A. Aerogel
Metode pencahayaan kuat oleh laser (Laser ablation)
Dalam studi yang telah dipublikasikan pada majalah Nature, tim ini membelokkan sinar merah menggunakan stack yang terdiri dari 21 layer yang terbuat dari perak dan magnesium florida yang berbentuk jaring ikan. Masing-masing layer memiliki ketebalan sekitar 10 nanometer.
Kami mulai berbaring lapisan tebal berlian di mesin CVD, mengisyaratkan menuju masa depan mesin massal berlian. Berlian merupakan bahan konstruksi yang ideal -itu sangat kuat, ringan, terbuat dari unsur karbon banyak tersedia, konduktivitas termalyang hampir lengkap, dan memiliki antara leleh dan titik didih tertinggi dari semuabahan. Dengan memperkenalkan jejak kotoran, Anda bisa membuat berlian hampir setiap warna yang Anda inginkan. Bayangkan sebuah jet, dengan ratusan ribu bagian yang bergerak terbuat dari fine-tuned mesin berlian. Kerajinan tersebut akan lebih kuat daripada pesawat tempur terbaik hari ini jalan F-22 lebih baik dari Red Baron FokkerDr.1.
Diamonds mungkin kuat, tapi nanorods diamond agregat (apa yang saya sebutFullerene amorf) yang kuat. Fullerene Amorf memiliki bulk modulus isotermal 491gigapascals (GPa), dibandingkan dengan berlian 442 GPa. Seperti yang kita lihatdalam gambar, struktur nano dari Fullerene memberikan penampilan yang berwarna-warni yang indah. Fullerenes dapat dibuat secara substansial lebih kuat dari berlian,tetapi untuk biaya energi yang lebih besar. Setelah "" Diamond Umur transisi kita akhirnya bisa ke "Fullerene Umur" sebagai teknologi kami mendapatkan bahkan lebih canggih.
Metal Foam adalah apa yang Anda dapatkan ketika Anda menambahkan agen berbusa, bubuk titanium hidrida, aluminium cair, maka biarkan dingin. Hasilnya adalahzat yang sangat kuat yang relatif ringan, dengan 75-95% ruang kosong. Karena rasiomenguntungkan kekuatan-to-weight, busa logam telah diusulkan sebagai bahankonstruksi untuk koloni ruang. Beberapa bentuk logam sehingga cahaya yangmengambang di atas air, yang akan membuat mereka sangat baik untuk membangunfloating kota, seperti yang dianalisis oleh Marshall T. Savage di salah satu buku favorit saya, The Millenial Project.
Transparent Alumina adalah tiga kali lebih kuat dari baja dan transparan. Jumlah aplikasiuntuk ini sangat besar. Bayangkan seluruh gedung pencakar langit atau arcology dibuat sebagian besar dari baja transparan. Gedung pencakar langit masa depan bisa terlihat lebih seperti serangkaian mengambang titik-titik hitam (kamar pribadi buram) daripadamonolit hari ini. Sebuah stasiun ruang angkasa besar yang terbuat dari aluminatransparan bisa pesiar di orbit Bumi rendah tanpa titik hitam menyeramkan ketika melewati overhead. Dan hey ... pedang transparan!
E-Textiles, juga dikenal sebagai pakaian cerdas, tekstil elektronik, tekstil cerdas, atau kain cerdas, adalah kain yang memungkinkan komponen digital (termasuk komputer kecil), dan elektronik untuk dimasukkan dalam them.Smart tekstil adalah kain yang telah dikembangkan dengan teknologi baru yang memberikan nilai tambah bagi pemakainya. Rebeccah menyatakan bahwa "apa yang membuat kain cerdas revolusioner adalah bahwa mereka memiliki kemampuan untuk melakukan banyak hal yang kain tradisional tidak dapat, termasuk berkomunikasi, mengubah, perilaku energi dan bahkan tumbuh."
Jika Anda bertemu dan berbicara dengan saya di tahun 2020, saya akan kemungkinan besar akan dibahas dalam tekstil elektronik. Mengapa membawa beberapa gadget elektronik Anda dapat dengan mudah kehilangan ketika kita hanya bisa memakai komputer kita? Kami akan mengembangkan pakaian yang dapat terus memproyeksikan video memilih kita (kecuali ternyata menjadi begitu menjengkelkan bahwa kami melarang itu). Bayangkan mengenakan jubah tertutup dalam tampilan yang benar-benar proyek langit malam secara real time. Bayangkan berbicara dengan orang atas "telepon" hanya dengan membuat gerakan tangan dan mengaktifkan elektronik di kerah Anda, kemudian hanya berpikir tentang apa yang ingin Anda katakan (pemikiran-to-speech interface). Kemungkinan e-tekstil yang tak terbatas.
 |
| Sebuah batu bata seberat 2,5 kg ditopang oleh sebuah aerogel seberat hanya 2 gram |
Aerogel adalah zat berdasar-silikon dan merupakan benda padat kepadatan-terendah dunia. Dia terbentuk dari 99,8% udara dan foam yang kaku dengan kepadatan 3 miligram per cm³. Versi terbaru dan teringan dari zat ini memiliki massa jenis hanya 1,9 mg per cm3, dan diproduksi oleh Lawrence Livermore National Laboratory. Dia dijuluki frozen smoke atau blue smoke.
Dia tampak kebiruan karena silikon dioksida menyebarkan panjang gelombang yang pendek dari cahaya sama seperti udara di langit di siang hari. Berlawanan dengan penampilannya yang kosong ("diaphanous"), dia sekeras foam plastik bila dipegang.
Aerogel memiliki sifat yang menarik:
- memiliki struktur dendritik yang tinggi
- konduktivitas thermal yang sangat rendah (kira-kira 0.017 W/mK), yang memberinya sifat insulatif yang luar biasa.
- titik leleh 1.200 °C
Aerogel pertama kali diciptakan oleh Steven Kistler pada 1931.
