Bayangkan material yang dapat merevolusi seluruh industri-membuat segala sesuatu menjadi lebih kuat, lebih ringan, dan lebih pintar. Artikel ini mengeksplorasi 50 bahan inovatif yang akan mengubah teknologi dan manufaktur. Mulai dari kekuatan dan konduktivitas graphene yang tak tertandingi hingga plastik biodegradable yang mengurangi polusi, bahan-bahan ini berada di garis depan dalam kemajuan ilmiah. Dengan menyelami sifat-sifat unik dan potensi aplikasinya, Anda akan menemukan bagaimana material ini dapat membentuk kembali masa depan segala sesuatu, mulai dari ruang angkasa hingga produk sehari-hari. Bersiaplah untuk terinspirasi oleh kemungkinan tak terbatas yang ditawarkan bahan-bahan ini.
Material baru, juga dikenal sebagai material canggih, mengacu pada material yang baru saja dikembangkan atau sedang dikembangkan yang menunjukkan kinerja yang lebih unggul dibandingkan dengan material tradisional.
Bahan-bahan tersebut mencakup bahan yang baru dikembangkan atau dalam proses penelitian, yang menunjukkan kemampuan luar biasa yang mengungguli bahan konvensional.
Teknologi material baru dibuat sesuai dengan keinginan manusia, melalui serangkaian proses penelitian termasuk penelitian fisik, desain material, pemrosesan, dan evaluasi eksperimental, yang semuanya bertujuan untuk menciptakan material inovatif yang memenuhi berbagai kebutuhan.
Ini termasuk pemosisian fungsional, pemosisian arah, pemosisian teknis, dan pemosisian pasar:
(1) Material Baru Komposit
Penggunaan material baru komposit sudah ada sejak zaman kuno. Contoh historisnya termasuk tanah liat yang diperkuat jerami dan beton bertulang baja yang sudah berusia seabad, keduanya terdiri dari dua bahan yang berbeda. Pada tahun 1940-an, karena kebutuhan industri penerbangan, plastik yang diperkuat serat kaca (umumnya dikenal sebagai fiberglass) dikembangkan, yang menandai munculnya material komposit. Sejak tahun 1950-an, serat berkekuatan tinggi dan modulus tinggi seperti serat karbon, grafit, dan boron telah dikembangkan. Tahun 1970-an menyaksikan munculnya serat aramid dan silikon karbida.
Serat berkekuatan tinggi dan bermodulus tinggi ini dapat dikombinasikan dengan matriks non-logam seperti resin sintetis, karbon, grafit, keramik, karet, atau matriks logam seperti aluminium dan magnesium, titanium untuk membentuk material komposit yang unik. Serat polietilena dengan berat molekul sangat tinggi, yang dikenal karena kekuatan dan ketahanannya yang luar biasa terhadap zat kimia dan penuaan, juga unggul dalam transmisi sonar frekuensi tinggi dan ketahanan terhadap korosi air laut.
Serat ini digunakan dalam fairing sonar frekuensi tinggi untuk kapal angkatan laut, meningkatkan kemampuan deteksi ranjau dan penyapuan. Di luar aplikasi militer, serat ini memiliki prospek yang luas dalam pembuatan mobil, pembuatan kapal, peralatan medis, dan peralatan olahraga. Pengenalannya telah menarik perhatian dan kepentingan yang signifikan di negara-negara maju.
(2) Bahan Superkonduktor
Beberapa bahan menunjukkan hambatan listrik nol pada suhu kritis tertentu, sebuah fenomena yang dikenal sebagai superkonduktivitas. Karakteristik lain dari superkonduktor adalah diamagnetisme - ketidakmampuan garis medan magnet untuk menembus superkonduktor ketika bebas hambatan. Sebagai contoh, hambatan listrik dari logam umum seperti tembaga menurun dengan suhu dan mencapai nilai tertentu di dekat 0K.
Pada tahun 1919, ilmuwan Belanda Heike Kamerlingh Onnes menemukan bahwa resistensi raksa benar-benar menghilang pada suhu 4,2K (-269 ° C), yang menunjukkan superkonduktivitas dan diamagnetisme. Suhu kritis (TC) di mana resistansi superkonduktor menjadi nol adalah fitur utama. Penelitian bahan superkonduktor berfokus pada mengatasi "penghalang suhu" untuk menemukan superkonduktor suhu tinggi.
Superkonduktor praktis seperti NbTi dan Nb3Sn telah dikomersialkan, menemukan aplikasi dalam pencitraan resonansi magnetik magnetik nuklir (NMRI), magnet superkonduktor, dan magnet akselerator besar. SQUID, sebagai contoh superkonduktor dalam aplikasi listrik lemah, memainkan peran penting dalam mendeteksi sinyal elektromagnetik yang lemah, yang sensitivitasnya tak tertandingi oleh perangkat non-superkonduktor mana pun.
Namun, suhu kritis yang rendah dari superkonduktor konvensional, yang membutuhkan sistem helium cair (4,2K) yang rumit dan mahal, telah secara signifikan membatasi aplikasinya. Munculnya superkonduktor oksida suhu tinggi menerobos penghalang suhu ini, meningkatkan suhu yang dapat diterapkan dari helium cair (4,2K) ke tingkat nitrogen cair (77K). Nitrogen cair adalah pendingin yang lebih ekonomis dengan kapasitas panas yang lebih tinggi daripada helium cair, sehingga sangat memudahkan aplikasi teknik.
Superkonduktor suhu tinggi juga memiliki kemampuan magnetik yang cukup besar, yang mampu menghasilkan medan magnet lebih dari 20T. Aplikasi bahan superkonduktor meliputi pembangkit listrik, transmisi, dan penyimpanan. Generator superkonduktor dengan magnet koil dapat meningkatkan kekuatan medan magnet hingga 50.000-60.000 Gauss dengan hampir tanpa kehilangan energi, meningkatkan kapasitas unit tunggal sebanyak 5-10 kali lipat dan efisiensi sebesar 50% dibandingkan dengan generator konvensional.
Saluran transmisi dan transformator superkonduktor dapat menyalurkan listrik ke pengguna dengan kehilangan yang minimal. Sebagai contoh, sekitar 15% energi listrik hilang pada saluran transmisi tembaga atau aluminium di Cina, sebesar lebih dari 100 miliar kWh per tahun. Beralih ke transmisi superkonduktor dapat menghemat listrik yang cukup untuk menggantikan kebutuhan puluhan pembangkit listrik besar.
Kereta maglev superkonduktor beroperasi menggunakan sifat diamagnetik superkonduktor, yang menolak garis medan magnet, sehingga memungkinkan superkonduktor melayang di atas magnet permanen atau medan magnet. Efek maglev ini digunakan pada kereta maglev superkonduktor berkecepatan tinggi, seperti yang ada di Bandara Internasional Pudong Shanghai. Pada komputer superkonduktor, resistansi bahan superkonduktor yang mendekati nol memungkinkan sirkuit yang padat pada chip terintegrasi tanpa panas berlebih, yang secara signifikan meningkatkan kecepatan komputasi.
(3) Bahan Energi
Material energi meliputi material sel surya, material penyimpanan hidrogen, dan material sel bahan bakar oksida padat. Material sel surya, sebuah material energi baru, telah mengalami kemajuan seperti sel surya komposit multi-lapisan IBM dengan efisiensi konversi hingga 40%. Hidrogen, sumber energi yang bebas polusi dan efisien, menghadapi tantangan utama dalam penyimpanan dan transportasi. Sekitar 50% dari dana penelitian hidrogen Departemen Energi A.S. dialokasikan untuk teknologi penyimpanan hidrogen.
Hidrogen dapat menimbulkan korosi pada material, menyebabkan penggetasan dan kebocoran, serta menimbulkan risiko ledakan selama pengangkutan. Bahan penyimpanan hidrogen dapat membentuk hidrida dengan hidrogen, melepaskan hidrogen pada saat pemanasan dan pengisian ulang setelah habis. Bahan penyimpan hidrogen saat ini sebagian besar merupakan senyawa logam, seperti LaNi5H dan Ti1.2Mn1.6H3. Penelitian tentang sel bahan bakar oksida padat sedang aktif, dengan fokus pada bahan-bahan seperti membran elektrolit padat, bahan katoda sel, dan membran penukar proton organik untuk sel bahan bakar membran penukar proton.
(4) Material Cerdas
Material pintar merupakan generasi keempat dari material yang mengikuti material alami, polimer sintetis, dan material yang dirancang secara artifisial. Material ini merupakan arah yang signifikan dalam pengembangan material baru berteknologi tinggi modern. Secara internasional, banyak terobosan teknis yang telah dicapai dalam material pintar. Sebagai contoh, BAE Systems dari Inggris mengembangkan sensor kawat untuk menguji regangan dan suhu pada kulit pesawat.
Inggris juga mengembangkan paduan memori bentuk respons cepat dengan masa pakai sejuta siklus dan daya output tinggi, berguna dalam rem dengan waktu respons sesingkat 10 menit. Paduan memori bentuk telah berhasil diterapkan dalam antena satelit, bidang medis, dan banyak lagi. Material pintar lainnya termasuk material piezoelektrik, material magnetostriktif, polimer konduktif, cairan elektrorheologi, dan cairan magnetorheologi, yang berfungsi sebagai komponen penggerak dalam berbagai aplikasi.
(5) Bahan Magnetik
Bahan magnetik dikategorikan ke dalam bahan magnetik lunak dan keras (permanen).
(1) Bahan Magnetik Lunak
Bahan magnetik lunak mudah dimagnetisasi dan didemagnetisasi, kehilangan kemagnetannya ketika medan magnet dihilangkan. Ditandai dengan permeabilitas magnetik yang tinggi (μ = B/H), bahan ini mudah dimagnetisasi hingga kekuatan tinggi dalam medan magnet tetapi mempertahankan sedikit sisa magnet ketika medan dihilangkan.
