Komposit matriks karbon dan grafit memiliki keunggulan yaitu kekuatan dan rigiditasnya tidak berubah pada temperature tinggi yang temperaturnya mencapai 2300°C. Komposit jenis ini difabrikasi dengan teknik kompaksi atau multiple impregnation dari frame berpori dengan liquid carbonizer precursor serta subsequent pyrolization. Komposit jenis ini juga dapat difabrikasi dengan metode chemical vapor deposition (CVD) dari pyrolitic carbon. Sebenarnya komposit matriks karbon tidak dipergunakan untuk aplikasi temperature tinggi sebagaimana komposit jenis lain kan tetapi karena sifatnya yang mampu mempertahankan kekuatan dan rigiditas pada temperature hingga 2300°C membuatnya dapat dipergunakan untk aplikasi yang bertemperatur tersebut seperti pada bidang aeronautic seperti spacecraft structure.
Gambar 18. Beberapa contoh aplikasi dari komposit matriks keramik
Material Mutakhir
Material mutakhir adalah jenis-jenis material yang dirancang khusus untuk aplikasi-aplikasi teknologi tinggi (high-tech) yang memerlukan material dengan sifat-sifat yang spesifik. Tidak ada domain ataupun batasan yang jelas untuk material mutakhir. Material mutakhir dapat berasal dari polimer sintetis, logam, keramik, komposit yang masing-masing difabrikasi dan dimanufaktur dengan teknologi khusus. Material mutakhir juga dapat merupakan gabungan dari beberapa jenis material sama seperti halnya komposit. Beberapa contoh dari jenis material mutakhir adalah;
liquidcrystal (LCs), semiconductor, superconductor, mesoporous materials, shape memory alloys, sel bahan bakar (fuel cell), nanomaterial, biomaterial, biodegradable polymer.
Material terbarukan juga merupakan bagian dari definisi material mutakhir karena diproses dengan teknologi canggih dan difungsikan untuk proses yang spesifik dan rumit. Material terbarukan berasalh dari sumber yang dapat terus beregenerasi, contohnya berasal dari tumbuhan, binatang atau ekosistem sehingga produksinya dapat dilakukan berulang kali. Beberapa contoh untuk jenis material mutakhir adalah sebagai berikut ini;
Logam
o Shape memory alloys o Biomaterials
o Amorphous metal (metallic glass) Keramik o Mesoporous materials o Solar cell o Geopolymers o Biomaterials Polimer o Biodegradable polymer o Biomaterials Komposit o Clay composite
Ada lebih banyak lagi jenis material mutakhir karena dewasa ini terus dikembangkan material-material yang difungsikan untuk aplikasi-aplikasi yang semakin canggih seperti di bidang electronics, spacecraft, health, energetic. Beberapa contoh di antaranya adalah;
a. Shape memory alloy
Shape memory alloy (SMA, smart metal, memory metal, memory alloy, muscle wire, smart alloy) merupakan paduan yang dapat mengingat bentuk aslinya. Paduan ini dibentuk dengan proses tempa dingin sehingga komponen yang terbuat dar paduan ini dapat kembali ke bentuk asalnya dengan cara dipanaskan. Material ini merupakan alternatif material yang ringan yang dapat menggantikan aktuator konvensional seperti hydraulic, pneumatic, and motor-based systems. Aplikasinya juga meliputi: kedokteran dan ruang angkasa.
Gambar 19. Beberapa contoh aplikasi dari Shape Memory Alloy (SMA) b. Metallic biomaterial
Untuk menjadi biomaterial maka logam harus compatible denga lingkungan tubuh manusia dalam artian tidak ditolak oleh system kekebalan dan tidak melepaskan substansi berbahaya ke dalam tubuh manusia. Sifat tersebut dinamakan sebagai biokompatibilitas. Logam-logam yang terkenal dengan sifat biokompatibilas yang baik adalah dari jenis ferrous serta paduan baja tahan karat (stainless steel). Dari
non-ferrous ada logam titanium dan paduannya yang banyak diaplikasikan untuk perawatan gigi dan ortopedi seperti implant untuk proses penyembuhan tulang patah.
Gambar 20. Beberapa contoh aplikasi dari titanium biomaterial c. Amorphous metal (logam amorf)
Material ini juga dinamakan sebagi metallic glass karena tidak memiliki struktur kristal sebagaimana logam pada umumnya. Logam amorf adalah material logam dengan struktur atom yang tidak teratur (tidak kristalin). Material ini difabrikasi langsung dari lelehan logamnya dengan pendinginan yang sangat cepat (104-105 °C/detik), dengan laju pendinginan yang sangat cepat tersebut maka atom-atom di dalam lelehan logam tidak mendapat kesempatan untuk menjadi teratur. Selain pendinginan super cepat, metallic glass juga dapat difabrikasi dengan teknik physical vapour deposition, solid-state reaction, ion irradiation, mechanical alloying.
Logam amorf memiliki ketahanan aus dan korosi yang sangat baik karena tidak memiliki batas butir sebagai titik lemah logam pada umumnya. Logam ini lebih tangguh dan ulet dibandingkan dengan oxide glasses dan keramik pada umumnya. Logam amorf telah banyak diaplikasikan untuk bidang kesehatan, olahraga, dan elektronik. Untuk bidang kesehatan sebagai skrup, pen, atau plat untuk tulang, medical scalpels, coating untuk hip implant. Untuk bidang oleh raga seperti raket tenis, golf clubs, skis, baseball dan softball bats. Aplikasi lainnya adalah sebagai coating pada refineries plant dan oil
pipes, armor, ballistic, cell phone casing, anti-theft devices, perhiasan seperti jam tangan dan cincin.