Aerogel dapat dibuat dari banyak jenis material; Kerja Kistler termasuk aerogel yang terbuat dari silika, alumina, chromia, timah, dan karbon.
Produksi
Aerogel dibuat dengan mengeringkan sebuah gel yang terdiri dari silika koloid dalam sebuah lingkungan yang ekstrem. Ilmuwan mulai dengan alkohol cair seperti ethanol dan mencampurnya dengan sebuah prekursor silikon alkoksida untuk membentuk sebuah gel silikon dioksida (gel silika). Kemudian, melalui sebuah proses yang disebut pengeringan superkritikal, alkohol disingkirkan dari gel. Biasanya hal ini dilakukan dengan cara menukar etanol dengan karbon dioksida cair dan kemudian membuat karbon dioksida berada di atas titik kritis. Hasil akhir menghilangkan seluruh cairan dari gel dan menggantikannya dengan gas, tanpa membuat struktur gel rusak atau berkurang volumenya.
Produksi komersial dari selimut aerogel dimulai sekitar tahun 2000. Selimut ini adalah sebuah komposit silica aerogel dan penguatan menggunakan fiber yang mengubah aerogel yang mudah pecah menjadi sebuah bahan yang "durabel" dan fleksibel. Sifat mekanika dan termal dari produk ini bervariasi sesuai dengan pilihan fiber penguatnya, matriks aerogel, dan aditif opasifikasi yang digunakan dalam komposit. Salah satu produsen dari komposit aerogel dapat ditemukan di pranala di bawah.
B. Carbon Nanotubes
Teman-teman tentu tidak asing lagi dengan material yang disebut karbon, karena material ini dengan mudah kita temukan dan sangat berguna dalam kehidupan kita. Selain arang, sebut saja salah satu contoh lain dari penampakan material karbon adalah grafit, yang merupakan bahan utama dari pensil. Contoh lain adalah intan atau berlian yang sangat kita kenal sebagai perhiasan. Akan tetapi, berbeda dengan dua material karbon tersebut, material yang dikenal dengan nama carbon nanotubes (CNT) ini mungkin masih asing di telinga kita, karena belum banyak diproduksi dalam skala besar dan harganya yang masih sangat mahal.
Carbon NanoTube/Tabung Karbon Nano (CNTs) adalah komposisi senyawa karbon yang berbentuk tabung berukuran nano. Dibentuk dengan rasio perbandingan panjang:lebar ialah 132.000.000:1,lebih besar dibanding material lainnya. Molekul silinder karbon ini memiliki sifat yang tidak biasa dan sangat bermanfaat dibidang nanoteknologi,elektronik,optik dan berbagai bidang ilmu dan teknologi material. Karena mereka memiliki konduktifitas termal aupun sifat mekanis dan listrik yang dimiliki, karbon nanotube dapat diaplikasikan untuk berbagai macam bahan struktur.
Nanotube termasuk salah satu anggota struktural fullerene. Nama nanotube berasal dari bentuk mereka yang panjang dan berlubang dengan dinding yang dibentuk oleh lembaran satu atom tebal karbon,disebut graphene. Lembaran karbon ini digulung pada diskrit dan sudut tertentu. Nanotube dikategorikan sebagai nanotube berdinding tunggal atau SWNTs dan nanotube berdinding multi (MWNTs). Nanotube individu secara alami akan menyesuaikan diri membentuk tali yang dipertahankan oleh gaya van der Waals. Lebih spesifiknya berupa susunan-pi.
Dalam terapan Kimia Kuantum khususnya,hibridisasi orbital ialah penggambaran terbaik dari ikatan kimia di dalam nanotube. Ikatan kimia dari nanotube terbentuk dari ikatan sp2 mirip dengan grafit. Ikatan ini lebih kuat dibanding ikatan sp3 yang ditemukan di alkana dan berlian. Membuat nanotube memiliki sifat kekuat yang unik.
 |
| Berbagai macam alotrop (bentuk nyata) dari material karbon |
Material CNT hingga saat ini sangat banyak diteliti di berbagai bidang: fisika, kimia, ilmu material, bahkan bioteknologi (multidisciplinary). Material ini dianggap sebagai material cerdas masa depan dikarenakan sifat-sifat dan aplikasinya yang sangat luar biasa. Bahkan ilmuwan Italia, Nicola M. Pugno dalam salah satu artikelnya pada tahun 2006 menyatakan bahwa CNT dapat dipertimbangkan sebagai material ideal untuk membuat elevator luar angkasa (“space elevator”) dengan fleksibilitasnya dan kekuatannya yang sangat luar biasa melebihi kekuatan baja.
 |
| Konsep space elevator menggunakan kabel yang berbasis carbon nanotubes |
Definisi Carbon Nanotube (CNT)
CNT dan juga induknya, graphene dan grafit, merupakan material yang berasal dari susunan atom carbon yang berhibridisasi sp2 dan berikatan satu sama lain secara heksagonal membentuk struktur sarang madu (honeycomb). Berbeda dengan grafit yang berisi tumpukan graphene, CNT merupakan graphene yang tergulung membentuk suatu silinder berukuran nanometer. Pola atau cara menggulung graphene itu disebut dengan kiralitas (chirality). Diameter dari CNTs berkisar antara 0,4-2,5 nanometer dengan panjangnya dapat lebih dari 10 milimeter. Material CNT ini ditemukan oleh seorang professor fisika dari Jepang, Sumio Iijima, pada tahun 1991.
Lembaran graphene yang digulung dengan arah dan diameter yang berbeda akan menghasilkan CNT yang mempunyai struktur elektronik berbeda. Oleh karena itu, keunikan sifat-sifat CNT terletak pada strukturnya yang spesial, dalam artian bahwa dalam sebuah CNT secara individu bisa bersifat logam (metallic) atau semikonduktor, hanya tergantung pada diameter dan kiralitasnya. Sifat-sifat ini ditentukan oleh struktur geometri dari CNTs yang bergantung dari arah gulungan lembaran graphene, sama halnya jika kita bayangkan proses menggulung kertas. Arah yang berbeda dalam menggulung lembaran graphene menentukan struktur ikatan heksagonal dari CNTs.
