Cacat-Cacat Solidifikasi

CACAT-CACAT SOLIDIFIKASI
(Oleh Okasatria Novyanto)

Sebelum membahas lebih jauh tentang cacat, maka terlebih dahulu marilah kita coba mengenal dengan kristalisasi. Kristalisasi ialah proses pembentukan Kristal yang terjadi pada saat pembekuan, perubahan dari fasa cair ke fasa padat. Jika ditinjau dari mekanismenya, kristalisasi terjadi melalui 2 tahap :
1. Tahapan Nucleation (pembentukan inti)
2. Tahapan Crystal Growth (Pertumbuhan Kristal)
Nah, bagaimana hal ini dapat terjadi? Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut :
Dalam keadaaan cair, atom-atom tidak memiliki susunan yang teratur (selalu mudah bergerak) dan mempunyai temperature yang relatip tinggi serta atom-atomnya memiliki energi yang cukup banyak sehingga mudah bergerak dan tidak ada pengaturan letak atom relatip terhadap atom lainnya.
Dengan semakin turunnya temperature maka energy atom akan semakin rendah dan semakin sulit bergerak sehingga atom-atom ini mulai mencari atau mengatur kedudukan relatip terhadap atom lainnya dan mulai membentuk lattice. Proses ini terjadi pada temperature yang relatip lebih dingin dimana sekelompok atom menyusun diri membentuk inti Kristal. Inti-inti ini akan menjadi pusat dari proses kristalisasi selanjutnya.
Dengan semakin turunnya temperature maka akan semakin banyak atom-atom yang ikut bergabung dengan inti yang sudah ada ataupun membentuk inti baru. Setiap inti akan tumbuh dengan menarik atom-atom lainnya dari cairan ataupun dari inti yang tidak sempat tumbuh, untuk mengisi tempat kosong pada lattice yang akan dibentuk. Pertumbuhan ini berlangsung dari tempat yang bersuhu dingin ke tempat yang bersuhu panas. Pertumbuhan ini tidak bergerak lurus saja tetapi mulai membentuk cabang-cabang dan ranting-ranting. Struktur ini disebut dengan struktur dendritik. Dendrit ini akan terus tumbuh ke segala arah sehingga cabang-cabang (ranting-ranting) dendrit ini hampir bersentuhan satu dengan lainnya sehingga sisa cairang yang terakhir akan membeku disela-sela dendrit ini.
Pertemuan antara satu dendrit kristal dengan lainnya dinamakan grain boundary (butir-butir kristal) yang merupakan bidang yang membatasi antara 2 kristal. Pada grain boundary ini akan terkandun unsur-unsur ikutan (impurity) yang lebih banyak dan pada grain boundary ini juga terdapat ketidakteraturan susunan atom (mismatch).
Cacat-cacat Kristal (Imperfection)
Cacat dapat terjadi karena adanya solidifikasi (pendinginan) ataupun akibat dari luar. Cacat tersebut dapat berupa :
Cacat titik (point defect)
Dapat berupa :
a. Cacat kekosongan (Vacancy) yang terjadi karena tidak terisinya suatu posisi atom pada lattice.
b. Interstitial (“salah tempat”, posisi yang seharusnya kosong justru ditempati atom)
c. Substitusional (adanya atom “asing” yang menggantikan tempat yang seharusnya diisi oleh atom)
Cacat garis (line defect)
Yakni Cacat yang menimbulkan distorsi pada lattice yang berpusat pada suatu garis. Sering pula disebut dengan dislokasi. Secara umum ada 2 jenis dislokasi, yakni : edge dislocation dan screw dislocation.
Cacat bidang (interfacial defect)
Ialah batasan antara 2 buah dimensi dan umumnya memisahkan daerah dari material yang mempunyai struktur kristal berbeda dan atau arah kristalnya berbeda, misalnya : Batas Butir (karena bagian batas butir inilah yang membeku paling akhir dan mempunyai orientasi serta arah atom yang tidak sama. Semakin banyak batas butir maka akan semakin besar peluang menghentikan dislokasi. Kemudian contoh yang berikutnya adalah Twin (Batas butir tapi special, maksudnya : antara butiran satu dengan butiran lainnya merupakan cerminan).
Cacat Ruang (Bulk defect)
Perubahan bentuk secara permanen disebut dengan Deformasi Plastis, deformasi plastis terjadi dengan mekanisme :
a. Slip, yaitu : Perubahan dari metallic material oleh pergerakan dari luar sepanjang Kristal. Bidang slip dan arah slip terjadi pada bidang grafik dan arah atom yang paling padat karena dia butuh energi yang paling ringan atau kecil.

