BLANTERTOKOSIDEv102

PENGANTAR LENGKAP ILMU MATERIAL

PENGANTAR LENGKAP ILMU MATERIAL



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 
  1. penemuan cadangan tambahan, 
  2. pengembangan bahan baru yang memiliki sifat sebanding dengan dampak lingkungan yang kurang merugikan.
  3. 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).

Produk Lainnya