TUGAS MAKALAH MATERIAL CERDAS KELAS A
Kelompok 4 Oleh: Handrew Kharima !"4#$#%%%&'( A)in Oi Adi*a !"4#$#%%#"'( Di+a,en- L.l.k Karlina !"4#4#%%%#"( Ariel /aihal Lin--a 0 !"4#4#%%%$&( 1.niar Dian*ika !"4#4#%%%23( Ahmad S+ari) H !"4#4#%%%5#(
DE0ARTEME6 TEK6IK /ISIKA /AKULTAS TEK6OLOGI I6DUSTRI I6STITUT TEK6OLOGI SE0ULUH 6O0EM7ER SURA7A8A "%#3
I.
PENJELASAN MENGENAI METAMATERIAL DAN PENERAPANNYA
Gambar 1. Metamaterial
Metamaterial adalah sebuah material hasil rekayasa yang tersusun dari nanopartikel (partikel yang berukuran nano dalam bentuk satuan sel) dengan susunan tertentu (secara periodik) sehingga arah gelombang mekanik maupun elektromagnetik yang mengenai bahan tersebut dapat diarahkan.
Gambar 2. Struktur Metamaterial Prinsip kerja Konsep dasar dari penerapan teknologi material cerdas ini adalah merubah arah perambatan gelombang cahaya. Dalam proses tersebut dapat dilakukan dengan mengubah secara langsung atau menghilangkannya secara langsung. Proses mengubah ini dapat didekati dengan merubah indeks biasnya, beserta fasa dari gelombang optiknya.
Gambar 3. Perambatan gelombang pada metamaterial Aplikasi meamaerial Aplikasi !alam kaiann"a !en#an #el$mban# mekanik Metamaterial dapat diaplikasikan dalam mengubah sifat gelombang pada rentang yang lebar dan beragam. Salah satunya adalah gelombang mekanik dengan frekuensi yang lebar. Dalam penerapan ini dapat memungkinkan diciptakannya pelapis benda anti pendeteksi sonar atau radar. Selain itu juga dapat digunakan dalam mengurangi efek kerusakan pada bangunan ketika terjadi gempa seismik.
Gambar %. Penerapan metamaterial sebagai proteksi Selain itu meta material juga dapat dimanfaatkan sebagai penyembunyi objek dari bentuk aslinya. Penerapan ini telah diterapkan dalam bidang militer. Pada gelombang ifi untuk mengurangi refleksi dan penyerapan energi gelombang yang dapat menurunkan poer sinyal.
Gambar &. Penerapan metamaterial dalam bidang militer
Aplikasi !alam kaiann"a !en#an lensa
Dalam lensa, kualitas yang diinginkan adalah tingkat difraksinya yang sangat kecil, sehingga dapat menghasilkan lensa yang tidak memiliki aberasi. Penerapan ini dapat menyebabkan beberapa teknologi yang menggunakan lensa semakin baik, meliputi laser, pencitraan satelit.
Gambar '. Superlens menggunakan metamaterial untuk melampaui batas difraksinya. P enjalaran cahaya pada indeks bisa positif (a), penjalaran cahaya pada indeks bisa negatif (b), dan penerapannya dalam superlens II.
PENJELASAN MAGNET( ELE)TR( R*E(L(GI)AL +L,IDS PADA S,SPENSI M(-IL
!. Pengertian "heologi "heologi berasal dari bahasa #unani yaitu rheo dan logos. "heo berarti mengalir, dan logos berarti ilmu. Sehingga rheologi adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran $at cair dan deformasi $at padat. "heologi erat kaitannya dengan %iskositas. &iskositas merupakan suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir' semakin tinggi %iskositas, semakin besar tahanannya untuk mengalir. &iskositas dinyatakan dalam simbol . Dalam bidang ilmu mataerial cerdas, ada bagian dari material "heologi yang dapat dikatakan sebagai material cerdas. al ini dikarenakanan sifat dari material tersebut (%iskositas) dapat berubah akibat pengaruh dari luar seperti akibat medan listrik atau medan magnet *. Magnetorheology +luid *.! Pengertian Magnetorheological +luid (+luid M", atau M"+) adalah jenis fluida cerdas dalam fluida pembaa, biasanya sejenis minyak. Ketika fluida ini diberi medan magnet, fluida tersebut %iskositasnya akan meningkat dengan hebat, sampai menjadi suatu padatan %iskoelastis. #ang terpenting, yield stress dari fluida ketika keadaan aktifnya (on) dapat dikendalikan dengan sangat akurat dengan mem%ariasikan intensitas medan magnet. asilnya adalah kemampuan cairan untuk mentransmisikan kekuatan dapat dikendalikan dengan elektromagnet, yang menghasilkan banyak kemungkinan aplikasi berbasis kontrol. +luida M" berbeda dari ferofluid yang memiliki partikel lebih kecil. Partikel +luida M" berada pada skala mikrometer dan terlalu padat untuk gerakan -ron agar tetap tertahan (pada cairan pengangkut dengan densitas rendah). Partikel ferrofluid berada dalam skala partikel nano yang tersuspensi oleh gerakan -ron dan umumnya tidak akan menetap dalam kondisi normal. kibatnya, kedua fluida ini memiliki aplikasi yang sangat berbeda. *.* /ara kerja Sebelum diberi medan magnet Partikel tersebar dalam cairan suspensi dalam kondisi acak dan tidak beraturan
Sesudah diberi medan magnet Ketika diberi medan magnet, partikel mikroskopik (biasanya dalam kisaran 0,!1!0 2m) menyelaraskan diri di sepanjang garis fluks magnetik.