b. Twinning terjadi bila satu bagian dari butir berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning.

Dasar-Dasar Kristalografi Pada Logam

DASAR-DASAR KRISTALOGRAFI PADA LOGAM
(Oleh Okasatria Novyanto)

Sebelum membahas lebih jauh tentang Dasar-dasar kristalografi pada logam, tidak ada salahnya jika Anda membuka kembali catatan SMU tentang tabel periodik unsur-unsur kimia.
Sebagaimana kita telah ketahui bahwa semua zat terdiri atas atom-atom dan atom itu sendiri dari inti atom yang berupa sejumlah proton dan neutron yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Elektron ini menempati cell tertentu. Suatu atom dapat mempunyai satu atau bahkan lebih cell. Setiap cell dapat ditempati oleh elektron sebanyak 2 kali dari nomor cell (dihitung mulai dari yang terdalam sebagai cell nomor 1) yang dikuadratkan.
Jumlah elektron pada cell terluar banyak menentukan sifat dari unsur-unsur tersebut. Atom yang memiliki sejumlah elektron yang sama pada cell terluar yaitu unsur pada group yang sama akan memilki sifat yang hampir sama. Semua gas mulia mempunyai 8 elektron pada cell terluar, kecuali Helium yang hanya memiliki satu cell dan jumlah elektron pada cell itu adalah 2. Semuanya adalah unsur yang sangat stabil dan tidak bereaksi dengan unsur lain.
Atom-atom dapat membuat ikatan dengan atom yang sejenis atau atom lain membentuk molekul dari suatu zat atau senyawa. Molekul ialah sekelompok atom yang terikat oleh gaya tarik menarik antar atom itu sendiri dengan cukup kuat, sedang untuk atom-atom yang sejenis mempunyai ikatan yang lemah. Namun ikatan antar molekul itu lemah. Kristal ialah susunan pola ulang atom-atom (yang mengatur secara teratur) dalam 3 arah koordinat (dimensi).
Dalam beberapa hal atom-atom juga dapat menjalin ikatan dengan atom sejenis atau atom lainnya tanpa membentuk molekul seperti halnya pada logam.
Ikatan Atom
Ada tiga jenis ikatan atom yang utama, yaitu :
Ikatan ionic
Sebenarnya ikatan atom yang paling stabil itu seperti pada konfigurasi elektron pada gas mulia, yaitu terdapat delapan electron pada cell terluar (dua electron bila atom hanya memiliki satu cell). Bila suatu atom hanya memiliki satu electron pada cell terluar maka ia cenderung untuk melepas electron tersebut dan cell yang kebih kedalam yang biasanya sudah terisi penuh akan menjadi cell terluar, hal inilah yang menyebabkan lebih stabil. Tetapi hal ini pula mengakibatkan atom kelebihan proton (muatan positip) sehingga atom itu akan bermuatan positip (atom itu berubah menjadi ion positip). Sebaliknya bila suatu atom lain yang memiliki tujuh electron pada cell terluarnya, ia cenderung akan menerima satu electron lagi dari luar. Dan bila hal ini terjadi maka atom tersebut akan menjadi bermuatan negatip (karena akan menjadi ion negatip). Dan bila kedua ion ini berdekatan akan terjadi tarik menarik karena kedua ion ini memiliki muatan listrik yang berlawanan. Kedua ion ini akan terikat satu sama lainnya dengan gaya tarik menarik itu. Ikatan ini dinamakan ikatan ionic (ionic bonding), misalnya pada NaCl.
Ikatan kovalen
Beberapa atom dapat memperoleh konfigurasi electron yang stabil dengan saling meminjamkan elektronnya. Dengan saling meminjamkan electron ini atom-atom akan memperoleh susunan electron yang stabil tanpa menyebabkannya menjadi bermuatan. Elektron ini masih mempunyai ikatan dengan atom asalnya, tetapi juga sudah terikat dengan atom yang meminjamnya, misalnya Ikatan kovalen dari chloride
Ikatan Logam