Bahan-bahan ini banyak digunakan dalam teknologi elektronik, khususnya dalam aplikasi frekuensi tinggi seperti inti magnetik, kepala, dan inti memori, dan dalam teknik kelistrikan untuk transformator dan sakelar relai. Bahan magnetik lunak yang umum termasuk paduan besi-silikon, paduan besi-nikel, dan logam amorf. Paduan Fe-(3%-4%) Si, bahan magnetik lunak yang paling umum digunakan, digunakan pada transformator, motor, dan generator frekuensi rendah.
Paduan besi-nikel, seperti Permalloy (79%Ni-21), menawarkan permeabilitas magnetik yang lebih tinggi dan kehilangan yang lebih rendah daripada paduan besi-silikon dan digunakan dalam telekomunikasi, komputer, dan sistem kontrol. Logam amorf, berbeda dari logam biasa dengan struktur non-kristal, terdiri dari Fe, Co, Ni, dan metaloid seperti B, Si.
Diproduksi dengan mendinginkan logam cair secara cepat untuk mencapai struktur atom non-kristal, logam amorf menunjukkan sifat magnetik yang sangat baik dan digunakan pada transformator hemat energi, sensor magnetik, kepala perekam, dan banyak lagi. Beberapa logam amorf juga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, kekuatan tinggi, dan ketangguhan yang baik.
(2) Bahan Magnetik Permanen (Bahan Magnetik Keras)
Bahan magnet permanen mempertahankan kemagnetannya setelah magnetisasi, bahkan ketika medan magnet eksternal dihilangkan. Bahan ini dicirikan oleh magnet sisa yang tinggi dan koersivitas yang tinggi, sehingga cocok untuk magnet permanen yang digunakan pada kompas, instrumen, motor mikro, motor listrik, perekam, telepon, aplikasi medis, dan banyak lagi. Bahan magnet permanen termasuk ferit dan magnet permanen logam.
Ferit, yang banyak digunakan karena volumenya yang besar, aplikasinya yang luas, dan biayanya yang murah, memiliki sifat magnetik yang moderat dan cocok untuk aplikasi magnet permanen secara umum. Magnet permanen logam dimulai dengan baja karbon tinggi tetapi berevolusi menjadi material berkinerja lebih tinggi seperti paduan Al-Ni-Co dan Fe-Cr-Co; magnet tanah jarang, seperti paduan tanah jarang-kobalt (Re-Co) sebelumnya (terutama SmCo5 dan Sm2Co17 yang dibuat dengan metalurgi serbuk) dan magnet tanah jarang niobium-besi-boron (Nb-Fe-B) yang digunakan secara luas. Magnet Nb-Fe-B tidak hanya menawarkan kinerja yang unggul tetapi juga tidak memiliki unsur kobalt yang langka, dengan cepat menjadi perwakilan magnet permanen berkinerja tinggi, yang digunakan pada speaker berkinerja tinggi, pengukur air elektronik, instrumen resonansi magnetik nuklir, motor mikro, motor starter mobil, dan banyak lagi.
(6) Bahan nano
Nanoteknologi adalah sistem terintegrasi yang menggabungkan teknologi tinggi dan sains mutakhir, yang pada dasarnya melibatkan pemahaman dan modifikasi alam pada skala nano dengan memanipulasi dan mengatur atom dan molekul secara langsung untuk menciptakan material baru. Nanoteknologi mencakup tujuh bidang: fisika nanosistem, nanokimia, ilmu pengetahuan bahan nano, nanobiologi, nanoelektronika, fabrikasi nano, dan nanomekanika.
Nanomaterial, yang dinamai pada tahun 1980-an, adalah material padat yang terdiri dari nanopartikel yang ukurannya tidak lebih dari 100 nanometer. Persiapan dan sintesis nanomaterial tetap menjadi fokus penelitian utama, dan meskipun beberapa kemajuan telah dicapai dalam sintesis sampel, produksi sampel massal berskala besar masih menjadi tantangan, sehingga studi persiapan nanomaterial sangat penting untuk aplikasinya.
Industri material adalah industri dasar ekonomi nasional, dan material baru adalah pendahulu pengembangan industri material.
Graphene, tabung nano karbon, paduan amorf, logam berbusa, cairan ionik... 20 material baru membawa peluang tak terbatas untuk pengembangan industri material.
Saat ini, revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi berkembang dengan cepat, produk material baru berubah setiap harinya, dan laju peningkatan industri serta penggantian material semakin cepat.
Teknologi material baru terintegrasi dengan nanoteknologi, bioteknologi, dan teknologi informasi.
Integrasi struktural dan fungsional serta material fungsional menjadi lebih cerdas.
Karakteristik bahan yang rendah karbon, hijau, dan ramah lingkungan yang dapat didaur ulang telah menarik banyak perhatian.
Berdasarkan kemajuan penelitian dari lembaga dan perusahaan penelitian dan perusahaan terkenal di dalam dan luar negeri, ulasan media ilmiah dan teknologi, serta penelitian hot spot industri, artikel ini telah memilih 20 bahan baru.
Berikut ini adalah informasi rinci dari materi yang relevan (tanpa urutan tertentu).
Terobosan:
Konduktivitas listrik yang luar biasa, resistivitas yang sangat rendah, kecepatan migrasi elektron yang sangat rendah dan sangat cepat, kekuatan puluhan kali lipat, dan transmisi cahaya yang sangat baik di atas baja.
Dpengembangan Trend:
Hadiah Nobel Fisika 2010 telah membuat graphene menjadi populer di dunia teknologi dan pasar modal dalam beberapa tahun terakhir.
Dalam 5 tahun ke depan, penggunaan graphene akan tumbuh secara eksplosif di bidang display fotolistrik, semikonduktor, layar sentuh, perangkat elektronik, baterai penyimpan energi, display, sensor, semikonduktor, dirgantara, militer, material komposit, dan biomedis.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology, dll.
Terobosan:
Porositas tinggi, kepadatan rendah, ringan, konduktivitas termal rendah, sifat insulasi termal yang sangat baik.
Tren Perkembangan:
Material baru dengan potensi besar.
Mereka memiliki potensi besar di bidang konservasi energi dan perlindungan lingkungan, insulasi panas pada peralatan listrik, dan konstruksi.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Fosman Technology, W.R. Grace, Fuji-Silandia, Jepang, dll.
Terobosan:
Konduktivitas listrik yang tinggi, konduktivitas termal yang tinggi, modulus elastisitas yang tinggi, kekuatan tarik yang tinggi, dll.
Tren Perkembangan:
Elektroda untuk perangkat fungsional, pembawa katalis, sensor, dll.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Unidym, Inc, Toray Industries, Inc, Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co, Ltd. Forsman Technology, Suzhou First Element, dll.
Terobosan:
Dengan sifat optik linier dan non-linier, superkonduktivitas fullerene logam alkali, dll.
Tren Perkembangan:
Masa depan memiliki prospek penting di bidang ilmu kehidupan, kedokteran, astrofisika, dll., dan diharapkan dapat digunakan dalam perangkat fotolistrik seperti konverter optik, konversi sinyal dan penyimpanan data.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Universitas Negeri Michigan, Xiamen Funa New Materials, dll.
Terobosan:
Kekuatan dan ketangguhan yang tinggi, permeabilitas magnetik yang sangat baik dan kehilangan magnetik yang rendah serta aliran cairan yang sangat baik.
Dpengembangan Trend:
Dapat digunakan pada transformator rugi-rugi rendah frekuensi tinggi, bagian struktural peralatan terminal bergerak, dll.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Liquidmetal Technologies, Inc, Institut Penelitian Logam, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, BYD, dll.
Terobosan:
Ringan, densitas rendah, porositas tinggi dan luas permukaan spesifik yang besar.
Dpengembangan Trend:
Ini memiliki konduktivitas dan dapat menggantikan bidang aplikasi di mana non-organik anorganikbahan logam tidak dapat menghantarkan listrik.
Ini memiliki potensi besar dalam bidang isolasi suara dan pengurangan kebisingan.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Alcan (Asosiasi Aluminium, AS), Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro, dll.
Terobosan:
Dengan stabilitas termal yang tinggi, rentang suhu cairan yang lebar, asam dan alkali yang dapat disesuaikan, polaritas, kemampuan koordinasi, dan lain-lain.
Tren Perkembangan:
Ini memiliki prospek aplikasi yang luas di bidang industri kimia hijau, serta biologi dan katalisis.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Inovasi Pelarut, BASF, Institut Fisika Lanzhou, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Universitas Tongji, dll.
Terobosan:
Memiliki biokompatibilitas yang baik, kapasitas menahan air, dan stabilitas pH yang luas.
Ini juga memiliki struktur jaringan nano dan sifat mekanik yang tinggi.
Dpengembangan Trend:
Produk ini memiliki prospek yang bagus dalam bidang biomedis, penambah, industri kertas, pemurnian, makanan senyawa konduktif dan anorganik serta senyawa magnetik industri.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Cellu Force (Kanada), Dinas Kehutanan AS, Innventia (Swedia), dll.
Terobosan:
Namometer perocakite memiliki daya tahan magnet raksasa, konduktivitas ionik yang tinggi, dan berperan sebagai katalisator dalam pengendapan dan reduksi oksigen.
Dpengembangan Trend:
Ini akan memiliki potensi besar di bidang katalisis, penyimpanan, sensor, dan penyerapan cahaya di masa depan.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Epry, AlfaAesar, dll.
Terobosan:
Mengubah metode pemrosesan industri tradisional dapat dengan cepat mencapai pembentukan struktur yang kompleks.
Tren Perkembangan:
Metode pencetakan revolusioner memiliki prospek yang bagus di bidang pencetakan struktur kompleks dan pencetakan pemrosesan cepat.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Object, 3DSystems, Stratasys, Huashu Hi-Tech, dll.
Terobosan:
Kaca ini mengubah karakteristik kaca tradisional yang kaku dan rapuh dan mewujudkan inovasi revolusioner fleksibilitas kaca.
