Padat: Perbedaan antara revisi

{{Other uses}}

<!-- {{Mekanika kontinum}} -->

 

 

 

== Deskripsi mikroskopis ==

 

Atom, molekul atau ion yang menyusun padatan mungkin tertata dalam pola berulang yang teratur, atau tak teratur. Bahan yang konstituennya tertata dalam pola teratur dikenal sebagai [[kristal]]. Dalam beberapa hal, penataan teratur dapat terus tak terpatahkan dalam skala besar, misalnya [[intan]], di mana setiap intan merupakan [[kristal tunggal]]. Objek padat yang cukup besar untuk dilihat dan ditangani jarang terdiri dari kristal tunggal, tetapi terbuat dari sejumlah besar kristal-kristal tunggal, dikenal sebagai [[kristalit]], yang ukurannya bervariasi mulai beberapa nanometer hingga beberapa meter. Bahan semacam ini disebut [[polikristal]]. Hampir semua logam yang sering dijumpai, dan banyak [[keramik]], adalah polikristal.

 

{{Main|Logam}}

 

 

Logam biasanya kuat, padat, dan penghantar [[Konduktivitas listrik|listrik]] dan [[Konduksi panas|panas]] yang baik.<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=0ID973WaVBoC&pg=PA58&dq=strong,+dense,+and+good+conductors+of+electricity+and+heat+metals&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwiY1tbJ5-HTAhUFjlQKHYHmAPsQ6AEIKzAB#v=onepage&q=strong,%20dense,%20and%20good%20conductors%20of%20electricity%20and%20heat%20metals&f=false|title=Science Foundation|last=Arnold|first=Brian|date=2006-07-01|publisher=Letts and Lonsdale|isbn=9781843156567|language=en}}</ref><ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=NH23yrRwbU4C&pg=PA78&dq=strong,+dense,+and+good+conductors+of+both+electricity+and+heat+metals&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjj_fuR5-HTAhXGw1QKHWReD2gQ6AEIOTAE#v=onepage&q=strong,%20dense,%20and%20good%20conductors%20of%20both%20electricity%20and%20heat%20metals&f=false|title=The Facts on File Chemistry Handbook|last=Group|first=Diagram|date=2009-01-01|publisher=Infobase Publishing|isbn=9781438109558|language=en}}</ref> Sangat banyak unsur dalam [[tabel periodik]], yaitu yang di sebelah kiri garis diagonal maya [[boron]] – [[polonium]], adalah logam. Campuran dari dua atau lebih unsur yang komponen utamanya adalah logam dikenal sebagai [[logam paduan]] (''alloy'').

Studi unsur [[logam]] dan [[Logam paduan|paduannya]] adalah bagian yang signifikan pada bidang kimia benda benda padat, fisika, ilmu bahan, dan rekayasa.

 

 

Model sifat logam yang lebih lanjut mempertimbangkan efek inti ion positif terhadap elektron terdelokalisasi. Oleh karena sebagian besar logam memiliki struktur kristal, ion-ion tersebut biasanya tertata dalam kisi periodik. Secara matematis, potensial inti ion dapat diperlakukan dengan beragam model, yang paling sederhana adalah [[model elektron hampir bebas]].

=== Mineral ===

 

 

{{Main|Mineral}}

 

=== Keramik ===

 

 

{{Main|Teknik keramik}}

 

 

Bahan baku keramik tradisional meliputi mineral [[tanah liat]] seperti [[kaolinite]], bahan yang lebih baru termasuk aluminium oksida ([[alumina]]). Bahan keramik modern, yang tergolong keramik maju, termasuk [[silikon karbida]] dan [[wolfram karbida]]. Keduanya dihargai karena ketahanan abrasinya, dan oleh karena itu, menemukan penggunaan aplikasinya sebagai pelat penutup peralatan penghancur dalam operasi penambangan.

Sebagai contoh aplikasi keramik, [[Zirkonium dioksida|zirkonia]] yang kekerasannya ekstrim digunakan dalam pembuatan pisau, serta alat pemotong industri lainnya. Keramik seperti [[alumina]], [[boron karbida]] dan [[silikon karbida]] telah digunakan pada [[rompi anti peluru]] untuk mengusir tembakan [[senapan]] kaliber besar. Suku cadang [[silikon nitrida]] digunakan dalam bantalan bola keramik, di mana kekerasan mereka yang tinggi membuat mereka tahan aus. Secara umum, keramik juga tahan zat kimia dan dapat digunakan di lingkungan basah di mana bantalan baja rentan terhadap oksidasi (atau karat).