Secara matematis, penentuan geometri CNTs atau kiralitas didefinisikan dalam istilah vektor kiral. Vektor ini menentukan arah dari gulungan lembaran graphene, yang diindikasikan dengan nilai indeks (n,m). Ada tiga bentuk struktur geometri dari CNTs, yang menunjukkan perbedaan kiralitas, yaitu armchair (n,n), zigzag (n,0), dan selainnya adalah chiral. Berdasarkan teori dan juga pengukuran sifat optis masing-masing CNT, struktur armchair bersifat logam (metallic), sedangkan zigzag dan chiral bisa bersifat logam atau semikonduktor tergantung pada nilai indeksnya.
 | ||
| Arah gulungan yang berbeda dari lembaran graphene menentukan struktur geometri CNTs berbeda: (a) armchair, (b) zigzag, dan (c) chiral |
Lebih lanjut, ada dua jenis CNT jika dibedakan berdasarkan jumlah dindingnya, yaitu CNT berdinding tunggal (single wall carbon nanotubes) yang sering disingkat SWNT dan CNT berdinding banyak (multi wall carbon nanotubes), disingkat MWNT. Penelitian mengenai SWNT lebih banyak diarahkan kepada aplikasi material ini untuk pembuatan berbagi perangkat elektronika baru. Sementara itu, penelitian untuk MWNT diarahkan untuk material superkuat.
 |
| Dua jenis CNT berdasarkan jumlah lembar dinding penyusunnya: single wall carbon nanotubes (SWNT) dan multi wall carbon nanotubes (MWNT) |
Cara membuat carbon nanotubes
Metode pancaran elektroda (Arc Discharge)
Metode ini awalnya digunakan untuk memproduksi fullerene, yang diperkenalkan oleh professor Iijima tahun 1991. Dalam teknik ini, uap karbon dihasilkan oleh lecutan listrik di antara dua elektrode karbon yang sudah dilapisi katalis logam seperti besi maupun nikel. Dengan pengaturan tekanan dan katalis secara hati-hati, akan diperoleh CNT berdinding tunggal maupun yang berdinding banyak.
|
 |
| Skema dari metode pancaran elektrode |
Metode ini dilaporkan pertama kali oleh Richard Smalley, salah satu peraih nobel kimia, pada tahun 1995. Dalam teknik ini, digunakan sebuah sinar laser berdaya tinggi yang mengenai grafit dalam tungku bersuhu tinggi. Sebelum ditembak oleh laser, grafit tersebut haruslah dilapisi logam katalis. Metode ini bisa menghasilkan CNT berdinding tunggal yang memiliki diameter cukup besar untuk ukuran CNT, yaitu > 1.2 nanometer.
 |
| Skema dari metode pencahayaan kuat |
Metode Chemical Vapor Deposition (CVD)
Metode ini adalah metode yang paling banyak digunakan dalam sintesis CNT. Sintesis dicapai melalui pemecahan molekul karbon gas seperti metana, karbon monoksida dan asetilen menjadi karbon atom reaktif di dalam tungku bersuhu tinggi, dan kadang-kadang dibantu dengan plasma untuk meningkatkan pembentukan karbon atom. Karbon kemudian akan berdifusi menuju substrat yang dilapisi partikel katalis. Salah satu proses CVD terbaik untuk penumbuhan CNT adalah proses CoMoCAT yang menggunakan proses pemecahan karbon monoksida dan dibantu oleh penggunaan katalis kobalt dan molibdenum. Proses CoMoCAT menghasilkan banyak CNT yang cenderung memiliki diameter hampir seragam.
 |
| Skema metode CVD untuk sintesis CNT: (a) thermal CVD, (b) plasma-enhanced CVD |
Aplikasi CNT
Sifat unggul yang dimiliki CNT adalah pada sifat listriknya karena bisa bersifat logam maupun semikonduktor. Selain itu, dimensi yang kecil karena ukuran nanometer, area permukaan yang luas, kekuatan mekanik yang sangat tinggi, massa jenis yang rendah sehingga sangat fleksibel, membuat CNT menjadi material cerdas masa depan yang sangat banyak potensi untuk diaplikasikan di berbagai bidang teknologi, seperti nanoprobes, sensor, elektroda pada baterai litium, peralatan elektronik (field-effect transistor dan superkapasitor), penyimpanan hidrogen, katalis dan elektroda fuel-cell, material komposit superkuat, lapisan tipis, hingga kapsul untuk pengiriman obat-obatan langsung ke sel.
 |
| Aplikasi CNT |
C. Metamaterials
Metamaterial adalah material-material buatan yang tidak tersedia dalam alam. David Stubbe dalam artikelnya pada Berkeley Science Review menganalogikan material biasa sebagai bongkahan semen seukuran Manhattan, yang terbuat dari substansi-substansi yang kurang lebih sama. Lalu ia membandingkan dengan Manhattan yang sebenarnya sebagai metamaterial, di mana bongkahan semen tersebut disusun kembali menjadi bangunan dengan struktur tata kota tertentu. Walaupun sama-sama terdiri dari semen, sebuah kota dengan gedung pencakar langit memiliki substruktur yang lebih kompleks dari bongkahan semen. Sebagai hasilnya, karakteristik keduanya juga berbeda.