*.3 Perilaku Material 4ntuk memahami dan memprediksi perilaku fluida M", perlu dimodelkan cairan secara matematis, sebuah tugas yang sedikit rumit oleh sifat material yang ber%ariasi (seperti tegangan imbal hasil). Seperti disebutkan di atas, cairan cerdas sedemikian rupa sehingga memiliki %iskositas rendah tanpa medan magnet terapan, namun menjadi kuasi padat dengan penerapan bidang semacam itu. Dalam kasus cairan M" (dan 5"), cairan tersebut benar1benar mengasumsikan sifat yang sebanding dengan padatan bila dalam keadaan aktif (on), sampai titik hasil (tegangan geser di atas yang terjadi geser). 6egangan hasil ini (biasanya disebut tegangan hasil nyata) bergantung pada medan magnet yang diaplikasikan pada fluida, namun akan mencapai titik maksimum setelah kenaikan kerapatan fluks magnetik tidak memiliki efek lebih lanjut, karena fluida kemudian mengalami saturasi secara magnetis. Perilaku cairan M" dapat dianggap serupa dengan plastik -ingham, model material yang telah diselidiki dengan baik. 7amun, cairan M" tidak persis mengikuti karakteristik plastik -ingham. Misalnya, di baah #ield stress (dalam keadaan aktif atau on), fluida berperilaku sebagai material %iskoelastik, dengan modulus kompleks yang juga diketahui bergantung pada intensitas medan magnet. /airan M" juga diketahui mengalami penipisan geser, dimana %iskositas di atas menghasilkan penurunan dengan laju geser meningkat. Selanjutnya, perilaku cairan M" saat berada dalam keadaan off juga tidak bergantung pada 7eton dan suhu, namun hanya menyimpang sedikit saja agar cairan tersebut pada akhirnya dianggap sebagai plastik -ingham untuk analisis sederhana. Dengan demikian, model perilaku cairan M" dalam mode geser menjadi8
*.9 Model :perasi dan plikasi /airan M" digunakan pada salah satu dari tiga mode operasi utama, yaitu flo mode, shear mode and s;uee$e1flo mode. Mode ini melibatkan, masing1masing, fluida yang mengalir sebagai hasil gradien tekanan antara dua pelat stasioner' /airan antara dua lempeng yang bergerak relatif terhadap satu sama lain' Dan cairan di antara dua pelat bergerak ke arah tegak lurus terhadap bidangnya. Dalam semua kasus medan magnet tegak lurus terhadap bidang pelat, sehingga membatasi cairan ke arah yang sejajar dengan pelat.
plikasi berbagai mode ini sangat banyak. +lo mode dapat digunakan pada peredam dan peredam kejut, dengan menggunakan gerakan yang akan dikontrol untuk memaksa cairan melalui saluran, di mana medan magnet diaplikasikan. Shear Mode sangat berguna dalam cengkeraman dan rem 1 di tempat di mana gerak rotasi harus dikendalikan. S;ue$e < +lo mode, di sisi lain, paling sesuai untuk aplikasi yang mengendalikan gerakan dalam orde milimeter namun melibatkan kekuatan besar. Mode aliran secara khusus ini sejauh ini telah melihat penyelidikan paling tidak. Secara keseluruhan, di antara ketiga mode operasi ini, cairan M" dapat diaplikasikan dengan sukses ke berbagai aplikasi. 7amun, ada beberapa keterbatasan yang perlu disebutkan disini. *.= Keterbatasan Meskipun cairan cerdas benar dilihat memiliki banyak aplikasi potensial, namun keterbatasannya dalam kelayakan komersial karena alasan berikut8 a. Kepadatan tinggi, karena kehadiran besi, membuat mereka berat. 7amun, %olume operasi kecil, jadi sementara ini masalah, itu tidak bisa diatasi. b. /airan berkualitas tinggi harganya mahal. c. /airan mengalami penebalan setelah penggunaan yang lama dan perlu diganti. plikasi komersial memang ada, seperti yang disebutkan, namun akan terus sedikit sampai masalah ini (terutama biaya) diatasi. Penyelesaian partikel ferro bisa menjadi masalah bagi beberapa aplikasi 3. 