6/15/2015 1 Materials and their Properties 1 Dhimas Satria Great Idea: A material’s properties result from its constituent atoms and the arrangements of chemical bonds that hold those atoms together • Latar Belakang • Material dan Dunia Modern • Ikatan Kimia • Fase Zat • Klasifikasi Material • Rekayasa Material • Sifat-sifat Material • Piranti Semikonduktor • Advanced Material & Nanotechnology • Knowledge/Creative Based Economy Outline 2 • Kesalahan pemilihan material dapat berakibat pada beberapa kerusakan/kegagalan. • Tanpa pemilihan material yang tepat, rekayasa disain yang baik sekalipun tidak akan bermanfaat. Perlu material yang tepat untuk aplikasi material tertentu. • Pengetahuan tentang sifat-sifat material menjadi penting untuk memperoleh hasil rekayasa yang baik. • Diperlukan pengetahuan tentang kegagalan akibat kesalahan disain dan pemilihan material. Latar Belakang 3 Tragedi Concorde Tahun 2000 Komponen lepas (fatigue) dari pesawat yang sebelumnya menggunakan runaway yang sama → terhantam roda pesawat → tangki bahan bakar bocor 4 World Trade Center: • Rangka berbentuk tabung • Disain yang sangat baik dan kuat, tetapi tidak kuat untuk robohan • Dapat menopang benturan pesawat. • Panas akibat terbakarnya bahan bakar pesawat menyebabkan kekuatan struktur baja berkurang. • Bangunan di atas tempat pesawat menabrak merupakan beban yang merobohkan WTC. Runtuhnya World Trade Center CNN 5 • Material telah mengubah peradaban dunia (contoh: transportasi, perdagangan dan komunikasi). • Fungsionalisasi material didasarkan atas sifat-sifat materialnya. • Sifat material bergantung pada: – Jenis atom penyusunnya – Susunan atomnya – Jenis ikatan antar atomnya Material Dan Dunia Modern Penting untuk mengetahui sifat material agar material tersebut dapat difungsikan sesuai kebutuhan 6 Tabel Periodik Unsur-unsur 7 DIAMOND GRAPHITE Jenis Atom Dan Susunannya 8 Atom saling berikatan melalui pengaturan susunan elektron dari atom-atom tersebut. • Elektron dengan jumlah tertentu (seperti 2, 10, 18 dan 36) membentuk atom yang stabil. • Elektron dapat pindah atau digunakan bersama untuk membentuk atom yang stabil. • Jenis-jenis ikatan kimia : – Ikatan ionik: ikatan melalui gaya tarik elektrostatik dari ion- ion yang berbeda muatan – Ikatan kovalen: ikatan kimia hasil berbagi (sharing) elektron – Ikatan metal: ikatan yang dibentuk dari gaya tarik-menarik elektrostatik antara elektron-elektron yang terdelokalisasi, dengan ion-ion metal bermuatan positif. Ikatan Kimia 9
6
Embed
Material and Their Properties - mesin.untirta.ac.idmesin.untirta.ac.id/dhimas/wp-content/uploads/sites/2/2015/06/7... · solar, aspal dan pelumas merupakan ... • Kereta Api: rel,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
6/15/2015
1
Materials and their
Properties
1
Dhimas Satria
Great Idea:
A material’s properties result from its constituent atoms
and the arrangements of chemical bonds that hold
those atoms together
• Latar Belakang
• Material dan Dunia Modern
• Ikatan Kimia
• Fase Zat
• Klasifikasi Material
• Rekayasa Material
• Sifat-sifat Material
• Piranti Semikonduktor
• Advanced Material & Nanotechnology
• Knowledge/Creative Based Economy
Outline
2
• Kesalahan pemilihan material dapat berakibat pada beberapa kerusakan/kegagalan.
• Tanpa pemilihan material yang tepat, rekayasa disain yang baik sekalipun tidak akan bermanfaat. Perlu material yang tepat untuk aplikasi material tertentu.
• Pengetahuan tentang sifat-sifat material menjadi penting untuk memperoleh hasil rekayasa yang baik.
• Diperlukan pengetahuan tentang kegagalan akibat kesalahan disain dan pemilihan material.
Latar Belakang
3
Tragedi Concorde Tahun 2000
Komponen lepas (fatigue) dari pesawat yang sebelumnya menggunakan
runaway yang sama → terhantam roda pesawat → tangki bahan bakar bocor
4
World Trade Center:
• Rangka berbentuk tabung
• Disain yang sangat baik dan kuat, tetapi tidak kuat untuk robohan
• Dapat menopang benturan pesawat.
• Panas akibat terbakarnya bahan bakar pesawat menyebabkan kekuatan struktur baja berkurang.
• Bangunan di atas tempat pesawat menabrak merupakan beban yang merobohkan WTC.
Runtuhnya World Trade Center
CNN
5
• Material telah mengubah peradaban dunia
(contoh: transportasi, perdagangan dan
komunikasi).
• Fungsionalisasi material didasarkan atas
sifat-sifat materialnya.
• Sifat material bergantung pada:
– Jenis atom penyusunnya
– Susunan atomnya
– Jenis ikatan antar atomnya
Material Dan Dunia Modern
Penting untuk
mengetahui sifat material
agar material tersebut
dapat difungsikan sesuai
kebutuhan
6
Tabel Periodik Unsur-unsur
7
DIAMOND GRAPHITE
Jenis Atom Dan Susunannya
8
Atom saling berikatan melalui pengaturan susunan elektron dari atom-atom tersebut. • Elektron dengan jumlah tertentu (seperti 2, 10, 18 dan
36) membentuk atom yang stabil.
