Teknologi semikonduktor konvensional yang dikembangkan saat ini telah menghasilkan penemuan teknologi nano yang disebut spintronik. Teknologi ini menggunakan sifat spin elektron untuk menghasilkan jenis arus yang dapat diproses sebagai informasi dalam IC.
Spintronika diharapkan dapat menyimpan data dalam ruang yang lebih rapat, memproses data lebih cepat, dan mengonsumsi daya lebih sedikit. Para peneliti di Ohio State University telah berhasil membuat peranti memori yang memanfaatkan prinsip spin. Peranti ini berupa pita magnet organik, yang dilapisi dengan feromagnet metalik. Perangkat ini dapat merekam data dengan mengendalikan spin elektron menggunakan medan magnet. Dibandingkan dengan elektronika, yang mengharuskan adanya pergerakan elektron, memanipulasi spin elektron ini memerlukan lebih sedikit energi. Tidak ada pergerakan electron yang berarti lebih sedikit panas yang dibangkitkan, dan berarti tidak perlu adanya sistem pendingin. Selain itu konsumsi daya yang lebih sedikit akan menguntungkan untuk digunakan sebagai peranti portabel, yang memiliki pasokan daya terbatas. Magnet organik yang digunakan pada riset ini ialah vanadium tetracyanoethanide, yaitu magnet organik pertama yang beroperasi di atas suhu kamar. Dengan material ini para peneliti dapat mengubah spin elektron hanya dengan medan magnet lemah.
Spin merupakan arah putaran elektron terhadap sumbu tengah, arus yang berasal dari deretan spin elektron dan medan listrik tidak menghasilkan kebocoran daya. Prinsip ini disebut dengan spintronik. Spintronik menggunakan besaran fisik momentum angular yang diukur dari gerakan benda yang mengelilingi suatu titik tertentu.
Spintronik (short for spin-based electronics), biasa juga disebut magnetoelectronics, sebuah istilah yang menyatakan perangkat elektronik mikro yang berfungsi untuk menghasilkan putaran elektron. Spintronik biasa digunakan pada hard drive komputer. Oenyimpanan memorinya didasarkan pada magnetoresistance (GMR). Pada perkembangannya, magnetic random-access memory (MRAM) sedang dalam produksi missal. Spintronik yang berbasis MRAM memiliki kecepatan dan rewritability yang menyaingi RAM konvensional. Perusahaan Motorola telah mengembangkan MRAM berkapasitas 256-kb (Figure 1) yang berbasis single magnetic tunnel junction dan single transistor. MRAM ini memiliki read/write cycles kurang dari 50 nanosecon.
Akan tetapi, spintronik memiliki kelemahan yaitu tidak dapat bekerja dengan baik pada atom yang ringan seperti silikon, sebagaimana yang dibutuhkan oleh industri. Silikon hanya dapat digunakan pada teknologi serupa yang disebut orbitronik.
Spintronik difokuskan pada dua tipe material, yaitu salah satunya Ferromagnetic metallic alloy yang biasanya digunakaan untuk magnetoelectronic device. Semikonduktor Ferromagnetik, memiliki kesulitan utama dalam proses pembuatan yaitu, kesulitan memasukan arus spin terpolarisasi ke dalam semikonduktor. Kebanyakan pembuatan Semikonduktor Ferromagnetik difokuskan pada semikonduktor II-VI CdTe (produk Aldrich 25,654-4) atau ZnSe (produk Aldrich 24,461-9 dan 55,301-8). Pada jenis ini, semikonduktor diberikan ion magnetic dari Mn untuk menghasilkan hole-hole kecil yang berisi magnet yang menghasilkan diluted magnetic semiconductor (DMS). Perkembangan yang terjadi belakangan ini difokuskan dalam pembuatan semikonduktor III-V (GaAs)yang didopingkan dalam bentuk DMS. Pada semikonduktor III-V unsur magnetic yang terlarut lebih sedikit dibandingkan semikonduktor II-VI yang membuat semikonduktor jenis ini lebih sulit disisipkan dalam GaAs. Molecular beam epitaxy (MBE) merupakan teknologi yang paling baik untuk membuat material DMS III-V.
Molekul salin berrubah/berantian dalam kecepatan mencapai Nanosecon, Pada kondisi normal,molekul mengalami pergantian pada waktu kurang dari 160 picosecon yang bertujuan untuk menjaga sifat ferroelectric bistable pada ukuran cell size 5 nanometer cell size. Gambar diatas merupakan skema dasar yang menunjukan yang dikembangkan oleh Michael E. Thomas : Non-Contact UV/Deep Blue Laser Photon Induced Electric Field Poling of the Ferroelectric Molecule.
Sinar UV dari laser diode dan medan listrik ditransduksikan dari suatu Integrated Read/Write Head yang dapat digunakan pada berbagai kombinasi untuk mengontrol molekul. Selanjutnya Floating Gate Mosfet digunakan untuk membaca data medan elktrostatis.