5lectrorheology +luid 3.! Pengertian 5lectrorheological +luid (+luid 5", atau 5"+) adalah suspensi partikel yang sangat non1 konduktor tetapi merupakan partikel elektrik aktif (diameter hingga =0 mikrometer) dalam sebuah cairan isolasi elektrik. Ketika fluida ini diberi medan listrik, fluida tersebut %iskositasnya akan meningkat dengan hebat, sampai menjadi suatu padatan %iskoelastis. #ang terpenting, yield stress dari fluida ketika keadaan aktifnya (on) dapat dikendalikan dengan sangat akurat dengan mem%ariasikan intensitas medan listrik. asilnya adalah kemampuan cairan untuk mentransmisikan kekuatan dapat dikendalikan dengan elektromagnet, yang menghasilkan banyak kemungkinan aplikasi berbasis kontrol. &iskositas dari cairan ini berubah secara re%ersibel dengan urutan hingga !00.000 sebagai respons terhadap medan listrik. Sebagai contoh, cairan 5" yang khas dapat beralih dari konsistensi cairan ke gel, dan kembali, dengan aktu respons pada urutan milidetik 3.* /ara Kerja
Sebelum diberi medan listrik, partikel tersebar dalam cairan suspensi dalam kondisi acak dan tidak beraturan. Ketika diberi medan listrik, partikel mikroskopik (biasanya dalam kisaran 0,!1!0 2m) menyelaraskan diri di sepanjang garis fluks electrik. Ketika diberi medan listrik, dipole dipole di dalam partikel saling menyusun sesuai dengan arah medan listrik yang diberikan dan saling berikatan akibat gaya elektrostatik antar partikel. 3.3 Perilaku Material 4ntuk memahami dan memprediksi perilaku fluida M", perlu dimodelkan cairan secara matematis, sebuah tugas yang sedikit rumit oleh sifat material yang ber%ariasi (seperti tegangan imbal hasil). Seperti disebutkan di atas, cairan cerdas sedemikian rupa sehingga memiliki %iskositas rendah tanpa medan magnet terapan, namun menjadi kuasi padat dengan penerapan bidang semacam itu. Dalam kasus cairan M" (dan 5"), cairan tersebut benar1benar mengasumsikan sifat yang sebanding dengan padatan bila dalam keadaan aktif (on), sampai titik hasil (tegangan geser di atas yang terjadi geser). 6egangan hasil ini (biasanya disebut tegangan hasil nyata) bergantung pada medan magnet yang diaplikasikan pada fluida, namun akan mencapai titik maksimum setelah kenaikan kerapatan fluks magnetik tidak memiliki efek lebih lanjut, karena fluida kemudian mengalami saturasi secara magnetis. Perilaku cairan M" dapat dianggap serupa dengan plastik -ingham, model material yang telah diselidiki dengan baik. 7amun, cairan M" tidak persis mengikuti karakteristik plastik -ingham. Misalnya, di baah #ield stress (dalam keadaan aktif atau on), fluida berperilaku sebagai material %iskoelastik, dengan modulus kompleks yang juga diketahui bergantung pada intensitas medan magnet. /airan M" juga diketahui mengalami penipisan geser, dimana %iskositas di atas menghasilkan penurunan dengan laju geser meningkat. Selanjutnya, perilaku cairan M" saat berada dalam keadaan off juga tidak bergantung pada 7eton dan suhu, namun hanya menyimpang sedikit saja agar cairan tersebut pada akhirnya dianggap sebagai plastik -ingham untuk analisis sederhana.
3.9 Mode :perasi dan plikasi a. Mode :perasi /airan 5" digunakan pada salah satu dari tiga mode operasi utama, yaitu flo mode, shear mode and s;uee$e1flo mode. Mode ini melibatkan, masing1masing, fluida yang mengalir sebagai hasil gradien tekanan antara dua pelat stasioner' /airan antara dua lempeng yang bergerak relatif terhadap satu sama lain' Dan cairan di antara dua pelat bergerak ke arah tegak lurus terhadap bidangnya. Dalam semua kasus medan magnet tegak lurus terhadap bidang pelat, sehingga membatasi cairan ke arah yang sejajar dengan pelat.
b. plikasi plikasi berbagai mode ini sangat banyak. +lo mode dapat digunakan pada peredam dan peredam kejut, dengan menggunakan gerakan yang akan dikontrol untuk memaksa cairan melalui saluran, di mana medan magnet diaplikasikan. Shear Mode sangat berguna dalam cengkeraman dan rem 1 di tempat di mana gerak rotasi harus dikendalikan. S;ue$e < +lo mode, di sisi lain, paling sesuai untuk aplikasi yang mengendalikan gerakan dalam orde milimeter namun melibatkan kekuatan besar. Mode aliran secara khusus ini sejauh ini telah melihat penyelidikan paling tidak. Secara keseluruhan, di antara ketiga mode operasi ini, cairan M" dapat diaplikasikan dengan sukses ke berbagai aplikasi. 7amun, ada beberapa keterbatasan yang perlu disebutkan disini.
III.
