Seiring dengan perkembangan sosial dan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, banyak material baru dengan sifat unik telah ditemukan dan dengan cepat mendapatkan popularitas.
Ketika memperkenalkan material-material ini, terutama di kalangan profesional, orang sering menyebutnya sebagai "material paling menjanjikan di abad ke-21" atau "material penentu abad," menekankan pentingnya strategisnya dalam membentuk masa depan. teknologi material baru.
Namun, apakah mereka benar-benar layak menyandang gelar tersebut? Mari kita teliti lebih dekat material-material ini dan evaluasi potensinya dari perspektif material yang baru.
Grafena
Pada tahun 2004, Andrew Geim, Konstantin Novoselov, dan rekan-rekan mereka berhasil mengisolasi graphene lapisan tunggal dari grafit serpihan menggunakan eksfoliasi mekanis.
Tonggak sejarah ini menandai lahirnya apa yang disebut “Raja Materi Baru” dan mengungkap sifat-sifat listrik, mekanik, dan termal graphene yang luar biasa.
Grafena adalah kristal dua dimensi yang tersusun dari atom-atom karbon yang tersusun rapat.
Saat ini, material ini merupakan nanomaterial tertipis dan salah satu yang terkuat yang dikenal.
Material ini memiliki ketebalan ultra-tipis, bobot ultra-ringan, fleksibilitas luar biasa, kekuatan sangat tinggi, konduktivitas listrik yang unggul, konduktivitas termal yang sangat baik, dan transparansi optik yang tinggi.
Dengan menggabungkan mobilitas elektron yang tinggi, resistivitas rendah, kekuatan mekanik yang unggul, dan pembuangan panas yang sangat baik, graphene menunjukkan potensi yang sangat besar dalam bidang elektronik, optik, magnetik, biomedis, katalisis, penyimpanan energi, dan sensor.
Material ini secara luas dianggap sebagai material kunci yang akan membentuk persaingan teknologi tinggi di masa depan.
Serat Karbon
Serat karbon adalah material baru dominan lainnya di bidang material canggih. Material ini diproduksi dengan mengkarbonisasi serat organik pada suhu tinggi dalam atmosfer inert, menghilangkan unsur-unsur non-karbon.
Sering disebut sebagai “emas hitam” Dalam industri, serat karbon memiliki kekuatan lima hingga delapan kali lipat dari baja, sementara beratnya hanya seperempatnya.
Material ini memiliki kekuatan tinggi, kepadatan rendah, ketahanan terhadap suhu tinggi, dan ketahanan terhadap korosi.
Serat karbon adalah material pilihan untuk penguatan ringan dan dianggap sebagai sumber daya strategis bagi perekonomian nasional dan industri pertahanan.
Nanotube Karbon
Sejak penemuannya pada tahun 1991, nanotube karbon tetap menjadi fokus penelitian utama.
Para ilmuwan di seluruh dunia telah mempelajari secara ekstensif sifat termal dan listriknya. Nanotube karbon dibentuk dengan menggulung lembaran grafena satu lapis atau multi-lapis.
Nanotube dapat diklasifikasikan sebagai nanotube berdinding tunggal, berdinding ganda, atau berdinding banyak.
Karena ukurannya yang sangat kecil, nanotube karbon bahkan dapat memasuki sel. Struktur uniknya memberikan kekuatan mekanik yang luar biasa, mobilitas pembawa muatan yang sangat tinggi, celah pita yang dapat disesuaikan, kinerja termal yang sangat baik, sifat optik dan listrik, serta stabilitas kimia. Keunggulan gabungan ini menjadikan nanotube karbon sangat menjanjikan dalam rekayasa material, perangkat elektronik, penyimpanan energi, fotodetektor, dan aplikasi biomedis.
Berlian
Berlian adalah material alami terkeras yang diketahui, dengan kekerasan Mohs 10.
Dalam pemrosesan material, berlian hampir tak tertandingi. Berlian juga memiliki salah satu konduktivitas termal tertinggi yang ditemukan di alam, berkisar antara 200 hingga 2200 W/(m·K). Selain itu, berlian adalah semikonduktor ultra-lebar pita dengan celah pita 5,5 eV.
Material ini menawarkan mobilitas elektron yang tinggi, kecepatan saturasi yang tinggi, kekuatan medan listrik tembus yang sangat tinggi, dan konduktivitas termal yang luar biasa. Angka kualitas Johnson untuk perangkat daya berlian sekitar sepuluh kali lebih tinggi daripada silikon karbida (SiC).