Tren Perkembangan:
Prospeknya akan sangat besar di bidang layar fleksibel dan perangkat yang dapat dilipat di masa depan.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Corning, SCHOTT Jerman, dll.
Terobosan:
Perakitan sendiri molekul-molekul material akan mewujudkan "kecerdasan" material itu sendiri.
Mengubah metode persiapan material sebelumnya untuk mewujudkan material membentuk bentuk dan struktur tertentu secara spontan.
Tren Perkembangan:
Mengubah metode persiapan bahan tradisional dan metode perbaikan bahan memiliki prospek yang bagus di bidang perangkat molekuler, rekayasa permukaan dan teknologi nano.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Universitas Harvard, dll.
Terobosan:
Plastik dapat terdegradasi secara alami dan bahan bakunya berasal dari sumber daya terbarukan yang mengubah ketergantungan plastik tradisional terhadap sumber daya fosil seperti minyak, gas alam, dan batu bara, serta mengurangi pencemaran lingkungan.
Tren Perkembangan:
Ini akan menggantikan plastik tradisional di masa depan dan memiliki prospek yang bagus.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Natureworks, Basf, Kaneka, dll.
Terobosan:
Jenis bahan ini memiliki kekuatan tinggi, densitas rendah, dan ketahanan korosi yang sangat baik.
Dan juga memiliki prospek yang tidak terbatas di bidang penerbangan dan sipil.
Tren Perkembangan:
Di masa depan, material ini akan memiliki berbagai aplikasi potensial dalam bobot yang ringan, kekuatan tinggi, dan ketahanan terhadap korosi.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Institut Teknologi Harbin.
Terobosan:
Bahan ini memiliki sifat fisik yang tidak dimiliki oleh bahan konvensional, seperti permeabilitas negatif dan permitivitas negatif.
Tren Perkembangan:
Ini telah mengubah konsep pemrosesan tradisional menurut sifat materialnya.
Di masa depan, karakteristik bahan dapat dirancang sesuai dengan kebutuhan, dan potensinya akan tak terbatas dan revolusioner.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Boeing, Kymeta, Institut Penelitian Guangqi Shenzhen, dll.
Terobosan:
Dalam keadaan superkonduktor, bahan memiliki resistansi nol, tidak ada kehilangan arus, dan bahan menunjukkan sifat anti-magnetik dalam medan magnet.
Tren Perkembangan:
Jika teknologi superkonduktor suhu tinggi telah ditembus di masa depan, diharapkan dapat memecahkan masalah transmisi daya kehilangan, pemanasan perangkat elektronik, dan teknologi suspensi magnetik transmisi hijau yang baru.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Sumitomo Jepang, Bruker Jerman, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, dll.
Terobosan:
Setelah pra-pembentukan, setelah dipaksa berubah bentuk oleh kondisi eksternal, kemudian diproses dalam kondisi tertentu dan dikembalikan ke bentuk aslinya untuk mewujudkan desain dan penerapan deformasi material yang dapat dibalik.
Tren Perkembangan:
Ini memiliki potensi besar dalam teknologi ruang angkasa, peralatan medis, peralatan mekano elektronik dan bidang lainnya.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Youyan Bahan-bahan baru, dll.
Terobosan:
Di bawah aksi medan magnet, ini dapat menghasilkan kinerja pemanjangan atau kompresi, dan mewujudkan interaksi antara deformasi material dan medan magnet.
Tren Perkembangan:
Ini banyak digunakan dalam perangkat struktural cerdas, perangkat penyerapan goncangan, struktur konversi energi, motor presisi tinggi dan bidang lainnya, dan memiliki kinerja yang lebih baik daripada keramik piezoelektrik dalam beberapa kondisi.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
ETREMA, Perusahaan Produk Tanah Jarang Amerika, Inggris, Perusahaan Logam Ringan Sumitomo Jepang, dll.
Terobosan:
Kondisi cair, menggabungkan sifat magnetik bahan magnetik padat dan fluiditas cairan.
Ini memiliki karakteristik dan aplikasi yang tidak dimiliki oleh bahan curah magnetik tradisional.
Tren Perkembangan:
Ini digunakan di bidang segel magnetik, pendinginan magnetik, pompa panas magnetik, dll., Dan mengubah pendinginan tertutup tradisional dan metode lainnya.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Perusahaan Teknologi Terapan ATA Amerika Serikat, Panasonic Jepang, dll.
Terobosan:
Kamera ini dapat merasakan dan merespons perubahan di lingkungan sekitarnya, dan memiliki karakteristik respons biologis yang serupa.
Tren Perkembangan:
Siklus ekspansi-kontraksi gel polimer pintar dapat digunakan untuk katup kimia, pemisahan adsorpsi, sensor, dan bahan memori.
Daya yang disediakan oleh siklus digunakan untuk merancang "mesin kimia".
Kemampuan kontrol jala cocok untuk sistem pelepasan obat cerdas dan lain-lain.
Lembaga penelitian utama (perusahaan):
Universitas-universitas di Amerika dan Jepang.
Pendahuluan:
Film holografik adalah aplikasi terobosan teknologi hologram. Ini adalah film proyeksi yang dipatenkan yang, untuk pertama kalinya secara internasional, memungkinkan gambar untuk dilihat secara langsung dari depan dan belakang, pada berbagai sudut termasuk 360 derajat, terlepas dari kondisi pencahayaan.
Film holografik menawarkan tampilan udara yang dinamis dengan pencitraan sejernih kristal, sekaligus memungkinkan penonton untuk melihat melalui film ke latar belakang. Film ini dapat dipasangkan dengan perangkat lunak interaktif untuk menciptakan gambar interaktif tiga dimensi, membenamkan penonton dalam pengalaman spasial yang menawan.
Dengan keunggulan yang tidak tertandingi, seperti definisi tinggi, ketahanan terhadap cahaya terang, ketipisan yang luar biasa, dan sifat anti-penuaan, bahan ini siap menjadi salah satu bahan yang paling menjanjikan di masa depan.
Tren Masa Depan:
Dengan kemampuannya untuk memberikan tampilan udara yang dinamis dan pencitraan yang jernih, sekaligus memungkinkan penonton untuk melihat hingga ke latar belakang dan berinteraksi dengan gambar tiga dimensi, film holografik menghadirkan banyak manfaat yang tak tertandingi. Film ini berada di garis depan inovasi material, yang ditakdirkan untuk menarik lebih banyak penelitian ilmiah.
Prediksi tren masa depan dalam pengembangan film holografik mencakup dua aspek utama:
Pertama, komponen nano-optik tingkat molekuler, yang berpusat di sekitar Kristal Filter Warna Holografik (HCFC) dan mengintegrasikan teknologi nano dengan pendekatan multidisiplin yang menggabungkan ilmu material, optik, dan ilmu polimer.
Kedua, film ini akan menampilkan struktur optik presisi canggih dalam desainnya yang ringan, memastikan pencitraan definisi tinggi dan kecerahan tinggi yang superior.
Kejernihan material yang luar biasa dan desain minimalis serta elegan, berkontribusi pada penggunaannya dalam perangkat elektronik dan film optik. Pengembangan teknologi film holografik merupakan fokus bagi banyak negara, dan tanpa melebih-lebihkan, teknologi ini merangkum masa depan. Negara mana pun yang menguasai dan memanfaatkan teknologi ini terlebih dulu, akan memimpin jalan menuju era teknologi canggih.
Pendahuluan:
Hidrogen metalik adalah kondisi konduktif hidrogen cair atau padat yang terbentuk di bawah tekanan jutaan atmosfer. Konduktivitas listriknya mirip dengan logam, oleh karena itu dinamakan hidrogen metalik. Sebagai bahan penyimpan energi tinggi dengan kepadatan tinggi, hidrogen metalik sebelumnya diprediksi sebagai superkonduktor suhu ruangan.
Bahan peledak ini mengandung energi yang sangat besar, 30-40 kali lebih besar dari bahan peledak TNT konvensional. Pada tanggal 26 Januari 2017, jurnal Science melaporkan bahwa laboratorium Universitas Harvard telah berhasil menciptakan hidrogen metalik. Namun, pada 22 Februari 2017, karena kesalahan penanganan, satu-satunya sampel hidrogen metalik di dunia menghilang.
Secara teoritis, mendapatkan hidrogen logam di bawah tekanan yang sangat tinggi tentu saja memungkinkan, namun penelitian lebih lanjut diperlukan bagi para ilmuwan untuk mendapatkan sampel. Sebagian besar superkonduktor yang dikenal memerlukan pendinginan dengan helium cair (-269 ° C) atau nitrogen cair (-196 ° C), yang membatasi pengembangan teknologi superkonduktor.
Tidak seperti ahli kimia, astronom menyebut semua elemen kecuali hidrogen dan helium sebagai logam. Di bawah kondisi suhu dan tekanan tinggi, hidrogen gas juga bisa menjadi hidrogen logam konduktif.
Sebagai contoh, lapisan terluar Jupiter terdiri dari 1.000 kilometer hidrogen molekuler gas, di bawahnya terdapat lapisan hidrogen molekuler cair sepanjang 24.000 kilometer, diikuti oleh lapisan hidrogen logam cair sepanjang 45.000 kilometer.
Pada tahun 1936, ilmuwan Amerika, Wigner pertama kali menghitung tekanan saat hidrogen bertransisi menjadi logam, dan menunjukkan bahwa tekanan kritis untuk transformasi ini berkisar antara satu hingga sepuluh juta atmosfer.
Tren Perkembangan Masa Depan:
Suhu kritis superkonduktor hidrogen logam, yang merupakan suhu maksimum yang menunjukkan superkonduktivitas, berkisar antara -223°C hingga -73°C. Hidrogen ini berpotensi digunakan pada suhu sekitar karbon dioksida padat (-78,45°C), yang secara signifikan akan memajukan teknologi superkonduktor.