3.= Masalah dan Keuntungan Masalah utama adalah baha cairan 5" adalah suspensi, maka pada aktunya mereka cenderung untuk menyelesaikan, maka cairan 5" yang canggih dapat mengatasi masalah ini dengan cara seperti mencocokkan kepadatan komponen padat dan cair, atau dengan menggunakan partikel nano, yang membaa cairan M ke dalam Sejalan dengan perkembangan cairan magnetorheological. Masalah lain adalah baha tegangan rusaknya udara adalah > 3 k& ? mm, yang berada di dekat medan listrik yang dibutuhkan agar perangkat 5" beroperasi. Keuntungannya adalah perangkat 5" dapat mengendalikan daya mekanik lebih banyak daripada daya listrik yang digunakan untuk mengendalikan efek, yaitu dapat berfungsi sebagai penguat daya. 6api keuntungan utamanya adalah kecepatan respon, ada beberapa efek lain yang bisa mengendalikan begitu banyak tenaga mekanik atau hidrolik begitu cepat. Sayangnya, peningkatan %iskositas nyata yang dialami oleh kebanyakan cairan elektroronologis yang digunakan dalam mode geser atau aliran relatif terbatas. /airan 5" berubah dari cairan 7etonian menjadi lumpur semi1keras sebagian kristal. 7amun, cairan yang hampir sempurna terhadap perubahan fasa padat dapat diperoleh saat cairan elektroronologis juga mengalami tekanan tekan. 5fek ini telah digunakan untuk memberikan tampilan -raille elektrokotika dan cengkeraman yang sangat efektif. PENJELASAN MAGEN(TSTRI)TIE MATERIAL Magnetostriction adalah perubahan bentuk bahan di baah pengaruh medan magnet eksternal. Penyebab perubahan magnetostriction panjangnya adalah hasil rotasi domain magnetik kecil. "otasi dan orientasi ulang ini menyebabkan ketegangan internal pada struktur material. Strain dalam struktur menyebabkan peregangan (dalam kasus magnetostriction positif) dari material ke arah medan magnet. Selama proses peregangan ini penampang melintang dikurangi sedemikian rupa sehingga %olumenya dijaga hampir konstan. 4kuran perubahan %olume sangat kecil sehingga bisa terbengkalai dalam kondisi operasi normal. Menerapkan bidang yang lebih kuat menyebabkan orientasi ulang lebih kuat dan lebih pasti dari domain yang semakin banyak ke arah medan magnet. -ila semua domain magnetik telah selaras dengan medan magnet, titik jenuh telah tercapai.
Sejarah magnetostriction dimulai pada aal !@901an ketika Aames Prescott Aoule (!@!@1!@@B) mengidentifikasi secara positif perubahan panjang sampel besi saat magnetisasi berubah. 5fek ini, yang dikenal sebagai efek Aoule, adalah mekanisme magnetostricti%e yang paling umum digunakan pada aktuator magnetostricti%e. Perubahan trans%ersal dalam dimensi menyertai perubahan panjang yang dihasilkan oleh efek Aoule. 5fek timbal balik, di mana menerapkan tekanan pada material menyebabkan perubahan magnetisasi, dikenal sebagai efek &illari (juga disebut efek magnetostriktif dan efek magnetomekanik).5fek &illari biasanya digunakan pada sensor magnetostricti%e. 5fek magnetostriktif tambahan yang digunakan pada perangkat adalah efek Ciedemann, putaran yang dihasilkan dari medan magnet heliks, yang sering dihasilkan dengan meleatkan arus melalui sampel magnetostriktif. 5fek Ciedemann terbalik, juga dikenal sebagai efek Matteuci, digunakan untuk sensor torsi magnetoelastik. (ee !B== dan acheisserie !BB3.) danya efek Aoule dan Ciedemann langsung dan timbal balik membaa dua mode operasi untuk transduser magnetostricti%e8 (!) mentransfer energi magnetik ke energi mekanik dan (*) mentransfer energi mekanik ke energi magnetik. Modus pertama digunakan dalam desain aktuator untuk menghasilkan gerakan dan ? atau gaya, dan dalam desain sensor untuk mendeteksi medan medan magnet. Modus kedua digunakan dalam perancangan sensor untuk mendeteksi gerakan dan ? atau gaya, dalam desain perangkat redaman pasif, yang menghilangkan energi mekanik sebagai kerugian termal dan ? atau elektrik yang diinduksi secara elektrik, dan dalam perancangan alat untuk menginduksi perubahan material magnetik. negara. Di banyak perangkat, kon%ersi antara energi listrik dan magnetik memudahkan penggunaan perangkat. al ini paling sering dilakukan dengan mengirimkan arus melalui konduktor kaat