Gambar 21. Beberapa contoh aplikasi dari material amorf (metallic glass) d. Mesoporous material
Material yang memiliki pori dengan diameter diantara 2-50 mm disebut material mesopori. Jika pori < 2 mm disebut microporous material dan > 50 mm disebut macroporous material. Material ini memiliki luas permukaan yang besar sehingga memiliki banyak tempat untuk proses serapan terjadi. Sefat tersebut cocok diaplikasi sebagai katalis, sensor, dan lain-lain yang membutuhkan surface area yang besar. Beberapa contoh material mesopori adalah dari jenis alumina, silica, oksida-oksida dari niobium, tantalum, titanium, zirconium, cerium, dan timah. Struktur mesopori-nya dapat dibuat menjadi teratur atau sebaliknya. Untuk memfabrikasi material mesopori ada beberapa metode yaitu; (1) Pillaring method, (2) Liquid crystal templating. Material mesopori dapat diaplikasikan untuk bidang catalysis, sorption, gas sensing, ion exchange, optics, dan photovoltaics.
Gambar 22. Zeolite mesoposi disintesis dari abu terbang (fly ash) e. Geopolymer
Material ini pertamakali dikembangkan oleh Joseph Davidovits sejak tahun 1973, sedangkan terminologi geopolimer diperkenalkannya pertama kali pada tahun 1976. Material ini memiliki sifat gabungan antara polimer anorganik (plastik) dan keramik. Geopolimer bisa disintesis dari mineral aluminosilikat dan limbah pembakaran dari batu bara ataupun limbah dari hasil peleburan bijih besi atau proses smelting logam tembaga, nikel, dan lain-lain yang menghasilkan terak dengan kandungan silikat dan alumina yang dapat dipergunakan sebagai precursor dalam pembuatan geopolimer. Aplikasinya dapat sebagai pengganti semen (green technology), enkapsulasi limbah B3.
Gambar 23. Geopolimer untuk pembuatan beton f. Biodegradable polymer
Material polimer ini umumnya disintesis dari bahan yang bersumber dari alam sehingga mudah terdegradasi ketika dibuang kea lam, berbeda dengan polimer sintesis
yang tidak mudah terdegradasi. Polimer dapat dirancang agar menjadi partially degradable atau fully degradable. Polimer yang partially degradable adalah polimer yang berasal dari gabungan antara sintetic polimer yang berbasis petroleum dengan komponen organic (bisa sebagai fiber). Ketika dibuang maka komponen organic akan terurai dengan mudah dan cepat oleh mikroorganisme dan meninggalkan struktur matriks yang rapuh sehingga mempermudah alam untuk mendegradasi. Berbeda dengan polimer sintetis yang permukaannya sangat halus sehingga sulit bagi alam untuk mendegradasi. Sedangkan fully degradable polimer adalah polimer yang seluruhnya terbuat dari bahan yang berasal dari alam atau komponen mahluk hidup sehingga lebih mudah terdegradasi. Salah satu contoh dari material ini adalah sintesis polyester dari asam levulinic.
Gambar 24. Proses sintesis polyester dari biomass
Asam levulinik dapat diisolasi dari biomass dengan proses konversi melalui hidrogenasi untuk menghasilkan polyester yang dapat terurai. Untuk aplikasi di bidang medis ada beberapa jenis polimer yang menjadi biomaterial dan mudah terdegradasi di dalam tubuh manusia, utamanya diaplikasikan sebagai drug release system, namun ada juga yang dijadikan sebagai komposit untuk implant di dalam tubuh. Polimer tersebut contohnya adalah collagen, chitosan, dll.
Referensi:
Michael F. Ashby & David R. Jones. 1998. Engineering Materials 2: An Introduction to Microstructures, Processing and Design Second Edition. UK: Biddles Ltd, Guildford and Kingd’s Lynn.
David A. Katz. 1998. Polymers, diakses melalui laman
http://www.chymist.com/Polymers.pdf pada 2 September 2011.
James E. Mark. 1999. Polymer Data Handbook. USA: Oxford University Press, Inc., diunduh melalui laman
http://www.qmc.ufsc.br/~minatti/docs/20061/polymer_data_handbook.pdf pada 2 September 2011.
Dmitri Kopeliovich. Cast Irons. SubsTech (Substance and Technology), diakses melalui laman http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=cast_irons pada 2 September 2011.
Dmitri Kopeliovich. Composites. SubsTech (Substance and Technology), diakses melalui laman http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=composites pada 2 September 2011.
Cast steel: Classification of Carbon and Low-Alloy Steels. Key to Metals, diakses melalui laman http://steel.keytometals.com/articles/art62.htm pada 2 September 2011.
Laman http://www.engineershandbook.com/Tables/alumalloys.htm, diakses pada 2 September 2011.
Laman http://en.wikipedia.org/wiki/brass, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/bronze, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/ceramic, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/copper, diakses pada 2 September 2011.
Laman http://en.wikipedia.org/wiki/brass, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/lead, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/metal, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/polymer, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/tin, diakses pada 2 September 2011.
Laman http://en.wikipedia.org/wiki/cupronickel, diakses pada 2 September 2011. Laman http://en.wikipedia.org/wiki/titanium, diakses pada 2 September 2011.