 |
| Komposit Metamaterial yang hanya bisa dilihat dengan mikroskop |
 |
| Model Metamaterial yang dibuat dalam bentuk yang besar |
 |
| Gambar kiri adalah skema yang pertama 3-D “jala” metamaterial yang dapat mencapai indeks bias negatif pada frekuensi optik. Sedangkan gambar kanan adalah gambar mikroskop pemindaian elektron dari struktur yang direkayasa, yang dikembangkan oleh ilmuwan dari Universitas Berkeley. Bentuk lapisan alternating circuits kecil yang dapat membelokkan cahaya ke belakang. (Jason Valentine / UC Berkeley) |
Dengan mengganti semen dengan tembaga dan bangunan dengan kumparan dan kawat, kemudian menyusutkannya menjadi sekitar sepermilyar, itulah dasar dari metamaterial. Substruktur dari metamaterial (pengaturan dan ukuran kumparan dan kawat) itulah yang krusial. Ketika gelombang cahaya atau gelombang suara melalui struktur tersusun yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombangnya (jarak antara satu gelombang dengan yang lainnya), gelombang melewati struktur tersebut seolah-olah struktur tersebut sama, tetapi dengan properties yang berbeda dari material konstituen. Pada akhirnya, gelombang tidak mengetahui adanya substruktur yang terpisah dan ‘melihat’ material yang sama sekali baru.
 |
| Metamaterial bertugas sebagai media pembelok cahaya, sehingga benda tiga dimensi yang dilapisi metamaterial tidak akan tertangkap oleh mata. |
 |
| Sebuah ilustrasi tentang bagaimana ikan dalam air terlihat oleh pengamat, dengan garis merah yang menandai pembiasan cahaya dan garis-garis ungu mewakili jalan menuju tempat ikan terlihat, yang ditampilkan di atas lokasi yang sebenarnya. |
Metamaterial yang dikembangkan dalam komando Prof. Xiang Zhang ini membiarkan gelombang radio dan cahaya yang mengenainya untuk terus mengalir, bukannya dipantulkan. Seperti aliran air di sekitar batuan yang menonjol di permukaan sungai. Cahaya yang jatuh di atasnya selalu dibelokkan sehingga tak pernah memantul. Oleh karena itu, bayangan si pemakai jubah berbahan metamaterial ini seperti tidak terlihat oleh mata. Sesuai hukum fisika, benda hanya terlihat oleh mata jika terdapat cahaya yang dipantulkan benda dan jatuh ke retina mata.
Jika dikonstruksikan dengan benar, metamaterial dapat mencapai indeks refraksi negatif. Saat gelombang elektromagnetik seperti cahaya bergerak dari indeks medium yang rendah ke indeks medium yang lebih tinggi, gelombang tersebut belok menuju garis perpendikuler ke permukaan. Namun, jika cahaya memasuki material berindeks negatif, gelombang berbelok ke arah yang berlawanan, seolah-olah dipantulkan di luar garis perpendikuler.
 |
| Contoh Fiber Metamaterial yang akan disisipkan ke dalam pakaian |
Dalam studi yang telah dipublikasikan pada majalah Nature, tim ini membelokkan sinar merah menggunakan stack yang terdiri dari 21 layer yang terbuat dari perak dan magnesium florida yang berbentuk jaring ikan. Masing-masing layer memiliki ketebalan sekitar 10 nanometer.
Berikut ini adalah contoh cara kerja Metamaterial yang sudah disisipkan dalam Jaket (Dan ini bukan rekayasa Photoshop!) :
D. Bulk Diamond
Kami mulai berbaring lapisan tebal berlian di mesin CVD, mengisyaratkan menuju masa depan mesin massal berlian. Berlian merupakan bahan konstruksi yang ideal -itu sangat kuat, ringan, terbuat dari unsur karbon banyak tersedia, konduktivitas termalyang hampir lengkap, dan memiliki antara leleh dan titik didih tertinggi dari semuabahan. Dengan memperkenalkan jejak kotoran, Anda bisa membuat berlian hampir setiap warna yang Anda inginkan. Bayangkan sebuah jet, dengan ratusan ribu bagian yang bergerak terbuat dari fine-tuned mesin berlian. Kerajinan tersebut akan lebih kuat daripada pesawat tempur terbaik hari ini jalan F-22 lebih baik dari Red Baron FokkerDr.1.
E. Bulk Fullerenes
F. Amorphous Metal
Amorphous Metal, juga disebut gelas metalik, terdiri dari logam dengan struktur atomteratur. Mereka bisa menjadi dua kali sekuat baja. Karena struktur teratur, merekadapat membubarkan energi dampak yang lebih efektif daripada kristal logam, yang memiliki poin kelemahan. Logam amorf yang dibuat oleh cepat pendinginan logam cairsebelum ia memiliki kesempatan untuk menyesuaikan diri dalam pola kristal. Logamamorf mungkin generasi berikutnya militer dari armor, sebelum mereka mengadopsiarmor diamondoid di pertengahan abad. Di sisi hijau hal, logam amorf memiliki sifatelektronik yang meningkatkan efisiensi jaringan listrik sebanyak 40%, menyelamatkan kita ribuan ton emisi bahan bakar fosil.
G. Superalloys
Amorphous Metal, juga disebut gelas metalik, terdiri dari logam dengan struktur atomteratur. Mereka bisa menjadi dua kali sekuat baja. Karena struktur teratur, merekadapat membubarkan energi dampak yang lebih efektif daripada kristal logam, yang memiliki poin kelemahan. Logam amorf yang dibuat oleh cepat pendinginan logam cairsebelum ia memiliki kesempatan untuk menyesuaikan diri dalam pola kristal. Logamamorf mungkin generasi berikutnya militer dari armor, sebelum mereka mengadopsiarmor diamondoid di pertengahan abad. Di sisi hijau hal, logam amorf memiliki sifatelektronik yang meningkatkan efisiensi jaringan listrik sebanyak 40%, menyelamatkan kita ribuan ton emisi bahan bakar fosil.