Seiring dengan kematangan elektronika daya SiC dan GaN, tuntutan baru mendorong pengembangan perangkat daya generasi berikutnya. Berlian secara luas dianggap sebagai material yang paling menjanjikan untuk perangkat elektronik berdaya tinggi, berfrekuensi tinggi, bersuhu tinggi, dan berkehilangan rendah, sehingga mendapatkan gelar “Semikonduktor terbaik.”
Silikon Karbida (SiC)
Silikon karbida saat ini merupakan material semikonduktor generasi ketiga yang paling matang.
Dalam beberapa tahun terakhir, SiC telah mendapatkan momentum yang luar biasa. Di bawah strategi global “dual-karbon”, SiC telah terintegrasi secara mendalam dengan kendaraan energi baru, fotovoltaik, dan industri penyimpanan energi. Akibatnya, SiC sering digambarkan sebagai material semikonduktor yang “lepas landas.”
Keramik Canggih
Keramik canggih—juga dikenal sebagai keramik halus, keramik teknis, atau keramik berkinerja tinggi—adalah salah satu dari tiga kategori material padat utama, bersama dengan logam dan polimer. Alih-alih merujuk pada satu material tunggal, keramik canggih mencakup keluarga yang luas. Sebagian besar di antaranya menunjukkan sifat mekanik, akustik, optik, termal, listrik, dan biologis yang sangat baik.
Keramik banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan, informasi elektronik, teknik biomedis, dan manufaktur peralatan canggih. Meskipun keramik sudah digunakan dalam busi otomotif pada awal abad ke-20, potensinya terus berkembang. Dari komponen mekanik tradisional hingga kendaraan energi baru dan peralatan semikonduktor, masa depan keramik canggih tetap tak terbatas.
Bahan Superkonduktor
Material superkonduktor menunjukkan hambatan listrik nol di bawah suhu kritis tertentu. Tiga sifat utamanya—hambatan nol, diamagnetisme sempurna, dan efek penerowongan—telah menarik perhatian global. Aplikasi yang paling terkenal adalah pada jaringan listrik. Karena hambatan dihilangkan, kerugian transmisi daya dapat dikurangi hingga 10–20%, sehingga menawarkan penghematan energi yang signifikan.
Aerogel
Aerogel adalah material padat ringan dengan struktur jaringan nanopori.
Sering disebut “asap tebal,” Material ini terdiri hingga 99,8% udara. Material ini memiliki porositas yang sangat tinggi, luas permukaan spesifik yang besar, densitas ultra-rendah, dan konduktivitas termal yang sangat rendah.
Singkatnya, aerogel sangat ringan, sangat kuat, dan memiliki daya isolasi yang tinggi. Aerogel banyak digunakan dalam katalisis, isolasi termal, dan aplikasi canggih lainnya, sehingga mendapatkan reputasi sebagai "bahan ajaib."
Logam Cair
Logam cair merujuk pada logam atau paduan logam dengan titik leleh mendekati atau di bawah suhu ruangan.
Logam cair tetap berbentuk cairan pada suhu ruangan atau sedikit lebih tinggi. Contoh umum termasuk merkuri (Hg), galium (Ga), rubidium (Rb), dan sesium (Cs). Logam cair memiliki konduktivitas listrik dan termal yang luar biasa, tertinggi di antara material cair yang dikenal. Mereka menggabungkan sifat logam dengan perilaku cair, menjadikannya material multifungsi yang serbaguna.
Kerangka Logam-Organik (MOF)
Dalam beberapa tahun terakhir, kerangka logam-organik (MOF) telah muncul sebagai kelas baru material berpori kristalin. MOF telah menarik perhatian luas di seluruh dunia. Tidak seperti material berpori tradisional seperti zeolit dan karbon aktif, MOF terbentuk melalui perakitan mandiri ion atau gugus logam dengan ligan organik melalui ikatan koordinasi.
Struktur unik ini memberikan MOF keteraturan struktural dan kemampuan penyesuaian yang tinggi, sehingga menghasilkan beragam sifat dan fungsi.