Pada ikatan logam sebenarnya juga masih terdapat “kegiatan” saling meminjamkan electron, hanya saja jumlah atom yang bersama-sama saling meminjamkan elektron valensinya (elektron yang berada pada cell terluar) ini tidak hanya antara dua atau beberapa atom tetapi dalam jumlah yang tidak terbatas. Setiap atom menyerahkan electron valensinya untuk digunakan bersama. Dengan demikian akan ada ikatan tarik menarik antra atom-atom yang saling berdekatan. Jarak antar atom ini akan tetap sama, maksudnya seumpama ada atom yang bergerak menjauh maka gaya tarik menarik akan “menariknya” kembali ke posisi semula dan bila bergerak terlalu mendekat maka akan timbul gaya tolak menolak karena inti-inti atom berjarak terlalu dekat padahal muatan listriknya sama sehingga kedudukan atom relatip terhadap atom lain akan tetap.
Ikatan yang semacam ini biasanya terdapat pada logam sehingga dikenal dengan ikatan logam. Pada ikatan logam, inti-inti atom berjarak tertentu dan terlelat beraturan sedangkan elektron yang saling dipinjamkan seolah-olah membentuk “kabut elektron” yang mengisi sela-sela antar ini.
Mengingat atom-atom pada logam mempunyai posisi tertentu relatip terhadap atom lainnya maka dapat dikatakan bahwa atom logam tersusum secara teratur menurut suatu pola tertentu. Susunan yang teratur inilah yang dinamakan dengan Kristal dan susunan Kristal pada logam selalu kristalin (tersusun beraturan dalam suatu Kristal).
Struktur Kristal pada Logam
Sebenarnay struktur Kristal pada logam itu cukup banyak jenisnya, misalnya : Face Centered Cubic, Orthohombic, dll. Nah, pada ulasan kita kali ini akan menitik beratkan pada Face Centered Cubic (FCC), dan Body Centered Cubic saja.
Body Centered Cubic
Body Centered Cubic (BCC) secara bahasa artinya : Kubus pemusatan ruang. Umumnya struktrur Kristal ini dimiliki oleh : Crom (Cr), Besi Alpha, Molebdenum (Mo), Tantalum (Ta), dll. BCC ini mempunyai Number of atoms per unit cell (n), dimana n = 1 + (8 x 1/8) = 2. BCC juga mempunyai Coordination Number (CN) sejumlah = 8, CN ialah jumlah atom-atom tetangganya yang mengelilinginya. Karena atom yang terpadat itu berada pada diagonal ruang maka untuk mencari Unit cell length (a) pada BCC, dirumuskan sebagai berikut :
Atomic Packing Factor (APF) ialah Fraksi Volume yang diisi oleh atom, yang secara matematis diperoleh dari Volume atom pada unit cell satuan dibagi dengan Volume unit cell satuan.
Untuk BCC, APF-nya sebesar 0.68
Face Centered Cubic Face Centered Cubic (FCC) secara bahasa artinya : Kubus pemusatan sisi. Umumnya struktrur Kristal ini dimiliki oleh : Alumunium, Besi Gamma, Timbal, Nickel, Platina, Ag, dll. FCC ini mempunyai Number of atoms per unit cell (n), dimana n = (6 x ½) + (8 x 1/8) = 4. FCC juga mempunyai Coordination Number (CN) sejumlah = 12. Karena atom yang terpadat itu berada pada diagonal ruang maka untuk mencari Unit cell length (a) pada BCC, dirumuskan sebagai berikut :
Untuk FCC, APF-nya sebesar 0.74
Polymorphism and Allotropy
Beberapa material kemungkinan mempunyai lebih dari satu struktul Kristal, inilah yang disebut dengan polymorphism, misalnya : Carbon itu bisa dalam bentuk Diamond, Graphite maupun buckminsterfullerene (buckyball).
Jika material mempunyai lebih dari satu Kristal tetapi dalam keadaan padat yang tergantung dari temperature, maka inillah yang disebut dengan Allotropy, misalnya : Besi, itu pada batas kelarutan maksimum karbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius berfasa besi alpha yang berstruktruk Kristal BCC sedang pada batas kelarutan maksimum karbon 2%C pada temperatur 1130 derajat celcius dia berfasa besi gamma (Austenite) yang berstruktur Kristal FCC. Dan pada batas kelarutan maksimum karbon 0,1% C pada temperature 1493 Derajat Celcius berfasa besi delta yang berstruktur Kristal BCC.
Arah dan Bidang Kristalografi
Arah Kristalografi
Untuk lebih sederhananya cobalah ikuti langkah-langkah berikut :
Bidang Kristalografi
Untuk lebih sederhananya cobalah ikuti langkah-langkah berikut :
Dan untuk menambah pemahaman Anda, silahkan baca kembali buku Introduction Physical Metallurgy (Sidney H. Avner) dan Callister