untuk menghasilkan medan magnet atau mengukur arus yang diinduksi oleh medan magnet dalam konduktor kaat untuk merasakan kekuatan medan magnet. :leh karena itu, kebanyakan perangkat magnetostricti%e sebenarnya transduser elektro1magneto1mekanis. -eberapa penggunaan aal bahan magnetostricti%e selama paruh pertama abad ini meliputi recei%er telepon, hidrofon, osilator magnetostriktif, torsi meter dan sonar pemindaian. plikasi ini dikembangkan dengan nikel dan bahan magnetostricti%e lainnya yang menunjukkan strain saturasi jenuh hingga !00 m ? (satuan mikrolimeter per satuan panjang). Sebenarnya, penerima telepon pertama, yang diuji oleh Philipp "eis pada tahun !@E!, didasarkan pada magnetostriction Funt, !B=3G
Dengan penemuan paduan magnetostricti%e raksasa di tahun !BH0an (bahan yang mampu menghasilkan lebih dari !000 m ? ), ada teknologi transduser magnetostricti%e yang baru. -anyak penggunaan untuk aktuator magnet, sensor, dan peredam telah muncul dalam dua dekade terakhir karena strain yang lebih andal dan lebih kuat dan kekuatan bahan magnetostricti%e raksasa seperti 6erfenol1D dan Metglass telah tersedia secara komersial (pada pertengahan hingga akhir !B@0an). plikasi saat ini untuk perangkat magnetostricti%e termasuk pembersih ultrasonik, motor linier gaya tinggi, posisi untuk optik adaptif, sistem kontrol getaran aktif atau kebisingan, ultrasonik medis dan industri, pompa, dan sonar. Selain itu, motor linier magnetostriktif, aktuator massa reaksi, dan peredam getaran yang disetel telah dirancang, sementara aplikasi yang kurang jelas meliputi uji coba tingkat tinggi yang mempercepat akselerasi percepatan, deteksi ranjau, alat bantu dengar, pisau cukur pisau cukur, dan sumber seismik.6ransduser magnetostricti%e ultrasonik telah dikembangkan untuk alat bedah, sonar baah air, dan pengolahan bahan kimia dan material.
I.
PENEJELASAN )AT 3 PIGMEN a. +otokromik
Iambar Kaca Mobil Menggunakan ensa +otokromik
ampir semua lensa fotokromik bereaksi terutama terhadap sinar 4&. Karena itulah lensa ini berubah saat berada di baah sinar matahari, lalu tetap bening saat di dalam ruangan. Kaca depan mobil menangkis lebih dari BBJ sinar 4&, sehingga hampir semua lensa fotokromik tidak berubah gelap secara kentara di dalam mobil. Molekul dalam teknologi fotokromik bekerja dengan cara bereaksi terhadap sinar 4&. 7amun, suhu dapat memengaruhi aktu reaksi molekul ini. Ketika lensa dalam keadaan dingin, molekul akan mulai bergerak secara perlahan. ni artinya diperlukan aktu lebih lama agar lensa berubah dari gelap ke bening. Ketika lensa dalam keadaan panas, gerakan molekul lebih cepat dan semakin reaktif. ni artinya lensa akan berubah balik secara lebih cepat. Sama artinya ketika berada di luar dalam kondisi cuaca cerah dan panas, namun duduk di baah naungan, lensa akan lebih cepat mendeteksi hilangnya sinar 4& dan melakukan perubahan arna. Sebaliknya, jika berada di luar saat cuaca cerah namun kondisi sedang dingin, lalu pindah ke tempat teduh, lensa akan beradaptasi lebih lambat dibanding ketika cuaca sedang panas. Pr$ses Pemben/kan 0arna Gelap Perubahan transmisi di kaca fotochromic8 hasil reaksi reduksi oksidasi. -ahan photochromic glass8 matriks silikat (kaca), perak klorida (g/l) dan tembaga () klorida (/u/l) Kristal. −¿ ¿
−¿ → Cl + e ¿
oksidasi
Perak
Ielap
Cl −¿ → Ag ¿ +¿ + e reduksi ¿ Ag Pr$ses Reersible Doping dengan tembaga −¿ ¿ 2 +¿ + Cl ¿
+¿ →Cu
Cl + Cu
¿
on tembaga (L*) yang terbentuk, dapat mengoksidasi ulang atom perak seperti yang ditunjukkan sehingga kaca kembali menjadi transparan. +¿ ¿ +¿ + Ag 2 +¿+ Ag→ Cu
Cu Dan
+¿
Ag
¿
¿
¿
kembali tidak berarna.
b. 6hermochromic Thermochromic pigmen bekerja dengan adanya perubahan temperatur. Kalau cahaya dapat mengubah struktur ikatan pigmen, perubahan temperatur hanya dapat mengubah
konformasi dari pigmen. Pada pigmen tertentu, perubahan ini juga menyebabkan perubahan warna. material yang umum digunakan : V
2 ! "holesteryl nonanoate #,2,$%tria&ole ctadecylphosphonic acid 'da dua jenis bahan utama yang banyak digunakan untuk menghasilkan efek termokromik. (alah satunya menggunakan kristal cair )bahan seper* yang digunakan dalam monitor komputer atau ponsel+, dan yang lain menggunakan pewarna organik )berbahan dasar karbon+ yang dikenal sebagai leucodyes. kristal cair
kristal cair dalam bentuk yang dikenal sebagai nematic, di mana molekul disusun seperti korek api dalam kotak1berlapis. -eberapa cahaya yang bersinar pada kristal cair nematic di antaranya akan kembali tercermin dalam jenis refleksi yang dikenal sebagai iridescence.