G. Superalloys
Super Alloy adalah paduan yang di kembangkan untuk penggunaan material pada temperatur tinggi tahan terhadap hot corrosion dan hot erosion. Semula dikembangkan untuk aircraft turbin engine. Pada umumnya mengandung unsur Fe,Ni,Co,Cr dan sejumlah W,Mo,Ta,Nb,Ti dan Al. contoh hastealloy dan Inconel. Hot corrosion merupakan korosi yang disebabkan oleh suhu tinggi sementara hot erosion adalah erosi yang disebabkan oleh suhu tinggi.
Superaloy terdiri dari berbasis besi, berbasis kobalt, atau berbasis nikel:
ü Superalloy berbasis Besi pada umumnya mengandung 32-67% Fe, dari 15 sampai dengan 22% Cr, dan 9-38% Ni. Paduan umum dalam kelompok ini adalah seri incoloy.
ü Superalloy berbasis Cobalt pada umumnya mengandung 35-65% Co, dari 19 menjadi 30% Cr, dan naik 35% Ni. Superalloy ini tidak sekuat superalloy berbasis nikel, tetapi mereka mampu mempertahankan kekuatan mereka pada suhu yang lebih tinggi.
ü Superalloy berbasis Nikel adalah yang paling umum dari superalloy, dan mereka tersedia dalam berbagai macam komposisi (tabel 6.9). komposisi nikel adalah 38-76%. Mereka juga
I. Nikel
Nikel ditemukan oleh A. F. Cronstedtpada tahun 1751, merupakan logam berwarna putih keperak-perakan yang berkilat, keras dan mulur, tergolong dalam logam peralihan, sifat tidak berubah bila terkena udara, tahan terhadapoksidasi dan kemampuan mempertahankan sifat aslinya di bawah suhu yang ekstrim (Cotton danWilkinson, 1989). Nikel digunakan dalam berbagai aplikasi komersial dan industri, seperti :pelindung baja (stainless steel), pelindung tembaga, industri baterai, elektronik, aplikasi industri pesawat terbang, industri tekstil, turbin pembangkit listrik bertenaga gas, pembuat magnet kuat,pembuatan alat-alat laboratorium (nikrom), kawat lampu listrik, katalisator lemak, pupuk pertanian, dan berbagai fungsi lain (Gerberding J.L., 2005).
I.1 Sifat-Sifat Nikel
Nikel adalah unsur kimia metalik dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ni dan nomor atom 28. Nikel mempunyai sifat tahan karat. Dalam keadaan murni, nikel bersifat lembek, tetapi jika dipadukan dengan besi, krom, dan logam lainnya, dapat membentuk baja tahan karat yang keras, mudah ditempa, sedikit ferromagnetis, dan merupakan konduktor yang agak baik terhadap panas dan listrik. Nikel tergolong dalam grup logam besi-kobal, yang dapat menghasilkan alloy yang sangat berharga.
I.2 Ciri-Ciri Fisik
Nikel merupakan unsur logam dengan fasa padat, memiliki massa jenis sekitar 8,908 g/cm3 serta massa jenis cair saat melewati titik didihnya 7,81 g/cm3. Titik lebur dari Nikel adalah 1455oC, sedangkan titik didihnya adalah 2913oC. Kalor peleburan Nikel adalah 14,48 kJ/mol, sedangkan kalor penguapan Nikel adalah 377,5 kJ/mol, dan kapasitas kalor saat suhu ruang adalah 26,07 J/(molK). Paduan Nikel
Nikel (Ni) adalah logam perak-putih yang ditemukan pada tahun 1751 dan unsur paduan utama yang memberikan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi. Yang biasanya digunakan secara luas pada baja stainless dan paduan berbasis nikel (yang biasa disebut superalloy). Paduan nikel digunakan pada aplikasi temperatur tinggi (seperti komponen mesin jet, roket, dan pembangkit listrik tenaga nuklir), dalam penanganan makanan dan peralatan pengolahan kimia, koin, dan dalam perangkat kapal laut. Karena nikel mempunyai sifat magnetik, paduan nikel juga digunakan dalam aplikasi elektromagnetik, seperti solenoida. Penggunaan utama nikel yaitu sebagai logam untuk electroplating dari part untuk permukaannya dan untuk peningkatan ketahanannya terhadap korosi dan keausan. Paduan nikel memiliki kekuatan tinggi dan tahan korosi pada temperatur tinggi. Pemaduan unsur nikel kromium, kobalt, dan molibdenum. Sifat paduan nikel dalam mesin, pembentuk, casting, dan pengelasan dapat dimodifikasi dengan berbagai unsur paduan lainnya.
Berbagai paduan nikel, memiliki berbagai kekuatan pada temperatur yang berbeda, telah dikembangkan .Meskipun nama dagang masih digunakan secara umum, paduan nikel sekarang diidentifikasi dalam sistem UNS dengan huruf N. Jadi, hastelloy G yang sekarang adalah N06007. Monel adalah paduan nikel-tembaga. Inconel adalah paduan nikel-kromium dengan tegangan tarik hingga 1400 MPa.
Hastelloy (paduan nikel-kromium) memiliki ketahanan korosi yang baik dan kekuatan tinggi pada suhu yang tinggi. Nichrome (paduan nikel, kromium, dan besi) memiliki ketahanan listrik tinggi dan ketahanan yang tinggi terhadap oksidasi dan digunakan untuk elemen pemanas listrik. Invar dan kovar (paduan besi dan nikel) memiliki sensitivitas yang relatif pada suhu rendah
I.3 Paduan pada nikel
I.3.1 Superalloy
Superalloy sangat penting untuk aplikasi temperatur tinggi, oleh karena itu, mereka juga dikenal sebagai paduan tahan suhu panas atau tinggi. Superaloy umumnya memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi, kelelahan mekanis dan termal, getaran mekanik dan termal, rambatan, dan erosi pada temperatur tinggi. Aplikasi utama dari superalloy adalah untuk mesin jet dan turbin gas. Aplikasi lain mesin torak, mesin roket, alat-alat dan cetakan untuk perlakuan panas logam, nuklir, kimia, dan industri petrokimia. Secara umum, superalloy diidentifikasi dengan nama dagang atau sistem penomoran khusus, dan mereka tersedia dalam berbagai bentuk. Kebanyakan superalloy memiliki ketahanan suhu maksimum sekitar 1000o C dalam aplikasi struktural. Suhu dapat setinggi 1.200o C untuk komponen bantalan non beban.