 

 

{{Main|Keramik kaca}}

 

Bahan keramik kaca berbagi banyak sifat dengan kaca non-kristal maupun dengan [[keramik]] [[kristal]]. Mereka terbentuk sebagai kaca, dan kemudian terkristalisasi parsial melalui pemanasan, menghasilkan fase [[kristal]] dan [[amorf]] sehingga benih kristal terperangkap di antara fase intergranular non-kristalin.

{{Main|Kimia organik}}

 

 

Kimia organik mempelajari struktur, sifat, komposisi, reaksi, dan preparasi melalui sintesis (atau cara lain) senyawa kimia [[karbon]] dan [[hidrogen]], yang dapat mengandung sejumlah unsur kimia lain seperti [[nitrogen]], [[oksigen]] dan halogen: [[fluor]], [[klor]], [[brom]] dan [[iodium]]. Beberapa senyawa organik dapat mengandung unsur [[fosforus]] atau [[belerang]]. Contoh padatan organik antara lain kayu, [[parafin]], [[naftalena]] serta beraneka ragam [[polimer]] dan plastik.

==== Polimer ====

 

 

{{Main|Polimer}}

Monomer dapat memiliki berbagai substituen kimia, atau gugus fungsional, yang dapat mempengaruhi sifat kimia senyawa organik, seperti kelarutan dan reaktivitas kimia, serta sifat fisik, seperti kekerasan, densitas, kekuatan mekanis atau tarik, ketahanan abrasi, ketahanan panas, transparansi, warna, dll. Dalam protein, perbedaan ini memberi polimer kemampuan untuk menerapkan konformasi aktif secara biologis dalam preferensi pada protein lainnya (lihat {{ill|swasusun|en|self-assembly}}).

 

 

Orang telah menggunakan polimer organik alami selama berabad-abad dalam bentuk lilin dan {{ill|gom lak|en|shellac}} yang diklasifikasikan sebagai polimer termoplastik. Sebuah polimer tanaman yang disebut [[selulosa]] memberikan kekuatan tarik untuk serat dan tali alami, dan pada awal abad ke-19, karet alam banyak digunakan. Polimer adalah bahan baku (resin) yang digunakan untuk membuat apa yang sering disebut plastik. Plastik adalah produk akhir, dibuat setelah satu atau lebih polimer atau aditif telah ditambahkan pada resin selama pemrosesan, yang kemudian dibentuk menjadi bentuk akhir. Polimer yang telah beredar, dan yang saat ini digunakan secara luas, termasuk yang berbasis karbon: [[polietilena]], [[polipropilena]], [[polivinil klorida]], [[polistirena]], [[nilon]], [[poliester]], [[Resin akrilik|akrilik]], [[poliuretan]], dan [[polikarbonat]], serta yang berbasis silikon: [[silikone]]. Plastik umumnya diklasifikasikan sebagai plastik "komoditas", "khusus" dan "teknik".

 

{{Main|Bahan komposit}}

 

 

Aplikasi bahan komposit berkisar dari elemen struktural seperti beton bertulang baja, hingga ubin insulasi termal yang memainkan peran kunci dan integral dalam [[sistem perlindungan panas pesawat ulang alik]] NASA yang digunakan untuk melindungi permukaan pesawat ulang-alik dari panas saat memasuki kembali atmosfer bumi. Salah satu contohnya adalah ''[[Reinforced carbon-carbon]]'' (RCC), bahan abu-abu terang yang tahan suhu masuk kembali sampai {{convert|1510|°C|°F}} dan melindungi ujung terdepan tutup moncong dan sayap pesawat ulang alik. RCC adalah bahan komposit [[laminasi]] yang terbuat dari kain [[rayon]] [[grafit]] dan diresapi dengan [[resin fenol formaldehida]]. Setelah dipulihkan pada suhu tinggi dalam autoklaf, laminasi tersebut dipirolisis untuk mengubah resin menjadi karbon, diimpregnasi dengan alkohol [[furfural]] dalam vakum, dan dipulihkan/dipirolisis untuk mengubah alkohol furfural menjadi karbon. Untuk memberikan ketahanan oksidasi untuk kemampuan penggunaan kembali, lapisan luar RCC dikonversi menjadi silikon karbida.

Dengan demikian, bahan matriks mengelilingi dan mendukung bahan penguatan dengan mempertahankan posisi relatifnya. Penguatan memberi sifat mekanik dan fisik spesial untuk meningkatkan sifat matriks. Sinergisme menghasilkan sifat material yang tidak tersedia pada masing-masing bahan penyusunnya, sedangkan beragam bahan matriks dan penguatan memberi perancang pilihan kombinasi yang optimal.