Sinar cahaya masuk menimpa lapisan kristal cair (garis hitam) dan memantulkan kembali ke luar, dengan sinar keluar terinferensi (menambahkan atau mengurangi satu sama lain) untuk menghasilkan arna cahaya tertentu, dalam kasus ini arna biru, yang melalui suatu celah yang disebut difraksi -ragg (hamburan -ragg). Carna cahaya yang dipantulkan bergantung pada seberapa dekat lapisan kristalnya. Mendinginkan kristal cair membuat mereka bergerak lebih jauh, mengubah cara
gelombang cahaya keluar dan membuat cahaya yang dipantulkan lebih redup dari sebelumnya. eucodyes
leucodyes mula1mula transparan (atau memiliki arna tertentu) dan menjadi terlihat (atau berubah menjadi arna yang berbeda) karena suhu naik atau turun. eucodyes adalah bahan kimia organik (berbasis karbon) yang berubah arna saat energi panas membuat molekul mereka bergeser bolak1balik antara dua struktur yang berbeda secara halus 1 yang dikenal sebagai bentuk leuco (tidak berarna) dan non1leuco (berarna). -entuk leuco dan non1leuco menyerap dan memantulkan cahaya berbeda, sehingga muncul arna yang sangat berbeda saat dicetak pada bahan seperti kertas atau kapas. eucodyes dapat dicetak di permukaan bahan lain dalam bentuk kapsul mikroskopis.
c. 5lektrokromik Aenis pigmen yang ketiga adalah pigmen electrochromic. Pigmen ini digunakan pada cat yang dapat berubah arna dengan adanya arus listrik. rtinya arus listriklah yang mengubah arna pigmen. rus listrik menciptakan kristal spesial pada permukaan yang dapat mengubah arna tergantung pada %oltasenya. Pigmen ini hanya bekerja pada substrat yang terbuat dari logam karena diperluakan material konduktif untuk menghantarkan arus listrik. Ketika arus listrik dihilangkan dari cat maka arna akan kembali ke asalnya. 6eknologi ini dapat menciptakan arna yang berbeda hanya dengan menekan tombol sitch yang dihubungkan dengan arus listrik. 6eknologi ini telah digunakan pada cat mobil. Salah satu material yang sangat terkenal yaitu tungsten. 6ungsten, yang memiliki simbol (dalam tabel kimia) C dan nomor atom H9, merupakan material yang (secara fisik) memiliki tingkat kekerasan dan titik lebur yang tinggi' dan (secara elektrik) memiliki konduktifitas elektrik yang bagus dari semua material logam transisi. plikasi dati tungsten material ini sendiri terutama digunakan peralatan elektronik sebagai elektroda dan penggunaan terbesarnya saat ini adalah sebagai kaat pada lampu pijar, yang dapat memijarkan cahaya ketika diberikan arus tertentu. 6ungsten oide (C:3), salah satu metal oide yang berasal dari tungsten, merupakan material metal oide jenis semikonductor yang memiliki indirect band gap. C:3 juga dipakai untuk berbagai aplikasi, seperti8 (!)electrochromic de%ice (perubahan arna dengan elektrik), (*)gaschromic sensor(sensor perubahan arna
dengan gas tertentu), dan juga (3)photochromic de%ice (perubahan arna akibat cahaya).
Secara umum, perubahan arna pada tungsten oide (C: 31y, y merepresentasikan oygen %acancy) diakibatkan oleh perubahan jumlah oygen %acancy pada C:31y. /ontohnya yaitu ketika8 !. yN0.= maka material akan berubah menjadi arna metallic *. 0.3 O y O 0.= arna akan menjadi biru, dan 3. yO0.3 arnanya akan tetap transparan. Sifat electrochromic dari 6ungsten :ide (C:3) telah diteliti selama 30 tahun terakhir. +enomena perubahan arna (electrochromic) dari C:3 secara umum adalah sebagai berikut. C:3 pada keadaan transparan (biasa disebut bleach state) akan berubah menjadi berarna biru tua (biasa disebut colored state) atau dapat dilakukan secara berkebalikan (dari colored state ke bleached state) dengan menempatkan?menyisipkan ion dan elektron untuk membentuk 6ungsten -ron$e (MC:3) berdasarkan reaksi berikut8 dimana ML merupakan ion L, iL, 7aL atau KL dan e1 merupakan elektron. Pendekatan lain untuk menjelaskan fenomena electrochromic bisa juga seperti ini. Perubahan arna pada C:3 baik transparan maupun berarna terjadi ketika C:3 dalam keadaan di1reduksi atau di1oksidasi dengan menggunakan arus listrik seperti terlihat pada Iambar !. Ketika di1oksidasi C:3 pada keadaan transparan akan berubah menjadi berarna biru tua, begitu pula sebaliknya.