I.3.2 Stainless Steel
Stainless Steel (SS) adalah baja dengan sifat ketahanan korosi yang sangat tinggi di berbagai kondisi lingkungan. Nikel digunakan sebagai unsur penstabil austenit, yang berarti penambahan nikel pada besi paduan mempromosikan perubahan struktur kristal dari bcc (ferritic) ke fcc (austenitic). Jadi nikel digunakan untuk menaikkan kekuatan, memperbaiki sifat kelelahan dan meningkatkan keuletan besi.
Penambahan nikel menunda pembentukan fasa intermetalik yang merusak pada austenitic ss tetapi nikel kurang efektif dibanding nitrogen pada DSS. Sruktur fcc membuat austenitic stainless steels memiliki ketangguhan tinggi. Kehadirannya dari sekitar setengah struktur mikro duplex meningkatkan ketangguhan duplex dibanding Ferritic SS.
I.3.3 Copper-Nikel-Silikon Alloys
“Nickel Silicon Bronze Alloys, which is an age-hardening alloy, higher alloyed in comparison with CuNi1.5Si, for current-carrying formed parts. It has an a-structure with very fine precipitations and recommends itself both for lead frames which require a high rigidity of the pins and for connector with high demands on the electrical conductivity, strength and relaxation behavior. In addition, the CuNi2Si can also be used for current-carrying formed parts and contact springs due to its good fatigue strength, forming and spring properties.”(ecplaza.com,2010)
Jika Nikel dan Silikon dalam perbandingan 4 : 1, yaitu 4 bagian Nikel dan 1 bagian Silikon dipadukan di dalam Copper (Tembaga) pada Temperatur tinggi maka akan terbentuk sebuah unsur yang disebut Nikel Silicide (Ni2Si) dan pada Temperatur rendah paduan ini akan sesuai untuk pengendapan dalam perlakuan panas, dimana proses pelarutan akan diperoleh dalam proses Quenching dari Temperatur 7000C dan akan diperoleh sifat paduan Tembaga yang lunak dan ulet, kemudian dilanjutkan dengan memberikan pemanasan pada Temperatur 4500C maka akan meningkatkan kekerasan serta tegangan dari paduan Tembaga tersebut. Persentase kadar Nikel dan Silikon ini disesuaikan dengan kebutuhan dari sifat yang dihasilkannya, biasanya diberikan antara 1 % hingga 3 % . Paduan Tembaga Sehingga akan memiliki sifat Thermal dan electrical Conductivity yang baik dan tahan terhadap pembentukan kulit dan oxidasi serta dapat mempertahankan sifat mekaniknya pada Temperatur tinggi dalam jangka waktu yang lama.
I.3.4 Nikel – Silver
“Nickel silver,also known as German silver, paktong, newsilver or alpacca (or alpaca), is a copper alloy with nickel and often zinc. The usual formulation is 60% copper, 20% nickel and 20% zinc.” (wikipedia.org,2010)
Nikel – Silver sebenarnya tidak mengandung unsur Silver, penamaan ini dikarenakan penampilan dari paduan ini menyerupai silver. Komposisinya terdiri atas Copper, Nikel dan Seng (Zinc). Semua paduan dari jenis ini dapat dikerjakan atau dibentuk dengan pengejaan dingin (cold working), akan tetapi dengan meminimalkan tingkat kemurniannya paduan ini juga memungkinkan untuk pengerjaan panas (hot working). Nikel Silver mengandung kadar Tembaga antara 55 % sampai 68 % dan paduan dengan kadar Nikel antara 10 % hingga 30 % banyak digunakan dalam pembuatan sendok dan garpu. Paduan yang dibuat dalam bentuk plat dengan type EPNS sebagai derajat kesatu dengan kadar Nikel 18 % digunakan sebagai bahan pegas pada kontaktor peralatan listrik.
II. Kromium
Kromium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Cr dan nomor atom 24.
Kromium trivalen (Cr(III), atau Cr3+) diperlukan dalam jumlah kecil dalam metabolisme gula pada manusia. Kekurangan kromium trivalen dapat menyebabkan penyakit yang disebut penyakit kekurangan kromium (chromium deficiency).
Kromium merupakan logam tahan korosi (tahan karat) dan dapat dipoles menjadi mengkilat. Dengan sifat ini, kromium (krom) banyak digunakan sebagai pelapis pada ornamen-ornamen bangunan, komponen kendaraan, seperti knalpot pada sepeda motor, maupun sebagai pelapis perhiasan seperti emas, emas yang dilapisi oleh kromium ini lebih dikenal dengan sebutan emas putih.
Perpaduan Kromium dengan besi dan nikel menghasilkan baja tahan karat.
II.1 Kegunaan Krom
Khrom digunakan untuk mengeraskan baja, pembuatan baja tahan karat dan membentuk banyak alloy (logam campuran) yang berguna. Kebanyakan digunakan dalam proses pelapisan logam untuk menghasilkan permukaan logam yang keras dan indah dan juga dapat mencegah korosi. Khrom memberikan warna hijau emerald pada kaca.
Industri refraktori menggunakan khromit untuk membentuk batu bata, karena khromit memiliki titik cair yang tinggi, pemuaian yang relatif rendah dan kestabilan struktur kristal.
Beberapa senyawa kromium digunakan sebagai katalis. Misalnya Phillips katalis untuk produksi polietilen adalah campuran dari kromium dan silikon dioksida atau campuran dari krom dan titanium dan aluminium oksida. Kromium (IV) oksida (CrO 2) merupakan sebuah magnet senyawa
Kromium merupakan logam tahan korosi (tahan karat) dan dapat dipoles menjadi mengkilat. Dengan sifat ini, kromium (krom) banyak digunakan sebagai pelapis pada ornamen-ornamen bangunan, komponen kendaraan, seperti knalpot pada sepeda motor, maupun sebagai pelapis perhiasan seperti emas, emas yang dilapisi oleh kromium ini lebih dikenal dengan sebutan emas putih.
Perpaduan Kromium dengan besi dan nikel menghasilkan baja tahan karat.
Kromium (IV) oksida digunakan untuk pembuatan pita magnetik digunakan dalam performa tinggi dan standar kaset audio.
Asam kromat adalah agen oksidator yang kuat dan merupakan senyawa yang bermanfaat untuk membersihkan gelas laboratorium dari setiap senyawa organik. Hal ini disiapkan dengan melarutkan kalium dikromat dalam asam sulfat pekat, yang kemudian digunakan untuk mencuci aparat. Natrium dikromat kadang-kadang digunakan karena lebih tinggi kelarutan (5 g/100 ml vs 20 g/100 ml masing-masing). Kalium dikromat merupakan zat kimia reagen, digunakan dalam membersihkan gelas laboratorium dan sebagai agen titrating.
II.2 Senyawa Krom
Senyawa komponen khrom berwarna. Kebanyakan senyawa khromat yang penting adalah natrium dan kalium, dikromat, dan garam dan ammonium dari campuran aluminum dengan khrom . Dikhromat bersifat sebagai zat oksidator dalam analisis kuantitatif, juga dalam proses pemucatan kulit.
lainnya banyak digunakan di industri; timbal khromat berwarna kuning khrom, merupakan pigmen yang sangat berharga. Senyawa khrom digunakan dalam industri tekstil sebagai mordan atau penguat warna. Dalam industri penerbangan dan lainnya,senyawa khrom berguna untuk melapisi aluminum.
II.3. Paduan Kromium
II.3.1 Baja stainless Ferritik
Baja jenis ini mempunyai struktur body centered cubic (bcc). Unsur kromium ditambahkan ke paduan sebagai penstabil ferrit. Kandungan kromium umumnya kisaran 10,5 – 30%. Beberapa tipe baja mengandung unsur molybdenum, silicon, aluminium, titanium dan niobium. Unsur sulfur ditambahkan untuk memperbaiki sifat mesin. Paduan ini merupakan ferromagnetic dan mempunyai sifat ulet dan mampu bentuk baik namun kekuatan di lingkungan suhu tinggi lebih rendah dibandingkan baja stainless austenitic. Kandungan karbon rendah pada baja ferritik tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas.
Tingkat kekerasan beberapa tipe baja stainless ferritik dapat ditingkatkan dengan cara celup cepat. Metode celup cepat merupakan proses pencelupan banda kerja secara cepat dari keadaan temperature tinggi ke temperature ruang. Sifat mampu las, keuletan, ketahanan korosi dapat ditingktakan dengan mengatur kandungan tertentu unsur karbon dan nitrogen.
II.3.2 Baja Stainless austenitik
Baja Stainless austenititk merupakan paduan logam besi-krom-nikel yang mengandung 16-20% kromium, 7-22%wt nikel, dan nitrogen. Logam paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan struktur kristal face centered cubic (fcc). Struktur kristal akan tetap berfasa austenit bila unsur nikel dalampaduan diganti mangan (Mn) karena kedua unsur merupakan penstabil fasa austenit. Fasa austenitic tidak akan berubah saat perlakuan panas anil kemudian didinginkan pada temperatur ruang. Baja stainless austenitik tidak dapat dikeraskan melalui perlakuan celup cepat (quenching). Umumnya jenis baja ini dapat tetap menjaga sifat asutenitik pada temperature ruang, lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi lebih baik dibandingkan baja stainless ferritik dan martensit. Setiap jenis baja stainless austenitic memiliki karakteristik khusus tergantung dari penambahan unsur pemadunya terlihat pada Gambar 1. baja stainless steel austenitik hanya bisa dikeraskan melalui pengerjaan dingin. Material ini mempunyai kekuatan tinggi di lingkungan suhu tinggi dan bersifat cryogenic. Tipe 2xx mengandung nitrogen, mangan 4-15,5%wt, dan kandungan 7%wt nikel. Tipe 3xx mengandung unsur nikel tinggi dan maksimal kandungan mangan 2%wt. Unsur molybdenum, tembaga, silicon, aluminium,titanium dan niobium ditambah dengan karakter material tertentu seperti ketahanan korosi sumuran atau oksidasi. Sulfur ditambah pada tipe tertentu untuk memperbaiki sifat mampu mesin.
Salah satu jenis baja stainless austenitic adalah AISI 304. Baja austenitic ini mempunyai struktur kubus satuan bidang (face center cubic) dan merupakan baja dengan ketahanan korosi tinggi. Komposisi unsur – unsur pemadu yang terkandung dalam AISI 304 akan menentukan sifat mekanik dan ketahanan korosi. Baja AISI 304 mempunyai kadar karbon sangat rendah 0,08%wt. Kadar kromium berkisar 18-20%wt dan nikel 8-10,5%wt yang terlihat pada Tabel 1. Kadar kromium cukup tinggi membentuk lapisan Cr2O3 yang protektif untuk meningkatkan ketahanan korosi. Komposisi karbon rendah untuk meminimalisai sensitasi akibat proses pengelasan.
II.3.3 Baja stainless dupleks
Jenis baja ini merupakan paduan campuran struktur ferrite (bcc) dan austenit. Umumnya paduan-paduan didesain mengandung kadar seimbang tiap fasa saat kondisi anil. Paduan utama material adalah kromium dan nikel, tapi nitrogen, molybdenum,tembaga,silicon dan tungsten ditambah untuk menstabilkan struktur dan memperbaiki sifat tahan korosi. Ketahanan korosi baja stainless dupleks hampir sama dengan baja stainless austenitik. Kelebihan baja stainless dupleks yaitu nilai tegangan tarik dan luluh tinggi dan ketahanan korosi retak tegang lebih baik dari pada baja stainless austenitik. Ketangguhan baja stainless dupleks antara baja austenitic dan ferritik.