• Elektron dapat pindah atau digunakan bersama untuk membentuk atom yang stabil.
• Jenis-jenis ikatan kimia :
– Ikatan ionik: ikatan melalui gaya tarik elektrostatik dari ion- ion yang berbeda muatan
– Ikatan kovalen: ikatan kimia hasil berbagi (sharing) elektron
– Ikatan metal: ikatan yang dibentuk dari gaya tarik-menarik elektrostatik antara elektron-elektron yang terdelokalisasi, dengan ion-ion metal bermuatan positif.
Ikatan Kimia
9
6/15/2015
2
Ikatan Ionik
10
Ikatan Ionik
11
Ikatan Kovalen
Hidrogen
12
Ikatan Kovalen
Air
13
Ikatan Metalik
14
Ikatan Metalik
15
Fase Zat
16
Zat Padat
(Bentuk Dan Volume Tetap)
Kristal: atom-atom tersusun secara teratur
17
Zat Padat: Plastik
Plastik: terbentuk dari
rantai molekul
18
6/15/2015
3
Plastik Daur Ulang
19
• Kristal Cair (Liquid Crystals): Molekul
dapat diorientasikan oleh medan listrik.
Zat Cair
20
Gas
Volume dan bentuk dapat berubah
21
Perubahan Fase Zat
HYDROCARBONS
22
Bensin, minyak tanah,
solar, aspal dan
pelumas merupakan
hasil penyulingan dari
minyak mentah.
Proses Penyulingan (Destilasi)
23
1. Metal
2. Keramik
3. Polymer
4. Material Elektronik
5. Komposit
Klasifikasi Material
24
1. Metal – Besi
– Alloy dan Superalloy (contoh: alloy untuk keperluan dirgantara)
• Nitrida (Si3N4, AlN, GaN, BN, dan TiN, yang digunakan untuk hard coatings.)
Keramik Dan Sifat-sifatnya
34
Ciri-ciri utama:
• Tersusun dari unsur-unsur utama C dan H (hydrocarbon).
• Titik leleh rendah.
• Beberapa polymer berbentuk kristal, tapi sebagian besar bukan kristalin.
• Sebagian besar merupakan penghantar listrik dan panas yang buruk.
• Sebagian besar bersifat plastik, tapi beberapa polymer bersifat elastik.
• Sebagian polymer bersifat transparan dan sebagian lain tidak transparan.
Polymer Dan Sifat-sifatnya
35
Ciri-ciri lainnya:
• Polymer biasanya sangat ringan dan mudah dalam proses pembentukannya, seperti di cetak, dibuat lembaran tipis atau sebagai lapisan pelindung (coating). Selain itu polymer lebih murah biaya pembuatannya.
• Umumnya sangat resisten terhadap lingkungan.
• Karena merupakan penghantar listrik dan panas yang buruk serta mudah dibentuk, polymer sangat berguna untuk insulator listrik dan peralatan rumah tangga.
Polymer Dan Sifat-sifatnya
36
6/15/2015
5
Polymer Dan Sifat-sifatnya
37
Dua tipe utama polymer:
• Thermosets: cross-linked polymers yang membentuk jaringan 3D, sehingga lebih kuat dan lebih kaku.
• Thermoplastics: long-chain polymers yang dapat dengan mudah bergeser antara satu dengan lainnya jika dipanaskan, sehingga lebih mudah dibentuk, dibengkokkan dan mudah patah.
Polymer Dan Sifat-sifatnya
Unsur-unsur pembentuk polymer (terbatas)
38
Aplikasi:
• Bahan perekat
• Berbagai jenis wadah dan botol
• Produk cetakan (casing komputer, printer, telepon, dll)
• Material untuk mebel dan pakaian (vinyls, polyester, nylon)
• Water-resistant coating (latex)
• Biomaterial (organic/inorganic)
• Liquid crystal
• Low-friction material (teflon)
• Oli sintetis dan pelumas.
• Gasket dan O-rings (karet)
• Sabun dan surfaktan
Polymer Dan Sifat-sifatnya
39
• Jenis kekuatan (strength) untuk karakterisasi material – Tekanan (compressive strength)
– Tarikan (tensile strength)
– Geseran (shear strength)
• Ada batas elastik untuk setiap material
• Kekuatan material bergantung pada: – Jenis unsur penyusun
– Cara atom tersusun
– Ikatan kimia susunan atomnya.
Sifat-sifat Material (Mekanik)
40
• Tumpukan kertas
• Bangunan terbuat
dari susunan
batu/bata
• Susunan kayu
Kekuatan Tekanan
41
• Kabel
• Tali
• Rantai
Kekuatan Tarikan
42
• Susunan alat penopang
• Intan
Kekuatan Geseran
43
• Medan magnetik
– Ditimbulkan oleh
arus listrik.
– Sifat magnetik atom
ditimbulkan oleh
spin elektron
• Kemagnetan
– Derajat kesearahan
domain menentukan
besar kekuatan medan
magnet.
Sifat Magnetik
44
Berdasarkan sifat penghantaran
arus listrik, material dapat
digolongkan kedalam:
• Konduktor: dapat
menghantarkan arus listrik
(muatan bebas)
• Insulator: tidak dapat
menghantarkan arus listrik.
• Semikonduktor: bersifat antara
konduktor - isolator
• Superkonduktor: resistansi nol
Sifat Listrik
45
6/15/2015
6
Terima Kasih
Bab XI Konsep Pengembangan Ilmu Pengetahuan (KPIP) 46