Mengenal Tentang Struktur Kristal

STRUKTUR KRISTAL
(Oleh Okasatria Novyanto)

1. Susunan Atom dalam Material
Short Range Order (Susunan Pendek), yaitu : Suatu pengaturan atom dimana atom-atomnya itu teratur dan dapat diperkirakan atom terakhirnya pada susunan tersebut. Umumnya hanya terdiri atas satu atau 2 jenis lintasan atom saja.
Long Range Order (Susunan Panjang), yaitu : Suatu pengaturan atom dimana susunan atom tersebut mempunyai pengulangan atom-atom yang teratur pada bentuk padat dan jaraknya dapat sangat panjang.
2. Contoh
a. Inert monoatomic gases (tidak mempunyai susunan atom yang teratur).
b. Beberapa material, misalnya : uap air, gas nitrogen, amorphous silicon dan silicate glass mempunyai short-range order.
c. Beberapa material, misalnya : uap air, gas nitrogen,amorphous silicon dan silicate glass mempunyai short-range order.

d. Logam, paduan, keramik secara umum and beberapa polymers mempunyai susunan atom atau ion yang teratur sepanjang material.

3. Tipe-tipe Susunan Atom
4. Tipe-tipe Padatan (Solid)
a. Crystalline material : bentuk jaringannya teratur dan berulang
b. Single crystal : Struktur dan arah atomnya sama (misal : Silikon)
c. Polycrystalline material : Struktur atomnya sama tetapi arah atomnya berbeda (misal : logam)
d. Amorphous : bentuk jaringannya tidak teratur
5. Unit Cell
Latice ialah gambar 3 Dimensi yang menghubungkan inti-inti atom dengan garis imajiner (garis khayal)
Unit Cells ialah bagian terkecil dari unit struktur (building block) yang dapat menjelaskan struktur kristal. Pengulangan dari unit cells akan mewakili struktur secara keseluruhan.
6. Lattice parameter
Yang termasuk dari lattice parameter adalah : a,b,c dan Alpha, betta, gamma.