Akan tetapi, material spintronik tidak dapat bekerja atau digunakan dalam temperature selain temperature ruang, oleh karena itu para peneliti sedang mengembangkan material ini agar dapat digunakan dimanapun. Pada pengembangannya para peneliti sudah dapat membuat material spintronik yang dapat bekerja pada temperature 100°K dan akan terus bekerja untuk mengembangkan spintronik ini.
2.
Salah seorang peneliti dari Purdue University, USA, sudah meneliti dan mengembangkan material nanocomposite untuk lebih mendayagunakan efek thermoelektrik bahan. Dengan melihat kepada sifat bahan dan efek yang ditelitinya, kira-kira apa yang ingin dicapainya? Apa harapan ke depannya?
Salah satu penemuan yang sedang dikembangkan saat ini ialah distribusi multiple fasa pada keramik composite dalam skala panjang nanoscopik, atau disebut juga ceramic nanocomposites. Definisi material nanocomposite dibatasi dalam hal membuat material dari suatu sistem yang besar (one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional dan amorphous material) menjadi suatu komponen dan campuran pada skala nano. Kalisifikasi nano composite secara umum yaitu organic atau inorganic. Mengurangi luas permukaan suatu system dalam struktur material yang menyebabkan kenaikan secara signifikan terhadap luas area permukaan atau interface material.
Surface atau interface energy menentukan sifat material. Keadaan interface dapat menunjukkan ke non-homogenan pada suatu material. Ke-non-homogenan berfungi untuk memodifikasi baik thermal maupun mechanical properti komposit.
Sifat bahan nano-composite tergantung bukan hanya terhadap sifat masing-masing material pembentuknya akan tetapi juga morphologinya dan karakteristik interfacialnya. Nanokomposit digunakan pada banyak bidang aplikasi karena improvement sifat dalam struktur sederhana. Beberapa keuntungan nanokomposit:
Improved Mechanical properties e.g. strength, modulus and dimensional stability Decreased permeability to gases, water and hydrocarbons Higher Thermal stability and heat distortion temperature Higher Flame retardancy and reduced smoke emissions Higher Chemical resistance Smoother Surface appearance Higher Electrical conductivity Suatu teknologi mutakhir dalam bidang nanocomposite ialah polycrystalline Silicon Carbide (SiC)-Silicon Nitride (Si3N4) nanocomposites, yang mengandung multiple length scales dengan ketebalan grain boundary (GB) 50 nm, ukuran partikel SiC 200-300 nm dan ukuran butir Si3N4 grain sizes of the order of 0.8 to 1.5 µm1. Oleh karena itu didesain suatu nanokomposit (TiN-Si3N4, SiC-Al2O3, SiC-SiC, Graphene/CNT+SiC, dan Carbon Fiber+SiC nanocomposites) yang ditargetkan untuk memenuhi kebutuhan material saat ini.
 |
| Figure 1. Actual microstructure of a SiC-Si3N4 nanocomposite1 |
Keramik nanocomposite yang sedang dikembangkan oleh Multiphysics Lab di Purdue University berfokus pada :
(1) Mempelajari Performa Carbide dan Nitride berdasarkan High Temperature Ceramic Nanocomposites untuk lingkungan ekstrim pada power generation cycles termasuk aplikasi dalam bidang nuklir.
(2) Multiscale Modeling dan karakterisasi Oxide Ceramic Materials.
(3) Mempelajari thermal conduction dan emisi thermal dalam suatu material untuk generator energy yang berbasis thermoelectric (thermoelectric power generation).
Tujuan oenelitian : Mengetahui konduktivitas thermal dan emisi thermal untuk mengembangkan material dengan konduktivitas thermal yang rendah, yaitu penelitian ini berfokus pada mempelajari mekanisme atomistik dari operasi nanokomposit untuk thermoelectric power generation meliputi material dengan thermal conductivity yang rendah. Dengan menggunakan alat simulasi molecular seperti molecular dynamics (MD) kita dapat mengetahui bagaimana perubahan morphologi dapat digunakan untuk mengurangi thermal conductivity pada nanokomposit. Keteraturan Biomimetic dapat menghasilkan pengurangan thermal conduction secara signifikan.
Untuk aplikasi temperatur tinggi, terutama yang berhubungan dengan mesin jet pesawat terbang, biasanya digunakan bahan superalloy berbasis nikel atau kobalt. Belakangan ini, bahan paduan berbasis titanium juga sangat diminati untuk menggantikan beberapa bagian pesawat terbang yang sebelumnya menggunakan bahan superalloys ini. Cari beberapa informasi yang berhubungan dengan masalah ini: mengapa mereka lebih memilih bahan paduan titanium, permasalahan apa saja yang dihadapi dalam mengembangkannya, dan bagaimana cara mengatasinya.
Material yang digunakan dalam aircraft harus memiliki criteria :
1. small weight
2. high specific strength
3. heat resistance
4. fatigue load resistance
5. crack resistance
6. corrosion resistance
Kekuatan yang tinggi dan densitas yang rendah dari Titanium dan Ti-alloy merupakan keuntungan yang akan didapatkan apabila dipakai dalam aplikasi aircraft atau aero-engine dan airframe. Titanium alloy mampu beroperasi pada temperature dari range sub zero sampai 600°C dan digunakan untuk engines discs, blades, shafts dan casing depan high pressure compressor, dan pada rear engine untuk plug and nozzle.
Alloy dengan kekuatan mencapai 1200 MPa dapat digunakan dalam aplikasi airframe dari mulai baut yang kecil sampai wing beam yang berkapasitas 1 ton. Belakangan ini, titanium merupakan bahan pembuatan aircraft seperti Boeing 777 dan mengurangi berat hingga 10%. (dengan densitas lebih ringan, maka Ti-alloy lebih disukai dari Ni atau Co based Alloy dalam bidang aircraft).
Beberapa Titanium Alloy yang biasa digunakan dalam industry aircraft tersaji dalam table :
Table 1. More widely used titanium alloys in aircraft applications.
| Alloy | Attributes/Applications |
| Ti6Al4V | Workhorse, general purpose high strength alloy |
| Ti6Al2Sn4Zr2Mo (6-2-4-2) | Creep and oxidation resistant engine alloy |
| Ti6Al2Sn4Zr6Mo (6-2-4-6) | Creep and oxidation resistant engine alloy |
| Ti3Al8V6Cr4Zr4Mo (Beta C) | Beta alloy with established spring applications |
| Ti10V2Fe3Al (10-2-3) | Beta forging alloy used for 777 landing gear |
| Ti15V3Cr3Sn3Al (15-3-3-3) | High strength heat treatable beta sheet alloy |
| Ti3Al2.5V | Medium strength alloy used for hydraulic tubing |
| Ti4Al4Mo2Sn (550) | Higher strength heat treatable airframe and engine alloy |
| Ti5.5Al3.5Sn3Zr1Nb (829) | Advanced engine alloy, creep and oxidation resistant |
| Ti5.8Al4Sn3.5Zr0.7Nb (834) | Advanced engine alloy, creep and oxidation resistant |
| Ti5Al2Sn4Mo2Zr4Cr (Ti17) | Advanced engine alloy, creep and oxidation resistant |
| Ti15Mo3Nb3Al0.2Si (21S) | Oxidation and corrosion resistant beta sheet alloy |
Table 2. Titanium alloys of increasing importance in aircraft applications.
| Alloy | Attributes/Applications |
| Ti6Al2Zr2Sn2Mo2Cr0.25Si (6.22.22) | Airframe alloy for F22 and JSF projects |
| Ti4.5Al4Mo4Sn0.5Si (SP 700) | Competitor for Ti6Al4V for SPF and general use |
Table 3. Less widely used titanium alloys in aircraft applications, but alloys that may be critical in their application to specific fully validated components.
| Alloy | Attributes/Applications |
| Ti2Cu | Heat treatable sheet alloy |
| Ti4Al4Mo4Sno.5Si (551) | High strength airframe alloy, very limited availability |
| Ti8Al1Mo1V | Early alloy now mainly used for spares and replacements |
| Ti-6-6-2 | High strength alloy with specific earlier applications |
| Ti11Sn5Zr2.5Al1Mo0.2Si (679) | Earlier engine alloy rarely specified in new programmes |
| Ti6Al5Zr0.5MoO.25Si (685) | Engine alloy now mainly for spares and replacements |
Nickel-based superalloy pada walnya digunakan dalam struktur load-bearing pada aplikasi temperature tinggi, dalam perkembangannya Ni-based superalloy digunakan untuk turbine engines karena thermodynamic efficiency turbine engines meningkat seiring peningkatan temperatures. Dalam aplikasinya, struktur yang memakai nikel ataupun Cobalt based Alloy mengalami berbagai kekurangan dan kendala, salah satunya yitu, dengan pemakaian Ni-superalloy ketika temperature mendekati 1800°F, akan terjadi kerentanan terhadap environmental attack hal ini dikarenakan adanya reactive alloying element. Surface attack meliputi oksidasi, hot corrosion, dan thermal fatigue. Sedangkan pada pemakain dengan Titanium Alloy, environmental attack resistant bukan merupakan suatu masalah. Hal ini dikarenakan Titanium dan Ti-alloy memiliki ketahan yang baik terhadap lingkungannya.
Kelemahan dan kekurangan dari pemakaian Titanium dan Titanium alloy ini adalah pada proses machining nya, Titanium dan titanium alloy sedikit lebih sulit untuk di sambungkan melalui welding pada komponen pesawat terbang. Hal ini dikarena sifat mampuwelding Titanium dan Titanium-alloy yang rendah, hal ini berkaitan dengan suhu melting (Tm) dari Titanium yang tinggi. Oleh karena itu, untuk mengatasi masalah ini diperlukan Advanced titanium welding techniques and fabrication dalam konstruksi aircraft.
Contoh penggunaan Titanium dan Titanium Alloy dalam Aircraft :
Ti-6/4 - Aircraft grade titanium alloy (6Al/4V) Ti-6/6/2 - Extra-hard titanium (6Al/6V/2Sn) CP - Commercially Pure Titanium (Ti-999)
Pesawat F/A-22 yang dibuat dari titanium alloys (39%weight); composites (24%); aircraft aluminum alloy (16%); and thermoplastics (1%).
0 komentar:
Posting Komentar