Paduan Ringan
Paduan titanium menawarkan kekuatan tinggi, keuletan yang baik, ketahanan terhadap korosi, dan sifat non-magnetik. Selain paduan titanium, paduan ringan juga mencakup paduan aluminium dan magnesium. Paduan aluminium telah banyak digunakan selama beberapa dekade di mobil dan kapal. Paduan magnesium, logam struktural teringan yang digunakan secara praktis, dianggap sebagai salah satu material terpenting untuk mengurangi bobot kendaraan.
Polieter Eter Keton (PEEK)
Polieter eter keton (PEEK) adalah termoplastik linier, semi-kristalin, berkinerja tinggi, dan merupakan material baru yang representatif di bidang polimer rekayasa canggih. Kerangka molekulnya terdiri dari gugus keton, ikatan eter, dan cincin aromatik, membentuk struktur aromatik sepenuhnya. PEEK menawarkan sifat mekanik, stabilitas termal, dan ketahanan kimia yang sangat baik. Sejak diperkenalkan, PEEK telah dianggap sebagai material baru yang penting untuk aplikasi pertahanan dan kedirgantaraan.
Litium Niobate (LiNbO₃) Lapisan Tipis
Litium niobat adalah senyawa litium, niobium, dan oksigen. Senyawa ini merupakan kristal feroelektrik dengan polarisasi spontan yang kuat dan suhu Curie tertinggi yang diketahui di antara material feroelektrik lainnya. Litium niobat menunjukkan efek elektro-optik yang kuat, sifat yang dapat diatur, stabilitas kimia, dan jendela transmisi optik yang lebar.
Jika komunikasi optik adalah "jalan raya" daya komputasi AI, modulator litium niobate film tipis adalah "stasiun pengisian daya ultra cepat". Mereka secara langsung menentukan kecepatan, efisiensi, dan stabilitas transmisi data. Di luar komunikasi optik dan komputasi AI, litium niobate film tipis menunjukkan potensi besar dalam LiDAR, komunikasi kuantum, dan laser ultra cepat.
Bahan Kuantum
Jika semikonduktor adalah sebuah "kebutuhan," maka material kuantum mewakili masa depan. Material ini mendasari komputasi kuantum, komunikasi kuantum, dan penginderaan kuantum. Material seperti isolator topologi dan material dua dimensi dianggap sangat menjanjikan. Namun, komersialisasi masih jauh. Selama dekade berikutnya, material kuantum kemungkinan besar akan tetap didorong oleh penelitian, dengan aplikasi prototipe yang terbatas.
Bahan Pencetakan 4D
Pencetakan 4D memperluas kemampuan pencetakan 3D dengan memungkinkan struktur untuk mengubah bentuk seiring waktu. Transformasi ini dikendalikan melalui desain material dan rangsangan eksternal. Saat ini, teknologi pencetakan 4D berada pada tingkat kesiapan rendah hingga menengah. Terobosan besar diharapkan terjadi di bidang elektronik fleksibel dan kedirgantaraan dalam 5–10 tahun ke depan. Material umum meliputi polimer memori bentuk, hidrogel, elastomer kristal cair, dan logam kuantum.
Borofena
Grafena adalah material dua dimensi yang terdiri dari lapisan tunggal atom boron, yang menunjukkan konduktivitas terarah, kekuatan tarik tinggi, dan sifat metalik. Struktur uniknya menjadikannya kandidat yang menjanjikan untuk aplikasi di bidang elektronik dan optik. Misalnya, di bidang elektronik, grafena digunakan dalam transistor efek medan dan sensor untuk meningkatkan kinerja dan keandalan perangkat. Di bidang optik, grafena digunakan dalam fotodetektor dan modulator optik untuk meningkatkan sensitivitas dan kecepatan respons perangkat. Di sektor energi, grafena digunakan dalam elektroda baterai dan superkapasitor untuk meningkatkan kepadatan energi dan masa pakai siklus. Dalam komputasi kuantum, grafena digunakan dalam qubit dan sirkuit kuantum untuk meningkatkan efisiensi dan stabilitas komputasi kuantum.
Grafit Khusus
Grafit khusus adalah bentuk grafit dengan kemurnian tinggi, kekuatan tinggi, dan kepadatan tinggi.
Ini adalah sumber daya strategis yang tak tergantikan di industri-industri yang sedang berkembang. Sumber daya ini banyak digunakan dalam fotovoltaik, semikonduktor, baterai energi baru, metalurgi, pengolahan kimia, permesinan, dan elektronik.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen
