Logam Baru yang Sangat Kuat dan Ringan Bisa Mengubah Pesawat Masa Depan

Unsplash

Para ilmuwan di Universitas Toronto telah menciptakan komposit logam baru yang luar biasa kuat, luar biasa ringan, dan mampu menahan suhu hingga 500°C.

Material ini, yang dijelaskan dalam Nature Communications, dapat membuka pintu bagi kemajuan besar dalam desain kedirgantaraan dan industri berkinerja tinggi lainnya yang membutuhkan kekuatan, ketahanan panas, dan bobot ringan.

Inspirasi untuk material baru ini berasal dari sesuatu yang familiar: beton bertulang.

Pada bangunan, tulangan baja membentuk kerangka penyangga, sementara beton di sekitarnya menambah struktur dan daya tahan.

Tim peneliti menggunakan ide yang sama pada tingkat mikroskopis tetapi mengganti material bangunan dengan logam canggih.

“Berkat teknik modern seperti pencetakan logam 3D, kini kita dapat meniru struktur beton bertulang dalam skala kecil,” kata Yu Zou, penulis senior studi ini dan seorang profesor ilmu dan teknik material.

“Hal ini memungkinkan kita merancang logam dengan kombinasi kekuatan dan ketahanan yang benar-benar baru.”

Logam ringan sangat penting untuk pesawat karena mengurangi bobot akan meningkatkan efisiensi bahan bakar dan kinerja.

Aluminium sudah banyak digunakan di pesawat, tetapi melemah secara signifikan pada suhu tinggi, sehingga membatasi penggunaannya di banyak bagian penting. Komposit baru ini bertujuan untuk mengatasi masalah tersebut.

Material ini dimulai dengan jaring mikroskopis yang terbuat dari paduan titanium, yang berfungsi sebagai "rebar".

Dengan menggunakan manufaktur aditif berbasis laser, tim ini dapat membuat penopang setipis 0,2 milimeter dan menyusunnya menjadi struktur apa pun yang mereka inginkan.

Kerangka titanium ini menyediakan kerangka yang kuat untuk komposit tersebut.

Selanjutnya, para peneliti mengisi celah-celah pada jaring tersebut menggunakan proses yang disebut pengecoran mikro.

Mereka menciptakan matriks di sekelilingnya yang terbuat dari aluminium, silikon, magnesium, dan elemen lainnya.

Matriks ini berperilaku seperti "semen" dalam beton, yang menyatukan seluruh struktur.

Untuk meningkatkan kekuatan lebih jauh, para peneliti menambahkan partikel kecil alumina dan silikon nanopresipitat—mirip dengan kerikil dalam beton—di seluruh matriks.

Setelah komposit dirakit, tim menguji seberapa besar gaya yang dapat ditahannya.

Hasilnya sangat mengesankan. Pada suhu ruangan, material ini mencapai kekuatan luluh sekitar 700 megapascal.

Sebagai perbandingan, sebagian besar paduan aluminium berada di antara 100 dan 150 megapascal. Performanya di bawah suhu ekstrem bahkan lebih luar biasa.

Pada suhu 500°C, komposit ini tetap sangat kuat, menunjukkan kekuatan luluh antara 300 dan 400 megapascal.

Komposit aluminium tradisional melunak secara drastis pada suhu ini, turun hingga sekitar lima megapascal.

Simulasi komputer menunjukkan mengapa material ini tetap kuat saat panas.

Rekan penulis Huicong Chen menemukan bahwa pada suhu tinggi, material ini mengalami deformasi melalui proses yang disebut tim sebagai "enhanced twinning", yang membantu mempertahankan strukturnya dan mencegah pelemahan.

Meskipun mungkin perlu waktu sebelum komposit ini mencapai tahap produksi komersial, Zou mengatakan penemuan ini menyoroti kekuatan teknologi canggih seperti pencetakan logam 3D.

Seiring dengan semakin terjangkaunya metode ini, material baru ini dapat menghasilkan kendaraan yang lebih ringan, lebih kuat, dan lebih efisien—terutama di bidang kedirgantaraan, di mana setiap gram sangat berarti.