 

{{Main|Semikonduktor}}

[[Semikonduktor]] adalah bahan yang memiliki tahanan (dan konduktivitas) listrik antara konduktor logam dan isolator non-logam. Mereka dapat dijumpai pada [[tabel periodik]] mulai dari [[boron]] ditarik diagonal ke kanan. Mereka memisahkan konduktor listrik (atau logam, di sebelah kiri) dengan isolator (di sebelah kanan).

Dalam sebuah konduktor logam, arus dibawa oleh "aliran elektron", namun pada semikonduktor, arus dapat dilakukan baik oleh elektron atau oleh [[lubang elektron|"lubang"]] bermuatan positif dalam [[struktur pita elektron]] bahan. Bahan umum semikonduktor meliputi [[silikon]], [[germanium]] dan [[galium arsenida]].

 

{{Main|Nanoteknologi}}

Banyak padatan tradisional menunjukkan sifat yang berbeda saat mereka mengecil ke ukuran nanometer. Sebagai contoh, emas yang biasanya kuning, dan silikon yang biasanya abu-abu, menjadi berwarna merah; nanopartikel emas meleleh pada suhu yang jauh lebih rendah (~{{val|300|u=°C}} dengan ukuran {{val|2.5|u=nm}}) daripada lempengan emas ({{val|1064|u=°C}});<ref>{{Cite journal|last1 = Buffat|first1 = Ph.|last2 = Borel|first2 = J.-P. |title = Size effect on the melting temperature of gold particles

|journal = Physical Review A|volume = 13|issue = 6

|pages = 2287|date = 1976|doi = 10.1103/PhysRevA.13.2287|bibcode = 1976PhRvA..13.2287B }}</ref> dan logam kawat nano jauh lebih kuat daripada logam curahnya.<ref name=pure>{{cite book|url=https://books.google.com/?id=-Ll6qjWB-RUC&pg=PA164|pages=164–167|title=Handbook of materials and techniques for vacuum devices|author=Walter H. Kohl|publisher=Springer|date=1995|isbn=1-56396-387-6}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Shpak|first1=Anatoly P.|last2=Kotrechko|first2=Sergiy O.|last3=Mazilova|first3=Tatjana I|last4=Mikhailovskij|first4=Igor M|date=2009|title=Inherent tensile strength of molybdenum nanocrystals|url=|journal=Science and Technology of Advanced Materials|volume=10|issue=4|page=045004|bibcode=2009STAdM..10d5004S|doi=10.1088/1468-6996/10/4/045004|pmc=5090266|pmid=27877304|access-date=}}</ref> Luas permukaan nanopartikel yang besar membuatnya sangat menarik untuk aplikasi tertentu di bidang energi. Sebagai contoh, logam platina dapat memberikan peningkatan sebagai [[katalisis|katalis]] bahan bakar otomotif, serta [[membran pertukaran proton]] (''proton exchange membrane'', PEM) sel bahan bakar. Juga, oksida keramik (atau sermet) [[lantanum]], [[serium]], [[mangan]] dan [[nikel]] sekarang sedang dikembangkan sebagai [[sel bahan bakar oksida padat]] (''solid oxide fuel cell'', SOFC). Nanopartikel litium, [[baterai litium–titanat|litium–titanat]] dan tantalum sedang diterapkan pada baterai ion litium. Nanopartikel silikon telah terbukti secara dramatis memperluas kapasitas penyimpanan baterai ion litium selama siklus ekspansi/kontraksi. Silikon kawat nano memiliki siklus tanpa degradasi yang signifikan dan sekarang berpotensi untuk digunakan dalam baterai dengan waktu penyimpanan yang sangat diperluas. Nanopartikel silikon juga digunakan dalam bentuk baru sel energi surya. Deposisi film tipis {{ill|titik kuantum|en|quantum dot}} silikon pada substrat silikon polikristalin sel fotovoltaik (surya) meningkatkan output tegangan sebesar 60% dengan cara memendarkan cahaya masuk sebelum ditangkap. Lagi-lagi, luas permukaan nanopartikel (dan film tipis) memainkan peran penting dalam memaksimalkan jumlah radiasi yang diserap.

 

 

{{Main|Biomaterial}}

 

 

 

 

Sifat mekanis bahan menggambarkan karakteristik seperti [[kekuatan bahan|kekuatan]] dan ketahanannya terhadap deformasi. Sebagai contoh, balok baja digunakan dalam konstruksi karena kekuatannya yang tinggi, yang berarti bahwa keduanya tidak pecah atau ditekuk secara signifikan di bawah beban yang diterapkan.