Karena hidrogen metalik adalah bahan dengan kepadatan tinggi, menggunakannya sebagai bahan bakar akan sangat mengurangi ukuran dan berat roket, yang mengarah pada lompatan monumental dalam eksplorasi ruang angkasa. Munculnya hidrogen metalik, mirip dengan lahirnya mesin uap, akan memicu era revolusioner di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi.
Hidrogen metalik ada dalam keadaan metastabil dan dapat digunakan untuk membuat "sangkar magnetik" untuk mengurung plasma, yang berisi gas terionisasi yang terik. Reaksi fusi nuklir yang terkendali akan mengubah energi nuklir menjadi energi listrik, menawarkan sumber daya yang murah dan bersih. Energi semacam itu akan memungkinkan pembangunan "pabrik yang meniru matahari" di Bumi, yang pada akhirnya akan memecahkan krisis energi umat manusia.
Ikhtisar: Supersolid sebenarnya mirip dengan superfluida, yang menunjukkan zat padat yang memiliki sifat superfluida, yang pada dasarnya memadukan karakteristik "superfluida + padat." Secara sederhana, supersolid tidak hanya mempertahankan susunan atom yang teratur, yang khas dari keadaan kristal, tetapi juga mengalir tanpa gesekan, seperti cairan super.
Pada suhu yang sangat rendah, kekosongan dalam struktur kristal supersolid dapat mengelompok dan mengalir bebas ke seluruh material. Jika sebuah benda padat ditempatkan di dalam rongga di satu sisi supersolid, benda tersebut akan melintasi supersolid dengan rongga-rongga ini, bergerak bebas seolah-olah melewati dinding.
Tren Masa Depan: Keadaan materi yang baru ini hanya bisa ada di bawah kondisi yang sangat dingin dan vakum sangat tinggi, yang mengindikasikan bahwa, untuk saat ini, kita tidak dapat menerapkannya secara luas. Namun, pemahaman yang lebih dalam tentang keadaan materi yang tampaknya paradoks ini dapat meningkatkan pemahaman kita tentang sifat-sifat superkonduktor dan superkonduktor, sehingga secara signifikan memajukan industri seperti magnet superkonduktor, sensor superkonduktor, dan transmisi energi.
Di masa depan, kekosongan dalam supersolid akan menjadi entitas koheren yang dapat bergerak tanpa hambatan di dalam solid yang tersisa, mirip dengan superfluida. Kondensat Bose-Einstein adalah keadaan materi yang aneh yang terjadi pada suhu yang sangat dingin, di mana sifat kuantum atom menjadi sangat jelas, menunjukkan perilaku seperti gelombang yang signifikan.
Gambaran umum:
Spons kayu, yang dibuat dengan memperlakukan kayu secara kimiawi untuk menghilangkan hemiselulosa dan lignin, sangat baik dalam menyerap minyak dari air. Spons ini dapat menyerap minyak hingga 16-46 kali lipat dari beratnya dan dapat digunakan kembali hingga 10 kali. Spons inovatif ini melampaui semua spons dan penyerap lain yang saat ini digunakan dalam hal kapasitas, kualitas, dan kemampuan untuk digunakan kembali.
Pengembangan Masa Depan:
Tumpahan minyak dan bahan kimia telah menimbulkan malapetaka yang belum pernah terjadi sebelumnya pada badan air di seluruh dunia. Sebagai solusi ramah lingkungan untuk membersihkan lautan, spons kayu menghadirkan cara yang efektif untuk mengatasi masalah ini.
Gambaran umum:
Kristal waktu, juga dikenal sebagai kristal ruang-waktu, adalah kristal empat dimensi yang menunjukkan struktur periodik dalam ruang dan waktu. Biasanya, kita menemukan tiga kondisi dasar materi: padat, cair, dan gas.
Namun, seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan, konsep keadaan materi telah diperluas hingga mencakup plasma, kondensat Bose-Einstein, cairan superkritis, dan banyak lagi. Kristal waktu mewakili keadaan materi yang baru dan fase non-kesetimbangan yang mematahkan simetri translasi temporal.
Konsep kristal waktu pertama kali diusulkan oleh peraih Nobel Frank Wilczek pada tahun 2012. Kita mengenal kristal tiga dimensi, seperti es dan berlian-struktur simetris geometris yang diciptakan oleh susunan periodik partikel mikroskopis dalam ruang.
Saat mengajar murid-muridnya, Wilczek merenungkan apakah konsep kristal tiga dimensi dapat diperluas ke dalam ruang-waktu empat dimensi, yang memungkinkan materi menunjukkan pengaturan periodik dari waktu ke waktu.
Dengan kata lain, kristal waktu mengubah keadaan pada waktu yang berbeda, dan perubahan ini bersifat siklus. Sebagai contoh, kristal waktu bisa saja berupa gula pada satu detik, gula merah pada detik berikutnya, dan kemudian kembali menjadi gula pada detik ketiga.
Tren Masa Depan:
Pada bulan September 2021, empat ilmuwan teoretis-Norman Yao, Vedika Khemani, Dominic Else, dan Masaki Watanabe-bersama-sama dianugerahi "Hadiah Terobosan dalam Fisika Dasar," yang menandai pengakuan yang lebih luas untuk bidang baru kristal waktu diskrit.
Pada akhir tahun 2021, eksperimen kristal waktu diskrit yang dilakukan oleh tim komputasi kuantum Google dinobatkan sebagai salah satu terobosan fisika terbaik tahun ini oleh American Physical Society (APS) Physics dan Institute of Physics (IOP) Physics World.
Penelitian tentang kristal waktu diskrit telah merevolusi pemahaman kita tentang sistem yang digerakkan secara periodik, lokalisasi banyak benda, pretermalisasi, dan proses termalisasi kuantum. Hal ini juga telah mendorong berbagai peneliti dari berbagai bidang untuk mendalami bidang ini.
Evolusi kristal waktu diskrit menunjukkan bahwa eksplorasi ilmiah sering kali menantang, membutuhkan sanggahan dan perdebatan akademis yang ketat. Dalam ranah penemuan ilmiah, kesalahan yang mendalam lebih berharga daripada kebenaran yang biasa-biasa saja, karena kesalahan tersebut dapat memunculkan ide-ide baru.
Kristal waktu telah diuntungkan oleh kemajuan pesat dalam teknologi komputasi kuantum, yang memungkinkan perkembangannya yang cepat dan bukannya ketidakjelasan.
Pendahuluan:
Perusahaan bioteknologi Kanada, Hyperstealth Biotechnology, telah mengembangkan bahan canggih yang dikenal sebagai "Quantum Stealth" (Kain Gaib). Kain ini, yang dijuluki "Kamuflase Quantum Stealth", mencapai tembus pandang dengan membengkokkan gelombang cahaya.
Tren Masa Depan:
Bahan ini dapat digunakan untuk membuat jubah tembus pandang, membantu para prajurit di medan perang untuk menjalankan misi yang sangat menantang melalui penyamaran. CEO perusahaan, Guy Cramer, menyatakan: "Bahan 'Quantum Stealth' tidak hanya dapat membantu pasukan khusus melakukan penyerbuan di siang hari, tetapi juga dapat memfasilitasi pelarian seorang prajurit ketika mereka menghadapi bahaya yang tidak terduga.
Selain itu, bahan ini menjanjikan untuk diaplikasikan pada pesawat siluman, kapal selam, dan tank generasi berikutnya, yang memungkinkan mereka untuk mencapai tembus pandang yang sesungguhnya dan memungkinkan pasukan untuk menyerang musuh tanpa terlihat."
Gambaran umum: Bahan ini, terdiri atas polimer dan air, bersifat konduktif dan selalu lembap.
Prospek masa depan: Di masa depan, bahan ini berpotensi untuk dimanfaatkan dalam pembuatan kulit buatan dan robot fleksibel dengan kemampuan biomimetik.
Pendahuluan:
Transition Metal Dichalcogenides (TMDCs) memiliki struktur dua dimensi yang sederhana dan merupakan bahan super inovatif yang setara dengan graphene. Material ini biasanya terdiri dari elemen logam transisi M (seperti molibdenum, tungsten, niobium, renium, titanium, dll.) dan elemen chalcogen X (seperti sulfur, selenium, telurium, dll.).
Karena biayanya yang relatif murah dan kemudahan fabrikasi menjadi lapisan yang sangat tipis dan stabil, serta sifat semikonduktifnya, TMDC telah muncul sebagai bahan yang ideal di bidang optoelektronik.
Tren Perkembangan Masa Depan:
Jika elektron dan lubang diinjeksikan ke dalam TMDC, mereka akan bergabung kembali ketika bertemu dan kemudian memancarkan foton. Kapasitas konversi fotonik-elektronik ini menjanjikan untuk TMDC dalam domain transmisi informasi optik, di mana mereka dapat berfungsi sebagai sumber cahaya atau laser berdaya rendah yang mini dan berdaya rendah.
TMDC juga dapat dikombinasikan dengan berbagai bahan dua dimensi untuk menciptakan heterojunction dengan masalah ketidakcocokan kisi yang minimal. Perangkat fotonik heterojunction tersebut diharapkan dapat menunjukkan kinerja yang unggul pada rentang spektral yang lebih luas.
Gambaran umum:
Bahan pendidihan kriogenik adalah zat yang berperilaku berlawanan dengan bahan pendidihan termal, bertransisi dari padat ke cair ke gas saat suhu menurun. Bahan-bahan ini tetap padat pada suhu tinggi dan suhu sekitar, dengan kekuatannya yang meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, yang mampu menahan suhu melebihi 10.000 derajat Celcius.
Bahan ini mencair pada suhu -121°C dan berubah menjadi gas pada suhu -270°C. Bahan pendidihan kriogenik dianggap sebagai bahan super. Dibandingkan dengan bahan tahan suhu tinggi dan superkonduktor tercanggih yang saat ini sedang dikembangkan, bahan ini menunjukkan ketahanan suhu tinggi dan superkonduktivitas yang unggul.