7. Lattice yang mungkin akan terbentuk

Surat Untuk Para Negarawan

(KENAIKAN BBM, ANTARA SEBUAH JANJI PEMERINTAH DAN PENDERITAAN RAKYAT
(Oleh Okasatria Novyanto)

Sebenarnya ketika pemerintah mengumumkan tentang kondisi negara dan langkah-langkah yang akan diambil oleh pemerintah seiring dengan kenaikan harga minyak dunia, presiden tidak menyinggung-nyinggung (secara tersurat) untuk menaikan BBM (Tvone, 1 Mei 2008), saya sudah pesimis “Opo yo tenan?” karena fakta mengatakan bahwa selama ini kalimat itu hanyalah sebuah “mantra” untuk “ngayem-ayem” masyarakat agar ditingkat bawah tidak terdapat gejolak sosial yang dapat mengganggu stabilitas nasional. Ditambah lagi “Kebiasaan” anggota dewan kita yang tidak berubah dari dulu. Masih ingat lagunya Iwan Fals? “…Wakil Rakyat bukan Paduan suara ….” Hanya bedanya kalau dulu (Era Orde Baru) memang yach … seperti itu adanya (sudah menjadi rahasia umum). Hanya sekarang menjadi “…Wakil Rakyat bukan Aduan suara ….”. Ketika menyangkut masalah yang krusial dan menyangkut jutaan nasib warga yang kurang mampu secara ekonomi di Indonesia, “Taring dan kegarangan” anggota Dewan yang terhormat nyaris tidak kelihatan. Hal ini berbeda sekali reaksinya dengan ketika sejumlah anggota DPR akan diperiksa oleh KPK terkait dugaan korupsi. Kesan “macho”, “pemberani”dan “jantan” tampak sekali diraut wajah mereka sampai-sampai mereka melontarkan statemen “bubarkan saja KPK” sebagai tindakan selfdefence. Namun, mana reaksi mereka sekarang ketika menyangkut jutaan nasib rakyat? Tidurkah mereka? Atau hanya diam seribu basa?
Wahai, anggota Dewan yang terhormat, cobalah perhatikan nasib kami. Kami memilih Anda saat Pemilu bukanlah hanya dengan “Nyoblos” saja, tapi dengan sebuah harapan baru untuk perubahan. Apakah Anda mau jika suatu saat Rakyat jadi tidak percaya lagi pada sistem dan Birokrasi yang ada? Sehingga jumlah Golongan Putih (GolPut) akan bertambah sebagai wujud protes atas ketidakpercayaan rakyat pada pemerintah.
Tapi, itulah kritikan dan saran saya untuk anggota Dewan yang terhormat semoga menjadi sebuah catatan untuk diperjuangkan.
Nah, sekarang mungkin yang harus kita pikirkan adalah “How to solve from this problem?”
Menurut catatan saya, ada Puluhan Perguruan Tinggi Ternama di Indonesia dan Ratusan Perguruan Tinggi Swasta yang secara tidak langsung ikut andil dalam mencetak ratusan ribu bahkan jutaan orang-orang terpelajar. Seharusnya dengan bekal keilmuan mereka, paling tidak ada Jutaan ide dan solusi untuk mencari energi alternatip yang murah dan ekonomis sebagai pengganti bahan bakar minyak yang mulai langka dan mahal. Memang tidak dapat dipungkiri lagi bahwa produk pendidikan kita secara tersirat itu menciptakan SDM yang kapitalis, hal ini tampak dengan parameter kelulusan : Indeks Prestasi Kumulatip minimal 3, Lulus tepat waktu, Cepat mendapat pekerjaan, dll. Sehingga masih jauh dari nilai “Ideal” sosok mahasiswa yang diharapkan bagi masyarakat sebagai agen perubahan (Agent of change) yang mempunyai kepekaan sosial terhadap masyarakat (Sensitive Social intelligence) dan Mampu mengontrol masyarakat (Social control ability).
Melalui lembar tulisan ini, saya mengajak kepada Anda yang mempunyai pengetahuan tentang Energi Alternatif khususnya Tenaga Surya untuk saling berbagi pengetahuan karena saya sedang mencoba untuk membuat tenaga surya yang murah sehingga dapat digunakan sebagai pengganti kompor minyak tanah yang sangat bergantung pada bahan bakar Carbon.
Untuk, teman-teman aktivis Mahasiswa (khususnya BEM ITS), Selamat berjuang Teman-teman