Baja stainless pengerasan endapan
Jenis baja ini merupakan paduan unsure utama kromium-nikel yang mengandung unsur precipitation-hardening antara lain tembaga, aluminium, atau titanium. Baja ini berstruktur austenitic atau martensitik dalam kondisi anil. Kondisi baja berfasa austenitic dalam keadaan anil dapat diubah menjadi fasa martensit melalui perlakuan panas. Kekuatan material melalui pengerasan endapan pada struktur martensit.
Jenis baja ini merupakan paduan campuran struktur ferrite (bcc) dan austenit. Umumnya paduan-paduan didesain mengandung kadar seimbang tiap fasa saat kondisi anil. Paduan utama material adalah kromium dan nikel, tapi nitrogen, molybdenum,tembaga,silicon dan tungsten ditambah untuk menstabilkan struktur dan memperbaiki sifat tahan korosi. Ketahanan korosi baja stainless dupleks hampir sama dengan baja stainless austenitik. Kelebihan baja stainless dupleks yaitu nilai tegangan tarik dan luluh tinggi dan ketahanan korosi retak tegang lebih baik dari pada baja stainless austenitik. Ketangguhan baja stainless dupleks antara baja austenitic dan ferritik.
Baja stainless pengerasan endapan
Jenis baja ini merupakan paduan unsure utama kromium-nikel yang mengandung unsur precipitation-hardening antara lain tembaga, aluminium, atau titanium. Baja ini berstruktur austenitic atau martensitik dalam kondisi anil. Kondisi baja berfasa austenitic dalam keadaan anil dapat diubah menjadi fasa martensit melalui perlakuan panas. Kekuatan material melalui pengerasan endapan pada struktur martensit.
III. Kobalt
Kobal adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Co dan nomor atom 27.
Warna: sedikit berkilauan, metalik, keabu-abuan Penggolongan: Metalik Ketersediaan: unsur kimia kobal tersedia di dalam banyak formulasi yang mencakup kertas perak, potongan, bedak, tangkai, dan kawat. contoh besar Dan kecil unsur kimia. Unsur kimia kobalt juga merupakan suatu unsure dengan sifat rapuh agak kerasdan mengandung metal serta kaya sifat magnetis yang serupa setrika. Unsur kimia kobalt adalah batu bintang. Deposit bijih. Cobalt-60 ( 60Co) adalah suatu isotop yang diproduksi menggunakan suatu sumber sinar ( radiasi energi tinggi). unsur kimia/kobalt mewarnai gelas/kaca serta memiliki suatu keindahan warna kebiruan.
Secara umum dapat kita deskripsikan sebagai berikut :
• Nama: unsur kimia kobal • Lambang: Co • Nomor-Atom: 27 • Berat atom: 58.933200 ( 9) • Golongkan nomor;jumlah: 9 • Nomor periode;Jumlah: 4
Cromium (Cr) didalam Baja cromium ini dapat digunakan untuk meningkatkan mampu las dan mampu panas baja. Kekuatan tarik,ketangguhan serta ketahananterhadap abrasi juga bisa meningkat. Bisa juga meningkatkan Harden Ability materialjika mencapai kandungan 50%.
Nikel (Ni) nikel sangat penting untuk kekuatan dan ketangguhan dalam baja dengan cara mempengaaruhi proses tranformasi fasanya. Jika Ni banyak maka austenit akan stabil hingga mencapai temperatur kamar.
Molibden (Mo) Meningkatkan kadar kekerasan,ketangguhan,keuletan,ketahanan baja terhadap temperatur yang tinggi. Mo juga bisa menurunkan temper embritment.
Wolfram (Wo) Senyawa ini akan membentuk senyawa Carbidda di dalam material.Sehingga akan menyebabkan material menjadi lebih kuat,tahan abrasi serta memperlambat pertumbuhan butir di dalam kawasan HAZ
Vanadiun (Va) Memeberikan pengaruh positf terhadap kekuatan tarik,kekuatan dan kekerasan pada tmperatur tinggi seta meningkatkan batas mulur juga.
Mangan juga sangat berperan dalam meningkatkan kekuatan dan kekerasan suatu logam baja,menurunkan laju pendinginan sehingga mampu meningkatkan mampu keras baja dan kekuatan terhadap tahanan abrasi
Penambahan Molibdenum (Mo) bertujuan untuk memperbaiki ketahanan korosi pitting dan korosi celah
Unsur aluminium (Al) meningkatkan pembentukan lapisan oksida pada temperature tinggi.
Unsur aluminium (Al) meningkatkan pembentukan lapisan oksida pada temperature tinggi.
H. Metal Foam
I. Transparent Alumina
J. E-Textiles
Jika Anda bertemu dan berbicara dengan saya di tahun 2020, saya akan kemungkinan besar akan dibahas dalam tekstil elektronik. Mengapa membawa beberapa gadget elektronik Anda dapat dengan mudah kehilangan ketika kita hanya bisa memakai komputer kita? Kami akan mengembangkan pakaian yang dapat terus memproyeksikan video memilih kita (kecuali ternyata menjadi begitu menjengkelkan bahwa kami melarang itu). Bayangkan mengenakan jubah tertutup dalam tampilan yang benar-benar proyek langit malam secara real time. Bayangkan berbicara dengan orang atas "telepon" hanya dengan membuat gerakan tangan dan mengaktifkan elektronik di kerah Anda, kemudian hanya berpikir tentang apa yang ingin Anda katakan (pemikiran-to-speech interface). Kemungkinan e-tekstil yang tak terbatas.
EmoticonEmoticon