Apabila didoping dengan bahan pendidihan termal inert, kekuatan suhu rendah dan suhu sangat rendah dari bahan pendidihan kriogenik dapat ditingkatkan, sehingga memberikan kekuatan yang luar biasa pada rentang suhu yang lebih luas.
Bahan logam kriogenik menunjukkan sifat superkonduktor pada suhu kamar, sehingga tidak memerlukan lingkungan dengan suhu rendah yang mahal. Oleh karena itu, mereka memiliki potensi yang sangat besar untuk penelitian dan aplikasi praktis.
Tren Perkembangan Masa Depan:
Analis industri menunjukkan bahwa bahan pendidihan kriogenik dapat digunakan secara luas di bidang kedirgantaraan, mesin super, dan perangkat elektronik. Sebagai contoh, di bidang kedirgantaraan, bahan-bahan ini dapat digunakan untuk membuat mesin berkinerja tinggi dan cangkang pesawat ruang angkasa.
Mereka ideal untuk pesawat ruang angkasa yang melakukan perjalanan dengan kecepatan kosmik ketiga atau lebih tinggi, di mana komponen harus mempertahankan kekerasan ultra-tinggi di bawah suhu ekstrem yang dihasilkan oleh perjalanan berkecepatan tinggi, dan masih berfungsi secara efektif dalam kondisi ruang angkasa yang dingin dan sangat dingin.
Bahan pendidihan kriogenik dapat mendorong revolusi teknologi dalam industri kedirgantaraan. Namun, sintesis atau ekstraksi mereka dari bulan menghadirkan tantangan yang signifikan, dan jalan panjang terbentang di depan sebelum bahan-bahan ini dapat diterapkan.
Pendahuluan:
Cairan magnetorheologi, juga dikenal sebagai cairan magnetik, ferrofluida, atau hanya magfluida, mewakili kelas bahan fungsional inovatif yang menggabungkan fluiditas cairan dengan sifat magnetik magnet padat. Terdiri dari partikel padat magnetik berskala nanometer, cairan pembawa, dan surfaktan, cairan koloid yang stabil ini tidak menunjukkan tarikan magnet saat diam.
Namun demikian, mereka menunjukkan sifat magnetik apabila terpapar medan magnet eksternal. Karakteristik unik tersebut telah menyebabkan aplikasi yang luas dan nilai akademis yang signifikan.
Cairan magnetorheologi yang dihasilkan dari nanometal dan serbuk paduan menunjukkan kinerja yang unggul dan digunakan secara luas dalam lingkungan yang menuntut untuk segel cairan magnet, sistem peredam, perangkat medis, modulasi suara, tampilan optik, dan proses pemisahan magnetorheologi.
Tren Masa Depan:
Beberapa tahun terakhir ini telah terjadi banyak terobosan ilmiah dalam penerapan material magnetorheologi di berbagai bidang seperti kedirgantaraan, pertahanan, perawatan kesehatan, dan transportasi. Seiring dengan kemajuan teknologi, aplikasi ini semakin meluas, dan permintaan akan keahlian ilmiah dan teknis terkait terus meningkat.
Diakui sebagai salah satu bahan yang paling potensial untuk pengembangan di masa depan, cairan magnetorheologi telah menarik perhatian dunia.
Meskipun Tiongkok memasuki bidang penelitian magnetorheologi lebih lambat dari yang lain, namun dengan cepat mendapatkan momentum. Dengan monopoli teknologi aplikasi kelas atas yang pernah dipegang oleh negara-negara maju seperti Inggris dan Amerika Serikat yang secara bertahap berkurang, diantisipasi bahwa persaingan dalam penelitian material magnetorheologi akan semakin meningkat di tahun-tahun mendatang.
Pendahuluan:
Bahan pelapis ini adalah paduan kaca berbahan dasar besi yang dirancang khusus untuk bor industri dan alat bor, yang menawarkan peningkatan ketahanan terhadap fraktur pada beban berat. Secara signifikan lebih hemat biaya daripada material konvensional seperti paduan keras tungsten karbida-kobalt dan juga meningkatkan efisiensi pembuatan terowongan karena masa pakainya yang lebih lama.
Tren Masa Depan:
Bahan ini memiliki aplikasi potensial dalam industri seperti manufaktur dan konstruksi di masa depan.
Gambaran umum:
Nanodot perovskit, yang dikenal dengan magnetoresistensi kolosalnya, konduktivitas ionik yang tinggi, sifat elektrokatalitik, dan aktivitas redoks, memiliki potensi yang sangat besar untuk aplikasi dalam penyerapan, penyimpanan, katalisis, dan penginderaan cahaya.
Perovskit adalah bahan struktural kristal dan mewakili kelas baru bahan fungsional. Saat ini, masalah stabilitas mereka merupakan penghalang yang signifikan untuk pengembangan. Namun, penelitian terhadap struktur perovskit baru terus berkembang, menarik perhatian yang cukup besar pada nanodot perovskit.
Tren Masa Depan:
Menurut "Laporan Penelitian Status Pengembangan Pasar Nanodot Perovskit China dan Prakiraan Prospek Industri" yang dirilis oleh jaringan survei pasar, sebuah tim dari Queensland University of Technology (QUT) di Australia mengintegrasikan nanodot perovskit, yang terbuat dari rambut manusia, ke dalam sel surya.
Nanodot ini membentuk lapisan pelindung pada permukaan perovskit, melindungi material dari berbagai faktor eksternal, meningkatkan stabilitasnya, dan meningkatkan efisiensi konversi fotovoltaik. Hal ini juga dapat mengurangi biaya produksi.
Kemajuan tersebut sangat penting untuk pengembangan sel surya perovskit berskala besar, yang mengindikasikan masa depan yang menjanjikan untuk nanodot perovskit.
Pendahuluan:
Logam kisi mikro dibuat dari tabung berongga kecil yang saling terhubung untuk membentuk struktur, dengan diameter setiap tabung sekitar 100 mikrometer dan ketebalan dinding hanya 100 nanometer. Karena sifatnya yang berongga, bagian dalam logam ini terdiri dari 99,99% udara.
Logam ini terutama terbuat dari udara yang ringan, sehingga memungkinkannya bertumpu pada bunga dandelion atau melayang ke tanah seperti bulu dari ketinggian. Banyak orang mungkin mempertanyakan kekuatan logam yang begitu ringan, dan menduga bahwa logam ini sangat rapuh. Namun, sebenarnya tidak demikian. Logam kisi mikro sangat kuat dan memiliki tingkat kekuatan tekan yang tinggi.
Tren Perkembangan Masa Depan:
Sebagai elektroda baterai dan pembawa katalis, logam kisi mikro siap untuk merevolusi masa depan manufaktur penerbangan dan pesawat ruang angkasa. Logam ini menjanjikan untuk mengurangi massa kendaraan eksplorasi ruang angkasa NASA hingga 40%, yang sangat penting untuk misi masa depan ke Mars dan seterusnya.
Gambaran umum:
Stanene, yang juga dikenal sebagai lapisan tunggal atom timah, memiliki struktur sarang lebah dua dimensi yang mirip dengan graphene, menjadikannya bahan kuantum baru. Struktur kristalnya didasarkan pada alfa-timah yang mirip berlian, dan karena konfigurasinya yang tidak berlapis, material ini tidak dapat diproduksi melalui pengelupasan mekanis, yang mengakibatkan hambatan teknologi produksi yang sangat tinggi.
Dibandingkan dengan bahan dua dimensi lainnya seperti graphene, silicene, dan germanene, stanene memiliki ikatan yang lebih panjang dan konduktivitas listrik yang unggul, dan siap menjadi bahan super pertama di dunia yang mampu mencapai konduktivitas listrik 100,0% pada suhu kamar.
Tren Masa Depan:
Analis industri menunjukkan bahwa sebagai bahan dua dimensi yang sedang berkembang, stanene memiliki prospek aplikasi yang luas. Dengan inovasi dan terobosan yang berkelanjutan dalam teknologi penelitian dan pengembangan, berbagai aplikasi stanene diharapkan akan berkembang, dan industri ini kemungkinan besar akan mencapai pengembangan komersial.
Hambatan teknis dalam industri stanena sangat tinggi, dan dalam beberapa tahun terakhir, banyak tim peneliti Tiongkok telah membuat kemajuan yang signifikan dalam studi bahan stanena, yang berdampak positif pada pertumbuhan industri.
Gambaran umum:
Lem super molekuler adalah perekat yang ditemukan pada tahun 2013 oleh Mark Howarth dan tim peneliti dari Departemen Biokimia di Universitas Oxford, yang berasal dari protein yang dilepaskan oleh bakteri Streptococcus pyogenes selama invasi sel.
Terinspirasi oleh protein yang dipancarkan oleh Streptococcus pyogenes, perekat ini terbentuk dari dua komponen protein yang dapat terpisah tetapi mengikat kembali seperti lem pada saat bersentuhan. Dikenal sebagai lem super molekuler, perekat ini memiliki kekuatan rekat yang tinggi, toleransi yang sangat baik terhadap suhu ekstrem, dan ketahanan dalam lingkungan asam dan lingkungan keras lainnya.
Prospek Masa Depan:
Ke depannya, bahan ini memiliki aplikasi potensial dalam diagnostik kanker; lem super molekuler dapat berikatan dengan logam, plastik, dan berbagai zat lainnya, mengatasi masalah umum perekatan yang buruk antara pelapis konvensional dan logam.
Pendahuluan:
Metamaterial, sebuah istilah yang muncul pada abad ke-21, merujuk pada material atau struktur komposit khusus yang memiliki sifat fisik luar biasa yang tidak ditemukan pada material konvensional. Hal ini dicapai melalui desain struktural yang teratur dari dimensi fisik utama.
Metamaterial bersinggungan dengan berbagai disiplin ilmu seperti fisika, kimia, optoelektronika, ilmu material, ilmu semikonduktor, dan manufaktur peralatan, yang memposisikannya di garis depan penelitian global dengan signifikansi strategis.
