam bola tenis
• Butir ukuran nano magnetik yang digunakan untuk hard disk
drive
• Partikel magnetik yang menyimpan data pada pita magnetic
Setiap kali bahan baru dikembangkan, potensi interaksi berbahaya dan
toksikologi dengan manusia dan hewan harus dipertimbangkan.
Nanopartikel kecil memiliki rasio luas permukaan terhadap volume yang
sangat besar, yang dapat menyebabkan reaktivitas kimia yang tinggi.
Meskipun keamanan nanomaterial relatif belum diselidiki, ada
kekhawatiran bahwa mereka dapat diserap ke dalam tubuh melalui kulit,
paru-paru, dan saluran pencernaan pada tingkat yang relatif tinggi,
dan bahwa beberapa, jika ada dalam konsentrasi yang cukup, akan
menimbulkan risiko kesehatan — seperti sebagai kerusakan DNA atau
promosi kanker paru-paru.
KEBUTUHAN BAHAN MODERN
Terlepas dari kemajuan luar biasa yang telah dibuat dalam disiplin ilmu
material dan teknik bahan dalam beberapa tahun terakhir. tantangan teknologi masih tetap ada, termasuk pengembangan bahan yang
lebih canggih dan khusus, serta pertimbangan dampak lingkungan dari produksi bahan.
Beberapa komentar sesuai dengan isu-isu ini untuk melengkapi perspektif
material modern ada dibawah ini
Energi nuklir
Energi nuklir menjanjikan, tetapi solusi untuk banyak masalah yang timbul
pasti akan melibatkan ilmu material, seperti bahan bakar, struktur
penahanan, dan fasilitas untuk pembuangan limbah radioaktif. Sejumlah
besar energi terlibat dalam transportasi. Mengurangi berat kendaraan
pengangkut (mobil, pesawat terbang, kereta api, dll.), serta meningkatkan
suhu pengoperasian mesin, akan meningkatkan efisiensi bahan bakar. Bahan
struktural berkekuatan tinggi dan berdensitas rendah masih harus
dikembangkan, serta bahan yang memiliki kemampuan suhu lebih tinggi, untuk
digunakan dalam komponen mesin.
sumber energi baru
Selain itu, ada kebutuhan menemukan sumber energi baru yang ekonomis dan
menggunakan sumber daya yang ada dengan lebih efisien. Bahan tidak
diragukan lagi akan memainkan peran penting dalam perkembangan ini.
Misalnya, konversi langsung tenaga surya menjadi energi listrik telah
ditunjukkan. Sel surya menggunakan beberapa bahan yang agak rumit dan
mahal. Untuk memastikan teknologi yang layak, bahan yang sangat efisien
dalam proses konversi ini namun lebih murah harus dikembangkan.
bahan bakar hidrogen
Sel bahan bakar hidrogen adalah teknologi konversi energi lain yang
sangat menarik dan layak yang memiliki keuntungan sebagai sumber energi
yang tidak berpolusi. Itu baru mulai diterapkan pada baterai untuk perangkat
elektronik dan menjanjikan sebagai pembangkit listrik untuk
mobil. Bahan baru masih perlu dikembangkan untuk sel bahan bakar yang lebih
efisien dan juga katalis yang lebih baik untuk digunakan dalam produksi
hidrogen.
Teknik pengendalian polusi
Selanjutnya, kualitas lingkungan tergantung pada kemampuan kita untuk
mengendalikan pencemaran udara dan air. Teknik pengendalian polusi
menggunakan dengan menggunakan material yang tepat.
Selain itu, metode pemrosesan dan penyempurnaan bahan perlu
ditingkatkan sehingga menghasilkan lebih sedikit degradasi lingkungan
yaitu, lebih sedikit polusi dan lebih sedikit kerusakan lanskap akibat
penambangan bahan mentah. Juga, dalam beberapa proses pembuatan bahan,
zat beracun diproduksi, dan dampak ekologis dari pembuangannya harus
dipertimbangkan.
Bahan - bahan yang kita gunakan berasal dari sumber daya yang tidak
dapat diperbarui, tidak dapat diregenerasi.
Ini termasuk sebagian besar polimer, yang bahan baku utamanya adalah
minyak, dan beberapa logam. Sumber daya tak terbarukan ini secara
bertahap menjadi habis, yang memerlukan
-
penemuan cadangan tambahan,
-
pengembangan bahan baru yang memiliki sifat sebanding dengan dampak
lingkungan yang kurang merugikan.
-
peningkatan upaya daur ulang dan pengembangan baru. teknologi daur
ulang. Sebagai konsekuensi dari ekonomi tidak hanya produksi tetapi juga
dampak lingkungan dan faktor ekologi, menjadi semakin penting untuk
mempertimbangkan siklus hidup bahan “dari awal hingga akhir” relatif
terhadap proses manufaktur secara keseluruhan.
RINGKASAN
Ilmu dan Teknik Material
• Ada enam klasifikasi properti yang berbeda dari bahan yang menentukan penerapannya: mekanik, listrik, termal, magnetik, optik, dan deteriorative.
• Salah satu aspek ilmu material adalah penyelidikan hubungan yang ada antara struktur dan sifat material. Yang kami maksudkan dengan struktur adalah bagaimana beberapa komponen internal dari material tersebut diatur. Dalam hal (dan dengan meningkatnya) dimensi, elemen struktural termasuk subatomik, atomik, mikroskopis, dan makroskopik.
• Berkenaan dengan desain, produksi, dan pemanfaatan bahan, ada empat elemen yang perlu dipertimbangkan—pemrosesan, struktur, sifat, dan kinerja. Kinerja suatu bahan tergantung pada sifat-sifatnya, yang pada gilirannya merupakan fungsi dari strukturnya( S); lebih lanjut, struktur ditentukan oleh bagaimana bahan tersebut diproses.
• Tiga kriteria penting dalam pemilihan material adalah kondisi in-service dimana material akan dikenakan, setiap kerusakan sifat material selama operasi, dan ekonomi atau biaya dari potongan fabrikasi.
Klasifikasi Bahan
• Berdasarkan kimia dan struktur atom, bahan diklasifikasikan ke dalam tiga kategori umum: logam (unsur logam), keramik (senyawa antara unsur logam dan nonlogam), dan polimer (senyawa yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan unsur nonlogam lainnya). Selain itu, komposit terdiri dari setidaknya dua jenis material yang berbeda.
Advance Material / Bahan Lanjutan
• Kategori material lainnya adalah material canggih yang digunakan dalam aplikasi teknologi tinggi. Ini termasuk semikonduktor (memiliki konduktivitas listrik menengah antara konduktor dan isolator), biomaterial (yang harus kompatibel dengan jaringan tubuh), bahan pintar (mereka yang merasakan dan menanggapi perubahan lingkungan mereka dengan cara yang telah ditentukan), dan nanomaterial (mereka yang memiliki struktur struktural). fitur pada urutan nanometer, beberapa di antaranya mungkin dirancang pada tingkat atom/molekul).