6ransfer elektron (e1) yang terjadi pada reaksi tersebut dapat diasosiasikan dengan reaksi oksidasi dan reduksi. Sedangkan transfer kation (ion kalium, KL) antara
MC:3 dan elektrolit diperlukan untuk memastikan terjadinya muatan listrik yang seimbang untuk menjaga status oksidasi?reduksi dari reaksi tersebut. .
MATERIAL PENDETESI (R(SI Korosi adalah kerusakan bahan oleh interaksi kimia dengan lingkungan. stilah korosi terkadang juga diterapkan pada degradasi plastik, beton dan Kayu, tapi umumnya mengacu pada logam. ogam yang paling banyak digunakan adalah besi (biasanya seperti baja). 5fek korosi utama yang berbahaya adalah sebagai berikut8
!. Pengurangan ketebalan logam menyebabkan hilangnya kekuatan mekanik dan kegagalan atau kerusakan struktur bila logam hilang pada daerah asalnya sehingga bisa menimbulkan retak struktur, pelemahan yang sangat besar dapat terjadi dari jumlah kehilangan logam yang cukup kecil. *. -ahaya atau luka pada orang1orang yang timbul dari kegagalan atau kerusakan struktural (misalnya jembatanMobil, pesaat terbang). 3. ilangnya aktu ketersediaan peralatan industri pembuatan profil. 9. Mengurangi nilai barang akibat kemunduran penampilan. =. Kontaminasi cairan di pembuluh dan pipa (misalnya bir menjadi beraan saat sedikit jumlah logam berat dilepaskan oleh korosi). E. Perforasi kapal dan pipa yang memungkinkan pelepasan bahan dan memungkinan bahaya lingkungan. H. Kehilangan sifat permukaan yang penting secara teknis dari komponen logam. 6ermasuk sifat gesekan dan bantalan, kemudahan aliran fluida di atas permukaan pipa, Kondukti%itas listrik kontak, pemantulan permukaan atau perpindahan panas melintasi permukaan. @. Kerusakan mekanis pada katup, pompa, dll, atau penyumbatan pipa dengan produk korosi padat. B. 6ambahan kompleksitas dan biaya peralatan yang perlu dirancang untuk menahan sejumlah korosi. "eaksi elektrokimia yang paling umum dan penting dalam korosi besi adalah sebagai berikut 8 nodic reaction (corrosion) *L +e +e L *e /athodic reactions (simplified) :* L **: L 9e1 9:1 de dasar dari penelitian ini adalah memodifikasi cat agar menjadikannya sensor untuk korosi karena cat menutupi dan memiliki akses ke seluruh permukaan pesaat terbang. 6ujuannya adalah untuk mengetahui reaksi katodik yang menyertai reaksi korosi oksidatif. "eaksi katodik utama untuk berbagai bentuk korosi atmosfer adalah oksigen. Pekerjaan ini berfokus pada berbagai sistem pelapisan dengan matriks organik berbasis akrilik dan senyaa indikator yang berbeda yang dapat digunakan untuk merasakan perubahan p yang terkait dengan proses korosi. Sensiti%itas sistem pelapisan ini untuk mendeteksi reaksi katodik yang terkait dengan korosi ditentukan dengan menerapkan kepadatan arus katodik konstan dan mengukur muatan di mana perubahan arna atau fluoresensi terdeteksi. Spektroskopi mpedansi 5lektrokimia juga dilakukan setelah aktu perendaman berbeda dalam larutan 7a/l ! M untuk menguji pengaruh penambahan senyaa indikator pada proteksi korosi lapisan.