Jurnal bergengsi Science mendaftarkan metamaterial sebagai salah satu dari sepuluh kemajuan ilmiah teratas dalam dekade pertama abad ini, sementara majalah Materials Today juga memuji metamaterial sebagai salah satu dari sepuluh terobosan paling signifikan dalam ilmu material selama lima puluh tahun terakhir.
Tren Masa Depan:
Metamaterial siap untuk menjadi material baru dengan potensi tak terbatas. Namun, mereka masih jauh dari industrialisasi skala besar yang sebenarnya, dengan banyak tantangan yang harus diatasi. Tantangan-tantangan ini akan mengarahkan penelitian utama dalam metamaterial, yang berpotensi mengarah pada terobosan dan pencapaian teknologi lebih lanjut di bidang ini.
Gambaran umum:
Kuantum adalah konsep penting dalam fisika modern, yang mewakili unit fundamental terkecil dari materi dan energi. Logam kuantum adalah logam yang terdiri dari unit partikel terkecil dan merupakan bahan dua dimensi yang unik. Logam ini memiliki karakteristik logam biasa, serta sifat isolasi dan superkonduktor.
Di bawah medan magnet moderat, logam ini berperilaku sebagai logam kuantum, bertransisi menjadi isolator di bawah medan magnet yang kuat, dan menjadi superkonduktor di bawah suhu -272°C. Hal ini menunjukkan potensi untuk penelitian mengenai keadaan dua dimensi logam kuantum.
Tren Masa Depan:
Analis industri menunjukkan bahwa superkonduktivitas adalah arah yang signifikan untuk penelitian logam kuantum. Superkonduktor, yang menunjukkan hambatan listrik nol di bawah suhu kritisnya, dapat mentransmisikan listrik tanpa kehilangan dan memiliki aplikasi yang luas dalam bidang elektronik, telekomunikasi, listrik, transportasi, medis, industri nuklir, kedirgantaraan, dan banyak lagi.
Pada tahun 2021, pasar superkonduktor global bernilai sekitar $7,6 miliar dan terus menunjukkan tren pertumbuhan. Superkonduktor dapat dikategorikan menjadi superkonduktor suhu rendah dan suhu tinggi, dengan superkonduktor suhu tinggi memegang posisi dominan dan momentum pengembangan yang kuat. Logam kuantum, sebagai jenis superkonduktor suhu rendah, memiliki nilai substansial dalam penelitian dan aplikasi.
Pendahuluan:
Boron graphene, bahan dua dimensi, adalah struktur atom planar satu lapis yang mirip dengan graphene, yang terdiri dari unsur boron. Lapisan tipis ini hanya setebal satu atom.
Disintesis secara artifisial, boron graphene diprediksi memiliki berbagai struktur, memiliki sifat unik dan menampilkan banyak karakteristik logam, terutama sifat elektronik yang luar biasa. Ini merupakan kelas baru dari bahan dua dimensi.
Tren Masa Depan:
Analis industri menyatakan bahwa untuk mendorong kemajuan teknologi dalam industri, terdapat minat yang tinggi dalam penelitian dan penerapan material baru di pasar global.
Investasi dari pemerintah dan modal dalam penelitian material baru terus meningkat, dan material baru berkinerja tinggi sedang dikembangkan dan dikomersialkan dengan kecepatan yang dipercepat. Sebagai bahan dua dimensi baru, boron graphene memiliki sifat elektronik yang sangat baik dan potensi yang luar biasa untuk pertumbuhan dalam industri seperti elektronik dan energi.
Dalam jangka pendek, pasar aplikasinya belum terbentuk karena masih dalam tahap penelitian. Namun, dalam jangka panjang, dibandingkan dengan graphene, ia memiliki potensi pasar yang signifikan.
Gambaran umum:
Semen yang dapat diprogram, dengan mengatur struktur mikro partikel semen, memprogram partikel-partikel ini untuk membentuk beton khusus dengan kepadatan tinggi dan porositas rendah. Hal ini meningkatkan kekuatan beton, daya tahan air, dan ketahanan terhadap korosi.
Semen yang dapat diprogram adalah jenis semen yang inovatif dan berteknologi tinggi. Tidak hanya memiliki kinerja keseluruhan yang lebih baik, tetapi juga secara signifikan mengurangi kerusakan lingkungan selama produksi dan aplikasi.
Tren Perkembangan Masa Depan:
Analis industri menunjukkan bahwa Tiongkok saat ini memiliki keterlibatan yang lebih rendah dalam penelitian semen yang dapat diprogram dibandingkan dengan Amerika Serikat. Namun, karena negara ini bertujuan untuk bertransisi dari raksasa manufaktur menjadi pembangkit tenaga listrik dan mencapai netralitas karbon dan tujuan pembangunan berkelanjutan, pemerintah Tiongkok secara aktif mempromosikan penelitian terhadap material baru yang berkinerja tinggi dan ramah lingkungan.
Di masa depan, investasi dalam penelitian bahan bangunan baru di Tiongkok diperkirakan akan terus meningkat, dan pencapaian dalam penelitian semen yang dapat diprogram kemungkinan besar akan meningkat.
Gambaran umum:
Ultra-Thin Platinum adalah metode baru untuk mendepositkan film tipis platinum dengan cepat dan murah, secara signifikan mengurangi jumlah logam yang diperlukan untuk katalis sel bahan bakar, sehingga sangat menurunkan biayanya.
Prospek Masa Depan:
Bahan ini dapat digunakan di bidang seperti sel bahan bakar hidrogen di masa depan.
Gambaran umum:
Paduan platinum terdiri dari platinum yang dicampur dengan logam lain seperti paladium, rhodium, yttrium, ruthenium, kobalt, osmium, dan tembaga. Sebagai bahan fungsional, bahan ini digunakan dalam pengukuran suhu, sebagai katalis, untuk kontak listrik, bahan elektroda, bahan elastis, dan bahan magneto-hidrodinamik.
Paduan platinum untuk pengukuran suhu menunjukkan stabilitas termal-listrik yang tinggi dan presisi pada suhu tinggi, terutama yang melibatkan sistem platinum-rhodium, platinum-molibdenum, dan platinum-kobalt. Paduan platinum-rhodium memiliki ketahanan oksidasi suhu tinggi dan stabilitas kimia yang sangat baik.
Termokopel paduan platinum-molibdenum digunakan untuk pengukuran suhu tinggi di ruang hampa udara atau atmosfer lembam dan medan nuklir. Paduan platinum-kobalt, yang digunakan dalam termometer resistansi, bekerja dengan presisi dan sensitivitas tinggi di atas 20K.
Katalis paduan platinum adalah satu-satunya bahan yang digunakan dalam proses oksidasi amonia untuk produksi asam nitrat, terutama terdiri dari jerat paduan platinum-rhodium atau platinum-rhodium-paladium.
Tren Masa Depan:
Paduan platinum memiliki berbagai aplikasi dalam bahan regangan suhu tinggi, bahan lilitan potensiometer presisi, bahan medis, perhiasan, dan mata uang, dengan potensi yang signifikan untuk pengembangan di masa depan.
Gambaran umum:
Bahan yang dapat menyembuhkan diri sendiri, sesuai dengan namanya, mampu memperbaiki kerusakan secara otomatis tanpa perlu intervensi yang signifikan. Sifat ini tidak hanya memperpanjang masa pakai barang, tetapi juga memastikan keamanan dan integritasnya sekaligus mengurangi biaya perawatan.
Penelitian terhadap material yang dapat menyembuhkan diri sendiri dimulai pada tahun 1990-an di bidang beton arsitektural. Namun, baru pada tahun 2001, kemajuan yang signifikan dicapai ketika ahli elektrokimia terkenal di dunia, Scott White dari Amerika Serikat, dan timnya menerbitkan sebuah artikel di Nature. Mereka mengembangkan bahan polimer yang dapat menyembuhkan diri sendiri dengan menanamkan mikrokapsul yang diisi dengan bahan penyembuh ke dalam resin epoksi yang mengandung katalis, yang menarik perhatian internasional secara luas ke bidang ini.
Tren Masa Depan:
Dengan kemajuan pesat teknologi penyembuhan diri, berbagai bahan penyembuhan diri siap untuk menemukan aplikasi yang lebih luas dalam industri seperti konstruksi, otomotif, kedirgantaraan, penerbangan, dan elektronik. Penggunaannya sangat penting untuk konservasi sumber daya dan pencapaian pembangunan berkelanjutan.
Gambaran umum:
Lapisan inovatif ini dapat menyesuaikan sendiri transparansi kaca. Pada suhu di atas 67ºC, lapisan transparan ini berubah menjadi permukaan reflektif dengan hasil akhir seperti cermin untuk membelokkan sinar matahari.
Prospek Masa Depan:
Bahan ini memiliki aplikasi potensial dalam konstruksi, transportasi, dan sektor lainnya.
Gambaran umum:
Material biomimetik dikembangkan untuk meniru berbagai karakteristik atau fitur organisme hidup. Bahan buatan yang dirancang dan diproduksi untuk meniru mode operasional sistem kehidupan dan prinsip-prinsip struktural bahan biologis dikenal sebagai bahan biomimetik.
Plastik biomimetik tidak hanya memiliki kekuatan yang jauh lebih unggul daripada plastik rekayasa, tetapi juga menunjukkan ketangguhan dan ketahanan yang luar biasa terhadap perambatan retak. Plastik ini mengalami perubahan dimensi minimal dalam kisaran suhu -130°C hingga 150°C, dan pada suhu kamar, koefisien muai panasnya hanya sekitar sepersepuluh dari plastik konvensional.
Tren Masa Depan:
Seiring dengan percepatan urbanisasi di negara kita, isu-isu mengenai stabilitas sosial dan keamanan perkotaan semakin mengemuka. Teknologi plastik biomimetik adalah pendorong utama untuk pembangunan infrastruktur. Oleh karena itu, dengan semakin majunya teknologi sosio-ekonomi dan informasi, penerapan plastik biomimetik siap menjadi tren baru di masa depan.