 

Padatan tidak menunjukkan aliran makroskopis, seperti fluida. Setiap derajat penyimpangan dari bentuk aslinya disebut [[deformasi (teknik)|deformasi]]. Proporsi deformasi terhadap ukuran aslinya disebut regangan (''strain''). Jika diterapkan [[tegangan (mekanika)|tegangan]] (''stres'') yang cukup rendah, hampir semua bahan padat berperilaku sedemikian rupa sehingga regangan berbanding lurus dengan tegangan ([[hukum Hooke]]). Koefisien proporsinya disebut [[modulus elastisitas]] atau [[modulus Young]]. Daerah deformasi ini dikenal sebagai daerah [[elastisitas linier|elastis linier]]. Tiga model dapat menggambarkan bagaimana padatan merespon terhadap tekanan yang diterapkan:

 

Banyak bahan menjadi lemah pada suhu tinggi. Bahan yang dapat mempertahankan kekuatannya pada suhu tinggi, disebut [[Refraktori|bahan refraktori]], yang bermanfaat untuk banyak tujuan. Sebagai contoh, [[keramik kaca]] telah banyak sekali digunakan untuk alas masak, karena mereka menunjukkan sifat mekanis yang luar biasa dan dapat menahan perubahan suhu yang cepat dan berulang hingga {{Val|1000|u=°C}}. Dalam industri dirgantara, bahan berkinerja tinggi yang digunakan dalam rancangan eksterior pesawat dan/atau wahana luar angkasa harus memiliki ketahanan terhadap kejutan termal. Oleh karena itu, serat menggantikan polimer organik dan bahan komposit polimer/keramik/logam serta polimer bertulang serat sekarang sedang dirancang dengan tujuan ini.

 

=== Termal ===

 

Oleh karena padatan memiliki [[energi termal]], atom-atom mereka bervibrasi di sekitar posisi yang tetap di dalam kisi tertata (atau tak tertata). Spektrum vibrasi kisi dalam jaringan kristal atau kaca menyediakan dasari untuk [[Fonon|teori kinetika padatan]]. Gerak ini terjadi pada level atom, sehingga tidak dapat diamati atau dideteksi tanpa peralatan yang memadai, seperti yang digunakan dalam [[spektroskopi]].

=== Listrik ===

 

 

 

Banyak bahan juga menunjukkan [[superkonduktivitas]] pada suhu rendah; mereka meliputi unsur logam seperti timah dan aluminium, berbagai paduan logam, beberapa semikonduktor yang didoping, dan keramik tertentu. Resistivitas listrik dari sebagian besar konduktor (logam) listrik umumnya menurun secara bertahap seiring dengan penurunan suhu, tetapi tetap terbatas. Namun dalam superkonduktor, tahanan listrik anjlok ke nol ketika bahan didinginkan di bawah suhu kritisnya. Arus listrik mengalir dalam suatu lingkaran kabel superkonduksi dapat terjadi tak terhingga tanpa sumber daya listrik.

Transmisi berpandu gelombang cahaya melibatkan bidang serat optik dan kemampuan kaca tertentu untuk mentransmisikan, bersamaan dengan tingkat kehilangan yang rendah, rentang frekuensi (gelombang panduan optik multi moda) dengan sedikit gangguan di antara keduanya. Optik berpandu gelombang digunakan sebagai komponen dalam rangkaian optik terpadu atau sebagai media transmisi dalam sistem komunikasi optik.

 

{{main|Sel surya}}

Sel surya atau sel fotovoltaik adalah alat yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Pada dasarnya, perangkat hanya perlu memenuhi dua fungsi: pembangkitan sinar pembawa muatan (elektron dan lubang) dalam bahan penyerap cahaya, dan pemisahan pembawa muatan ke kontak konduktif yang akan mengirimkan listrik (cukup letakkan, membawa elektron melalui kontak logam menuju sirkuit eksternal). Konversi ini disebut [[efek fotolistrik]], dan bidang penelitian yang terkait dengan sel surya dikenal sebagai fotovoltaik.

Semua sel surya memerlukan bahan penyerap cahaya yang terkandung di dalam struktur sel untuk menyerap foton dan menghasilkan elektron melalui efek fotovoltaik. Bahan yang digunakan dalam sel surya cenderung memiliki sifat menyerap panjang gelombang cahaya matahari yang mencapai permukaan bumi. Namun, beberapa sel surya juga dioptimalkan untuk penyerapan cahaya di luar atmosfer bumi.

 

{{Reflist|30em}}

 

* [http://www.solidswiki.com Wiki on equipment for handling and processing Bulk Solids]

{{Wujud materi}}

[[Kategori:Padatan| ]]

[[Kategori:Artikel yang mengandung rekaman video]]