Smart Material atau Material Cerdas: Jenis-jenis dan Aplikasi

Pernahkah kalian sebelumnya mendengar istilah dari smart materials? Smart materials merupakan suatu material yang memiliki memori. Kok bisa sih suatu material memiliki memori? Oh tentunya bisa tapi sebelum lanjut kita kenalan dulu nih sama istilah smart materials. Apa sih sebenernya smart material itu? secara umum smart materials adalah material yang dimanipulasi dengan tujuan agar material merespon rangsangan dengan cara yang dapat kita kontrol dan dapat kita balik. Sebagian dari sifat material tersebut kita modifikasi, tujuannya agar ketika material menerima rangsangan dari luar seperti tekanan, regangan, suhu, dan lain-lain material tersebut akan bereaksi. Karena daya tanggapnya, smart material ini terkenal sebagai bahan responsif. Biasanya nih kalau di iklan-iklan sering kita dengar “produk ini terbuat dari bahan ‘aktif’ ” namun yang lebih tepatnya bisa kita sebut sebagai bahan “reaktif”.

Sekilas Tentang Material

Sebelum lanjut, kita bahas dulu sekilas ya tentang material. Setiap material itu memiliki struktur, yang mana struktur ini membangun sifat material tersebut. Ketika suatu material menerima rangsangan dari luar, misal adanya gaya tarikan, hal ini dapat merubah struktur dari material tersebut. Akibatnya bentuk material tersebut juga akan berubah. Pada batas keadaan tertentu perubahan bentuknya dapat kembali ke semula atau bisa kita sebut material tersebut masih dalam kondisi elastis. Namun, ketika kita tarik material tersebut secara terus menerus, material tersebut tidak akan kembali ke bentuk awal atau bisa kita sebut material tersebut mengalami deformasi plastis.

Perbedaan dengan Smart Material

Pada smart materials hal tersebut juga terjadi namun terdapat perbedaan. Smart material memiliki sifat yang dapat bereaksi ketika lingkungannya berubah. Artinya, salah satu sifat mereka dapat berubah oleh pengaruh kondisi luar, seperti temperatur, cahaya, tekanan, senyawa kimia, dan lain-lain. Namun, perubahan sifatnya dapat kita balik dan dapat kita ulang beberapa kali. Untuk menjawab pertanyaan sebelumnya tentang “apa hubungannya sama material yang memiliki memori?” adalah smart material ini memiliki kemampuan untuk kembali kebentuk awalnya (mengingat bentuk awal) ketika diberi stimulus tertentu, fenomena ini kita sebut dengan shape memory effect, yang mana hal tersebut tidak bisa dilakukan oleh material pada umumnya.

Sekarang muncul pertanyaan apa setiap smart material harus selalu mendapat stimulus tertentu untuk kembali ke bentuk awalnya? Jawabannya tidak. Kita dapat membuat material yang dapat “mengingat bentuknya” tanpa memberikan stimulus meskipun sudah kita bengkokkan dan kita pelintir. Hal tersebut kita sebut dengan pseudo-elasticity atau superelasticity yang dapat kita jumpai pada bingkai kacamata yang sangat lentur dan hampir tidak bisa kita hancurkan, yang menurut pabrikan setidaknya 10 kali lebih fleksibel dari baja.

Gimana sih Shape Memory Ini Bekerja?

Kita bahas nih gimana sih kira-kira jalannya “mengingat bentuk” ini. Supaya kita paham bagaimana cara kerjanya kita lihat dulu ke jenis smart material yang lebih spesifik yaitu Shape Memory Alloy (SMA) dan perlu untuk kita lihat sampai ke ukuran atomnya. Pada material biasa contohnya karet, kita biasa meregangkan karet tersebut. Setelah meregang kemudian kita ulur lagi. Kalau kita lihat ke bagian atom dari karet itu kita akan melihat kumpulan pegas yang sedang meregang, yang apabila kita ulur karet tersebut maka, atomnya akan ikut mengulur.

Fenomena diatas berbeda pada smart materials. Pada smart materials apabila kita berikan stimulus contoh kita regangkan, secara otomatis kita akan mendeformasi struktur kristalnya. Sehingga, ketika kita lepas regangannya (kita ulur) maka smart materials tersebut akan tetap meregang pada posisinya dan tidak langsung kembali ke bentuk awal. Namun, apabila kita ingin material itu kembali ke bentuk awal maka kita dapat memanaskannya sehingga material tersebut dapat kembali kebentuk awalnya. Dan tentunya fenomena ini tergantung pada jenis smart materials yang mana karena fenomena yang terjadi pada pseudo-elasticity tentunya berbeda dengan yang baru saja kita bahas.