Pendahuluan:
Kristal fotonik adalah struktur nano optik periodik yang memengaruhi pergerakan foton dengan cara yang sama seperti kisi ionik yang memengaruhi elektron dalam padatan. Kristal fotonik terjadi secara alami, bermanifestasi sebagai pewarnaan struktural dan reflektor hewan, dan menjanjikan berbagai aplikasi dalam berbagai bentuk. Sebagai bahan optik yang menarik, kristal fotonik digunakan untuk mengontrol dan memanipulasi aliran cahaya.
Tren Masa Depan:
Kristal fotonik satu dimensi sudah banyak digunakan dalam optik film tipis, dengan aplikasi yang berkisar dari pelapis anti-reflektif dan reflektif tinggi pada lensa dan cermin hingga cat dan tinta pengubah warna. Kristal fotonik berdimensi lebih tinggi sangat menarik untuk penelitian fundamental dan terapan, dengan struktur dua dimensi yang mulai menemukan aplikasi komersial.
Produk komersial yang melibatkan kristal fotonik periodik dua dimensi telah muncul dalam bentuk serat kristal fotonik, yang menggunakan struktur berskala mikron untuk membatasi cahaya dengan sifat yang pada dasarnya berbeda dengan yang dipandu oleh serat konvensional yang digunakan pada perangkat nonlinier dan untuk memandu panjang gelombang yang tidak biasa.
Meskipun rekan-rekan tiga dimensinya masih jauh dari komersialisasi, namun dapat menawarkan fungsi tambahan, seperti nonlinieritas optik yang diperlukan untuk mengoperasikan transistor optik yang digunakan dalam komputer optik, setelah aspek teknis tertentu, seperti kemampuan produksi dan kesulitan utama diatasi.
Gambaran umum:
Bahan keramik tahan erosi merupakan kemajuan yang sangat menjanjikan dalam bahan struktural bersuhu tinggi. Dengan titik leleh yang tinggi, bahan ini berfungsi sebagai bahan tahan api yang unggul untuk aplikasi seperti tungku dan tabung kiln suhu tinggi. Di antara keramik-keramik ini, yang dikategorikan sebagai bahan struktural terutama terdiri dari sifat-sifat mekanis seperti kekuatan, kekerasan, dan ketangguhan.
Meskipun logam telah banyak digunakan sebagai bahan struktural, kerentanannya terhadap korosi dan oksidasi pada suhu tinggi membuatnya tidak cocok untuk kondisi tersebut. Munculnya keramik struktural suhu tinggi mengatasi kekurangan bahan logam yang lebih lemah. Keramik ini tahan terhadap suhu tinggi, oksidasi, dan korosi asam-basa.
Tren Masa Depan:
Keramik suhu tinggi dan tahan erosi menawarkan insulasi, ketahanan suhu, ketahanan korosi, dan sifat mekanik yang kuat. Pelapis isolasi keramik suhu tinggi dikenal karena keramahan lingkungan, efisiensi, dan multifungsi, sehingga mendapatkan tempat penting di sektor pelapis khusus.
Gambaran umum:
Hidrokeramik adalah bahan yang terdiri atas manik-manik hidrogel yang dapat membengkak hingga 400 kali lipat dari volume aslinya apabila terendam dalam air.
Tren Masa Depan:
Karena sifat luar biasa ini, manik-manik bulat menyerap cairan yang akan menguap ke udara sekelilingnya selama cuaca panas, sehingga memberikan efek pendinginan.
Gambaran umum:
Plastik yang dapat didaur ulang tanpa batas adalah plastik yang dapat didaur ulang tanpa batas. Dibandingkan dengan plastik konvensional, plastik yang dapat didaur ulang tanpa batas dapat diproses ulang, mencegah bahaya yang disebabkan oleh produk plastik yang masuk ke lingkungan, sehingga menawarkan manfaat ekologis yang signifikan. Tidak seperti plastik yang dapat terurai secara hayati, plastik yang dapat didaur ulang tanpa batas tidak terurai di alam tetapi dapat digunakan kembali, sehingga memberikan nilai ekonomi yang besar.
Tren Perkembangan Masa Depan:
Plastik yang dapat didaur ulang tanpa batas memiliki prospek pasar yang luas dalam konteks strategi pembangunan berkelanjutan. Analis industri menunjukkan bahwa plastik biasa saat ini menghadapi berbagai masalah terkait nilai ekologi dan ekonomi. Plastik yang dapat didaur ulang tanpa batas dapat mengatasi masalah ini secara maksimal dan menggantikan plastik yang ada dalam pembuatan berbagai produk.
Pendahuluan:
Bahan utama yang digunakan dalam pencetakan 4D adalah polimer. Pada tahun 2014, para ilmuwan mengembangkan serat polimer yang peka terhadap tegangan yang dapat dibuat menjadi gaun yang mampu menyesuaikan diri secara otomatis dengan bentuk tubuh dan gerakan pemakainya.
Tren Masa Depan:
Material pintar merupakan inti dari teknologi 4D. Namun, karena penelitian di bidang ini masih dalam tahap awal, hanya ada beberapa bahan matang yang siap untuk digunakan di pasar, dengan polimer sebagai fokus utama. Hal ini menghadirkan peluang dan tantangan. Bidang utama penelitian saat ini adalah menyelidiki potensi keramik, logam, zat biologis, dan komposit sebagai bahan cetak.
Gambaran umum:
Polimer yang halus dan lembut ini, ketika diaplikasikan pada kulit, dapat langsung mengencangkan dan mengangkat, serta menghapus kerutan dengan mudah.
Prospek Masa Depan:
Bahan ini sangat menjanjikan untuk pengembangan produk perawatan kulit dan perawatan kondisi kulit.
Di bawah ini adalah jawaban atas beberapa pertanyaan yang sering diajukan:
Kemajuan terbaru dalam ilmu material sangat beragam dan menjangkau berbagai bidang, yang mencerminkan inovasi dan aplikasi yang signifikan. Komposit canggih dan material pintar berada di garis depan, dengan material komposit baru yang menggabungkan sifat-sifat seperti kekakuan dan kapasitas redaman yang tinggi, yang membantu mengurangi getaran dan kebisingan. Material pintar, seperti paduan memori bentuk, sedang dikembangkan untuk aplikasi adaptif, termasuk sayap pesawat terbang yang dapat merespons perubahan lingkungan.
Biomaterial dan bioelektronik juga berkembang dengan pesat. Bahan bioelektronik meningkatkan antarmuka antara perangkat elektronik dan tubuh manusia, yang dicontohkan oleh sistem antarmuka otak-komputer seperti yang dikembangkan oleh Neuralink. Selain itu, bioink baru dan teknik pencetakan 3D meningkatkan kualitas dan kemanjuran organ dan struktur yang dicetak 3D, yang sangat penting untuk penelitian medis dan pengujian obat.
Di sektor energi, baterai solid-state dengan kapasitas penyimpanan yang lebih tinggi dan efektivitas biaya sedang ditingkatkan, sehingga membantu adopsi sumber energi terbarukan. Kemajuan dalam penyimpanan energi surya dan pengembangan bahan berkinerja tinggi yang dapat didaur ulang juga patut diperhatikan.
Teknologi pencetakan 3D berkembang dengan teknik seperti "Speed-Modulated Ironing," yang memungkinkan tekstur permukaan beresolusi tinggi dan gradien warna menggunakan bahan tunggal, mengurangi limbah dan meningkatkan efisiensi. Bahan cetak 3D bebas pelarut untuk implan yang dapat terurai secara hayati sedang dieksplorasi untuk aplikasi medis.
Material penginderaan diri dan penyembuhan diri membuat langkah maju, dengan inovasi yang memungkinkan material untuk mendeteksi regangan dan kerusakan melalui pengukuran arus listrik, yang bermanfaat bagi pesawat terbang, robot, dan infrastruktur. Material yang dapat menyembuhkan diri sendiri juga sedang dikembangkan untuk aplikasi perawatan kesehatan seperti kulit elektronik dan biosensor yang dapat dikenakan.
Nanoteknologi dan material kuantum mendorong batas-batas ilmu material. Perkembangannya meliputi bahan nano MXene untuk pengisian daya nirkabel pada tekstil dan vortisitas kuantum yang mengonfirmasi superfluiditas pada benda super. Kemajuan dalam penyelarasan chip semikonduktor dan komputer kuantum foton spin berlian juga signifikan.
Aplikasi medis dan biomedis mengalami terobosan dengan peptida heliks sintetis yang meningkatkan regenerasi tulang dan semikonduktor hidrogel serta bioelektronika yang terhubung dengan jaringan yang memajukan perangkat dan robotika yang terintegrasi secara biologis.
Kelestarian lingkungan adalah fokus utama, dengan inovasi dalam kimia hijau dan batu bata berbasis biologis yang mengurangi jejak karbon. Metode untuk mendaur ulang mikro dan nanoplastik serta kemajuan dalam teknologi hemat energi seperti elektroliser membran alkali untuk produksi hidrogen juga penting.
Kemajuan ini menunjukkan evolusi yang cepat dalam ilmu material, yang didorong oleh penelitian interdisipliner dan integrasi teknologi canggih.
Material baru secara signifikan mengubah industri konstruksi dengan meningkatkan keberlanjutan, efisiensi, daya tahan, dan efisiensi energi. Salah satu kemajuan utama adalah dalam pengembangan material berkelanjutan seperti kelongsong bioplastik berbasis biochar, yang menangkap lebih banyak CO2 daripada yang dilepaskannya, sehingga berkontribusi pada penyerapan karbon. Demikian pula, Bio-Blocks dan Sugarcrete menawarkan alternatif nol-karbon untuk beton tradisional, mengurangi jejak karbon industri.