p* Sensin# )$ain# S"sems /at akrilik (cat 5/S1@ (L) dari 6ru16est Mfg /o., /ary, ) dicampur dengan indikator p arna1 berubah (phenolphthalein atau bromothymol blue) atau fluorescing (H1hydroycoumarin or coumarin) yang berbeda. Perubahan arna dapat dengan mudah diamati melalui matriks akrilik transparan. ndikator ini dipilih sebagai aditif karena rentang p di mana mereka berubah arna berada di ilayah alkalin, mis. @,!01!0 untuk fenolftalein dan E1H,E untuk bromotymol biru. ndikator ditambahkan pada konsentrasi 0,! sampai *,9J berat, yang merupakan konsentrasi jenuh untuk fenolftalein dalam akrilat. -aik H1hydroycoumarin dan coumarin adalah indikator asam1dasar fluoresen dengan kisaran p untuk fluoresensi masing1masing E,=1@,0 dan B,=1!0,=. apisan yang indikator dilapisi dengan kapas di permukaan sampel paduan l yang sebelumnya dipasang di epoksi dan dipoles menjadi kertas ampelas E0000 grit, dan ketebalan lapisan dikontrol dengan jumlah aplikasi sab. Sampel ini kemudian dilapisi atas dengan akrilik bening yang disemprot seragam (tidak mengandung senyaa indikator), Iambar *. Ketebalan gabungan kedua lapisan adalah sekitar !01*0 m. Perubahan arna dipantau dengan mata tanpa bantuan. nsiden radiasi 4& dari lampu 4& (4&P nc.) dengan panjang gelombang puncak 3E= nm digunakan untuk sistem yang mengandung senyaa fluorescent. 7ilai p kritis untuk perubahan arna atau fluoresensi ditentukan dengan titrasi menggunakan berbagai pelapis yang diaplikasikan pada slide kaca. Sampel direndam dalam air D diaduk dan tetes larutan 7a: 0,0!, 0,! atau ! M ditambahkan. P direkam dan permukaan sampel dipantau untuk perubahan arna atau fluoresensi. 5fek aktu penyembuhan pada perubahan arna atau respons fluoresensi ditentukan untuk beberapa sistem pelapis berbasis akrilik yang dimodifikasi. Caktu untuk perubahan arna aal atau fluoresensi diukur untuk pelapis pada slide kaca dalam dua atau tiga larutan p yang dipilih setelah curring time. EIS 45ara4eri6ai$n $7 a4r"li484$ae! sample
Spektroskopi mpedansi 5lektrokimia (5S) telah digunakan secara luas untuk menge%aluasi ketahanan logam dilapisi terhadap korosi. Dalam penelitian ini, 5S dilakukan pada berbagai jenis pelapis penstandar akrilat1fenolftalein dengan menggunakan sistem Iamry nstruments 5S B00 (L). si indikator dalam cat berbasis akrilik adalah 0,= atau *,9J berat, dan satu atau dua lapisan pelapis yang menunjukkan diaplikasikan, sesuai dengan ketebalan lapisan total masing1masing sekitar != dan 30 m. 4ntuk lapisan menunjukkan acrylic acrylic *,9 tJ phenolphthalein, tes tambahan dilakukan pada sampel dengan lapisan lapisan atas tambahan akrilik murni yang memiliki ketebalan sekitar !0 m. Dua atau tiga sampel dibuat dan diuji untuk masing1masing kasus. Auga, sebagai percobaan kontrol, sampel yang dilapisi dengan akrilik murni diuji oleh 5S pada aktu perendaman yang berbeda. 6es 5S dilakukan pada aktu perendaman yang berkepanjangan dalam 7a/l !M, termasuk aktu untuk perubahan arna aal lapisan penginderaan korosi. Parameter eksperimen 5S adalah sebagai berikut8 rentang frekuensi 0,0! sampai !0.000 $, !0 pts per dekade, dan amplitudo potensial !0 m& relatif terhadap potensi rangkaian terbuka. Sel perendaman ditutupi seluruhnya untuk meminimalkan penguapan selama masa perendaman. Caktu perubahan arna aal dipantau dengan inspeksi %isual. Kelayakan penggunaan sistem cat yang dimodifikasi untuk mendeteksi korosi celah di logam yang mendasarinya dipelajarinya teantang ilmu ini. Pendekatannya adalah menambahkan senyaa penginderaan p untuk mendeteksi kenaikan p yang terkait dengan reaksi katodik yang menyertai reaksi korosi anodik. Perubahan arna atau fluoresensi yang terkait dengan kenaikan p yang disebabkan oleh reaksi katodik dalam proses korosi mudah terlihat dengan mata tanpa bantuan. Sifat material yang digunakan untuk pendeteksi korosi adalah sebagai berikut 8
!. *. 3.
9.
=.
E.
p kritis untuk perubahan arna atau fluoresensi berubah saat senyaa penunjuk dicampur dengan matriks organik. Caktu untuk perubahan arna aal yang dapat diamati pada sirkuit terbuka menurun karena konsentrasi indikator p pada sistem pelapisan meningkat. Sensiti%itas sistem pelapisan ini ditentukan dengan meleatkan arus katodik konstan dan menentukan muatan di mana perubahan arna atau fluoresensi terdeteksi. ni terkait dengan radius lubang yang efektif. 4kuran lubang pada urutan !0 m ditemukan dapat dideteksi oleh mata tanpa bantuan dengan sistem pelapis yang dipelajari. Caktu untuk perubahan arna aal yang dapat diamati pada sirkuit terbuka sebanding dengan jari1jari pit yang terdeteksi secara efektif yang ditentukan dari percobaan arus konstan. apisan dengan aktu yang singkat untuk perubahan arna aal yang dapat diamati pada sirkuit terbuka menunjukkan impedansi frekuensi rendah dan persentase pori rendah, seperti yang dihitung dari frekuensi breakpoint. Caktu perubahan arna aal pada sirkuit terbuka ditentukan agar bergantung pada sensiti%itas p lapisan, dan bukan proteksi lapisan.