Sehingga yang terjadi pada smart material adalah adanya perubahan struktur kristalnya yang bolak-balik antara dua struktur kristal. Fenomena ini kita sebut dengan Solid-state phase change. Struktur kristal dari smart material mengalami perubahan antara struktur kristal martensit dan austenit. Pada temperatur rendah smart material akan berstruktur martensit dengan karakteristiknya yang relatif lunak, plastis, dan mudah terbentuk. Sedangkan pada temperatur tinggi dititik tertentu smart materials cenderung memiliki struktur austenit yang karakteristiknya lebih keras dan lebih sulit terbentuk. Catatan hal ini berbeda pada baja karena baja martensit bersifat lebih keras. Perubahan yang terjadi tidaklah simetri antara austenit dan martensit karena pada austenit bentuk kristal yang dapat dia “ingat” hanya terletak pada tingkat yang paling stabil.

Jenis-jenis Smart Materials

Smart material memiliki beberapa jenis antaranya:

• Piezoelectrics:

Piezoelectrics dapat merubah energi listrik menjadi energi mekanik dan sebaliknya. Biasanya diaplikasikan sebagai aktuator printer inkjet, sensor, dan akselerometer.

• Shape Memory Alloy (SMA):

SMA dapat berubah bentuk, bahkan kembali ke bentuk semulanya saat dipanaskan. Biasanya digunakan pada pemicu termal dan beberapa aplikasi penyerap energi regangan tinggi.

Material Chromoactive:Material ini dapat berubah warna ketika terkena variasi temperatur, cahaya, tekanan, dan lain-lain. Penggunaannya dapat kita jumpai pada kacamata.

• Magnetortheological:

Sifat dari bahan ini dapat berubah ketika terkena medan magnet. Contoh penggunaannya sebagai peredam kejut untuk mencegah getaran seismik pada jembatan dan gedung pencakar langit.

• Shape Memory Polymers (SMP) :

Bahan ini mirip dengan Shape Memory Alloy kecuali material ini jelas tebuat dari matriks polimer. Bahan ini juga memiliki kemampuan regangan yang lebih besar daripada paduannya namun biasanya dengan beban yang lebih rendah. Material ini banyak diaplikasikan pada Morphing Structure.

• Hydrogels:

Hydrogel dapat menyerap dan menahan air atau cairan resapannya pada kondisi lingkungan tertentu. Hydrogel sering kita temui terutama pada popok bayi.

• Electroactive Polymers:

Electroactive Polymers ini memiliki potensi yang besar terhadap fleksibilitas. Bahan ini memiliki banyak kelebihan dari beberapa metal dan keramik yang telah disebutkan sebelumnya. Bahan ini biasa digunakan pada pengumpul energi dan sebagai penginderaan.

• Bi-Component Fibers:

Bahan ini memiliki sifat termal adaptif yang dapat digunakan sebagai bahan dari smart clothing karena sifatnya dapat merubah sifat termalnya berdasarkan lingkungan.

Aplikasi Smart Material

Penggunaan smart material dapat kita temui pada peralatan medis dan juga perlengkapan kesehatan lainnya mulai dari implan gigi hingga alat bedah termasuk juga bingkai kacamata. Tidak seperti plastik, metal, dan paduan lainnya. Paduan smart material ini memiliki sifat yang kuat dan fleksibel, mudah untuk disterilkan, serta tahan karat. Sifatnya yang ringan, kuat, dan dapat dioperasikan pada temperatur tinggi, smart material juga banyak digunakan untuk aerospace components seperti roket dan pesawat luar angkasa. Selain itu penggunaannya juga banyak dijumpai pada bidang robotik.

Sekian penjelasan tentang smart material semoga artikel ini dapat menambah wawasan bagi para pembaca. Berikut ini tautan landasan dari artikel ini:

1. How do shape-memory materials work? – Explain that Stuff pada 15 Desember 2020 pukul 02:39
2. Smart Materials: what they are, examples and applications – Iberdrola pada 13 Desember 2020 pukul 16:05
3. Smart Materials pada 12 Desember 09:45
4. Mengenal Smart Material – Analisa – www.indonesiana.id pada 12 Desember 2020 pukul 10:00