Material daur ulang juga semakin populer, dengan inovasi seperti batu bata plastik daur ulang, baja, kaca, dan gipsum sintetis yang membantu meminimalkan limbah dan dampak lingkungan. Sifat struktural yang canggih adalah bidang lain yang juga mengalami peningkatan, dengan beton yang dapat menyembuhkan diri sendiri yang dapat memperbaiki retakan secara mandiri, memperpanjang masa pakainya dan mengurangi biaya perawatan. Graphene dan serat karbon digunakan untuk memperkuat material tradisional, meningkatkan kekuatan dan fleksibilitasnya, sementara Engineered Cementitious Composite (ECC) memberikan alternatif yang dapat ditekuk dan tahan lama untuk beton konvensional.
Efisiensi energi ditingkatkan melalui material seperti kaca berisi air, yang menyerap dan mendistribusikan panas, dan kayu tembus pandang, yang menawarkan konduktivitas dan kekuatan termal yang sangat baik. Hempcrete, bahan bio-komposit, memberikan insulasi yang baik dan penanganan kelembapan, yang berkontribusi pada desain bangunan hemat energi.
Teknik konstruksi yang inovatif, seperti pencetakan 3D, memungkinkan pembangunan struktur yang kompleks secara cepat dengan presisi dan limbah yang minimal. Hal ini mencakup penggunaan berbagai bahan, termasuk logam, beton, dan polimer. Selain itu, miselium cetak 3D dan bangunan hidup merevolusi konstruksi berkelanjutan dengan menciptakan ekosistem mandiri dan memanfaatkan limbah perkotaan sebagai bahan baku.
Pengurangan limbah dan daur ulang juga dilakukan dengan batu bata penyerap polusi yang menyaring udara dan batu bata puntung rokok yang mengurangi limbah dan pengeluaran energi. Gent Waste Bricks, yang terbuat dari limbah konstruksi lokal, mencontohkan bagaimana bahan daur ulang dapat didaur ulang menjadi elemen konstruksi yang tahan lama dengan karbon yang berkurang.
Terakhir, kinerja dan keamanan yang lebih baik dicapai melalui inovasi seperti semen penghasil cahaya, yang memancarkan cahaya dalam gelap untuk aplikasi hemat energi, dan baja memori, yang kembali ke bentuk aslinya saat dipanaskan, sehingga cocok untuk memperkuat struktur di daerah rawan gempa.
Kemajuan dalam material baru ini tidak hanya membuat konstruksi lebih ramah lingkungan tetapi juga meningkatkan integritas struktural, daya tahan, dan kinerja bangunan secara keseluruhan, menandai pergeseran yang signifikan menuju industri konstruksi yang lebih berkelanjutan dan berteknologi maju.
Beberapa bahan inovatif berkontribusi secara signifikan terhadap efisiensi dan keberlanjutan energi di berbagai sektor. Baterai pasir, misalnya, muncul sebagai solusi berkelanjutan untuk penyimpanan energi. Baterai ini menggunakan pasir bermutu rendah untuk menyimpan energi panas, yang kemudian dapat digunakan untuk pemanas dan air panas, menghadirkan alternatif yang berdampak rendah terhadap lingkungan dibandingkan baterai kimia tradisional.
Di sektor transportasi, ban isi ulang sedang dikembangkan untuk kendaraan listrik. Ban ini memiliki senyawa tapak yang dapat terurai secara hayati yang dapat diisi ulang, mengurangi limbah dan meningkatkan daya tahan.
Dalam konstruksi bangunan, bahan insulasi termal canggih dan bahan pengubah fasa digunakan untuk meningkatkan kontrol suhu dan mengurangi kebutuhan pemanasan dan pendinginan. Selain itu, bahan bangunan yang berkelanjutan seperti kayu olahan, logam daur ulang, dan cat rendah VOC menjadi semakin populer, sehingga mengurangi konsumsi sumber daya dan limbah.
Material generasi berikutnya seperti komposit canggih, material ringan, dan material nano juga membuat langkah signifikan dalam efisiensi energi. Bahan-bahan ini meningkatkan kinerja peralatan produksi dan transfer energi, dan pelapis berstruktur nano sedang dikembangkan untuk aplikasi penyimpanan energi dan pengolahan air.
Upaya untuk mengembangkan bahan yang murah dan berkelanjutan, seperti prekursor serat karbon alternatif dan bahan baterai canggih, membantu mengurangi biaya sistem energi terbarukan sekaligus meningkatkan efisiensinya.
Secara keseluruhan, bahan-bahan inovatif ini sangat penting dalam mempromosikan efisiensi dan keberlanjutan energi, mengatasi tantangan lingkungan dan ekonomi.
Material canggih mengubah berbagai aplikasi industri karena sifatnya yang unggul dan penggunaannya yang inovatif. Di sektor energi, material canggih sangat penting untuk meningkatkan konversi dan penyimpanan energi terbarukan, seperti melalui pengembangan baterai natrium-ion yang mengurangi ketergantungan pada bahan baku penting. Sektor mobilitas mendapat manfaat dari komposit canggih seperti polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP), yang mengurangi berat dan meningkatkan efisiensi bahan bakar kendaraan dan pesawat terbang, yang dicontohkan oleh Boeing 787 Dreamliner dan kendaraan listrik modern. Dalam konstruksi, bahan berbasis bio dan komposit canggih meningkatkan efisiensi energi, keberlanjutan, dan daya tahan bangunan.
Industri elektronik mengalami kemajuan yang signifikan melalui penggunaan bahan nano, yang meningkatkan kinerja dan efisiensi energi sirkuit terpadu, penyimpanan data magnetik, dan komponen elektronik lainnya. Dalam bidang kesehatan dan ilmu hayati, material canggih seperti material nano memungkinkan prosedur medis dan diagnostik yang inovatif, termasuk teknik pencitraan untuk perawatan sel punca dan platform biosensing untuk analisis obat.
Manufaktur dan Industri 4.0 mendapat manfaat dari material pintar seperti paduan memori bentuk, yang digunakan pada sensor dan aktuator untuk kontrol dan otomatisasi yang tepat. Industri kedirgantaraan mengadopsi komposit canggih untuk menghasilkan pesawat yang lebih ringan dan lebih hemat bahan bakar, menggantikan struktur aluminium tradisional. Demikian pula, sektor otomotif menggunakan nanokomposit dan komposit canggih untuk membuat komponen yang ringan dan kuat yang meningkatkan performa kendaraan dan mengurangi emisi.
Dalam kemasan makanan dan barang konsumen, material canggih seperti nanokomposit meningkatkan sifat penghalang, sehingga memperpanjang umur simpan produk yang mudah rusak. Terakhir, proses dan infrastruktur industri direvolusi oleh manufaktur aditif logam, yang memungkinkan produksi komponen logam yang rumit secara tepat dan efisien, dan oleh mineral yang direkayasa seperti paduan magnesium logam, yang meningkatkan proses dan memungkinkan aplikasi baru di berbagai industri. Kemajuan ini mendorong inovasi, meningkatkan kinerja, dan mendukung keberlanjutan dalam berbagai aplikasi industri.
Material baru memiliki dampak beragam terhadap lingkungan, yang dapat bersifat positif maupun negatif, tergantung pada berbagai faktor seperti sumber, metode produksi, dan siklus hidup material tersebut.
Sisi positifnya, material baru dapat secara signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca. Sebagai contoh, bahan berbasis bio dari sumber terbarukan, seperti pipa biomassa yang terbuat dari biji jarak, membantu menurunkan emisi CO2 dan gas rumah kaca. Inovasi seperti "baja hijau," yang diproduksi menggunakan hidrogen dan listrik terbarukan, menawarkan alternatif yang berkelanjutan untuk material tradisional beremisi tinggi. Selain itu, material baru dengan efisiensi energi dan biodegradasi yang tinggi, seperti yang dikembangkan menggunakan peptida dan plastik berkelanjutan, meminimalkan dampak lingkungan selama proses produksi dan pembuangan. Selain itu, bahan regeneratif yang diproduksi melalui praktik pertanian berkelanjutan membantu melindungi keanekaragaman hayati dan menjaga kualitas tanah.
Akan tetapi, ada beberapa tantangan yang perlu dipertimbangkan. Menilai dampak lingkungan dari material baru membutuhkan analisis siklus hidup yang komprehensif, mulai dari ekstraksi bahan baku hingga pembuangan akhir masa pakai, termasuk dampak iklim, penggunaan air, dan efek pada keanekaragaman hayati. Biaya produksi yang tinggi dan penerimaan pasar juga dapat menghambat penggunaan bahan yang berkelanjutan. Selain itu, konsekuensi yang tidak diinginkan, seperti polusi serat mikro dari bahan sintetis, menggarisbawahi perlunya penilaian dan perbaikan yang berkelanjutan.
Strategi untuk mengurangi dampak lingkungan termasuk meminimalkan ekstraksi dan produksi yang tidak perlu, menggunakan Deklarasi Produk Lingkungan (Environmental Product Declaration/EPD) untuk membuat keputusan yang tepat, dan mengadopsi prinsip-prinsip desain melingkar untuk meningkatkan kemampuan daur ulang dan biodegradasi. Dengan mengevaluasi manfaat dan tantangan material baru dan menerapkan strategi ini, industri dapat mempromosikan keberlanjutan dan berkontribusi pada upaya dekarbonisasi global.
Sebagai pendiri MachineMFG, saya telah mendedikasikan lebih dari satu dekade karier saya untuk industri pengerjaan logam. Pengalaman saya yang luas telah memungkinkan saya untuk menjadi ahli di bidang fabrikasi lembaran logam, permesinan, teknik mesin, dan peralatan mesin untuk logam. Saya terus berpikir, membaca, dan menulis tentang subjek-subjek ini, terus berusaha untuk tetap menjadi yang terdepan di bidang saya. Biarkan pengetahuan dan keahlian saya menjadi aset bagi bisnis Anda.
ID 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR