Dokumen tersebut membahas tentang berbagai jenis bahan yang digunakan untuk keperluan minuman, seperti logam, keramik, dan polimer. Dokumen ini juga menjelaskan sejarah pengembangan bahan dari zaman batu hingga zaman modern, serta klasifikasi dan contoh bahan lanjutan seperti semikonduktor dan bahan nano."

1. PENDAHULUAN
Beberapa produk minuman yang dibuat dari tiga jenis bahan berbeda adalah tempat-
tempat minuman. Minuman dipasarkan dalam kaleng aluminium (logam) (Gambar 1),
gelas (keramik) botol (Gambar 2), dan botol plastik (polimer) (Gambar 3). Seperti
ditunjukan pada gambar sebagai berikut adalah produk-produk minuman yang di desain
oleh perusahaan Coca-Cola.
1 2 3
Metals:
– Strong, ductile
– High thermal &
electrical
conductivity
– Opaque,
reflective.
Polymers/plastics: Covalent
bonding  sharing of e’s
– Soft, ductile, low
strength, low density
– Thermal & electrical
insulators
– Optically translucent
or transparent.
Ceramics: ionic bonding
(refractory) – compounds of
metallic & non-metallic elements
(oxides, carbides, nitrides,
sulfides)
– Brittle, glassy, elastic
– Non-conducting
(insulators)
1
16/02/2020

2. HISTORICAL PERSPECTIVE
Material secara budaya kebanyakan dapat di terapkan dalam kehidupan sehari-hari:
transportasi, konstruksi rumah, pakaian, makanan, bidan komunikasi dan sbg.
• Material adalah sesuatu yang disusun/dibuat oleh bahan.
• Material digunakan untuk transportasi hingga makanan.
• Ilmu material/bahan merupakan pengetahuan dasar tentang struktur, sifat-sifat dan
pengolahan bahan.
Material yang kita temukan dalam sehari-hari seperti:
– Stone Age
– Bronze Age
– Iron Age
– Now?
• Silicon Age?
• Polymer Age?16/02/2020
2

3. Sejarah Stone
Sebelum menggunakan logam, manusia mengandalkan bahan-bahan seperti obsidian, rijang
/ batu api dan kuarsit untuk Penciptaan peralatan.
Dengan perkembagan moderen ini pembuatan peralatan terlihat dalam jenis alat yang
ditemukan di situs arkeologi dari berbagai usia.
Simple tools
with
a single
(unifacial)
cutting edge
Tools with
more refined and
stereotyped
shape and two
cutting (bifacial)
edges
Bifacial tools
with
maximized
cutting
surface
Sophisticated
spear and
harpoon points
16/02/2020
3

4. Iron bloom
Sejarah Iron (Diantara1,200 Sebelum Masehi)
Penemuan besi sebagai media yang berguna untuk
pembuatan alat mungkin juga terjadi secara
kebetulan.
Namun, perlu perhatian untuk mengetahui cara
memproses zat besi.
Dalam tungku primitif, besi yang dilebur tidak akan
membentuk tetesan cair karena besi memiliki titik
leleh yang lebih tinggi diantara (~1500 degrees C)
dibanding dengan Tembaga.
Sebagai gantinya, pada suhu yang relatif rendah
yang digunakan, bahan tersebut membentuk
massa padat besi dan terak yang seperti sepon
(impurites, metal oxides and remnant sulphides)
dengan istila “bloom” (dikenal sebagai “sponge
iron”).
16/02/2020
4

5. Bekerja Dengan Iron
Besi murni masih memiliki beberapa kualitas yang tidak diinginkan :
1. Lebih lembut dari perunggu
2. Terlalu lunak untuk memegang ujung yang tajam
3. Besi cenderung mudah teroksidasi (karat).
Kualitas peralatan besi meningkat melalui dua kemajuan utama dalam teknologi:
1. Steeling
2. Tempering
16/02/2020
5

6. Sejarah Bronze (Berkisar antara 3,200 Sebelum Masehi)
Kemudian diketahui bahwa penambahan kotoran
secara sengaja (terutama arsenik) dapat
mengubah sifat-sifat tembaga yang dileburkan.
Setelah itu Arsenik digantikan oleh timah
(logam), ini mengakibatkan tingginya insiden
kematian di kalangan pekerja arsenik-perunggu
yang terdahulu.
Sebagai bonus tambahan, timah menurunkan
titik leleh tembaga (digabung sebelum meleleh),
yang membuatnya lebih mudah untuk dilebur
logam ini.
Perunggu cukup menarik dan relatif mudah
dikerjakan, sehingga cocok untuk benda hias.
Bronze
statue
16/02/2020
6

7. Dengan
perkembagan
teknology
penerapan
logam dapat
divariasi untuk
mendesain
kendaraan
dan asesoris
lainnya
LOGAM
16/02/2020
7

8. Keramik
Keramik adalah bahan yang
terbentuk dari hasil senyawa
(compound) antara satu atau lebih
unsur-unsur logam (termasuk Si
dan Ge) dengan satu atau lebih
unsur-unsur anorganik bukan
logam; Contoh keramik : silikon
oksida, aluminium oksida,
kalsiumoksida, magnesium
oksida, kalium oksida dan natrium
oksida.
16/02/2020
8

9. Polimer
Polimer merupakan bahan yang memiliki berat molekul > 10.000 , tersusun
dari monomer yang saling berikatan kovalen. Contoh polimer : polietilen,
polipropilen, polivinilklorid dan lain-lain. Polimer yang dapat dibentuk kembali
dengan pemanasan disebut termoplastik, sedangkan yang tidak dapat
dibentuk kembali disebut termoset.
16/02/2020
9

10. Komposit
Komposit merupakan
campuran bahan yang
tersusun dari dua/lebih
bahan dasar dalam skala
makroskopis yang
sifatnya sangat berbeda
dengan sifat masing-
masing bahan
pembentuknya,
contohnya : fiberglass,
tripleks, semen-pasir,
dan lain-lain. Bahan
komposit alam
contohnya : kayu, terdiri
dari serat selulose yang
berada dalam matriks
lignin.
16/02/2020
10

11. MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
Ada hubungan langsung antara sintesis dan pemrosesan
bahan (pasca-produksi), dan struktur mikro internal serta
sifat fisik yang dapat diamati dan kinerja teknik.
Terkadang berguna untuk membagi disiplin ilmu material
dan teknik menjadi ilmu material dan subdisiplin ilmu
teknik material. Sebenarnya, "ilmu material" melibatkan
penyelidikan hubungan antara struktur dan sifat material.
16/02/2020
11

12. 12
• Transmittance:
-- Aluminum oxide may be transparent, translucent, or opaque depending on
the material structure.
single crystal
polycrystal:
low porosity
polycrystal:
high porosity
OPTICAL
Struktur material selalu
berkorelasi dengan susunan
dari komponen internalnya
- Level sub atomik: elektron di
dalam individual atom dan
interaksinya dengan inti
atom.
- Level atomik: susunan atom
atau molekul relatif terhadap
sesamanya.
- Level mikroskopik:
sekumpulan besar atom
yang membentuk kelompok
dapat diobservasi
menggunakan mikroskop
- Level makroskopik: struktur
yang dapat dilihat tanpa alat
bantu.
16/02/2020

13. Bahan / material merupakan kebutuhan bagi manusia mulai zaman dahulu sampai
sekarang. Kehidupan manusia selalu berhubungan dengan kebutuhan bahan seperti
pada transportasi, rumah, pakaian, komunikasi, rekreasi, produk makanan dll.
Perkembangan peradaban manusia juga bisa diukur dari kemampuannya
memproduksi dan mengolah bahan untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. (jaman
batu, perunggu dsb). Pada tahap awal manusia hanya mampu mengolah bahan apa
adanya seperti yang tersedia di alam misalnya : batu, kayu, kulit, tanah dsb.
Dengan perkembangan peradaban manusia bahan - bahan alam tsb bisa diolah
sehingga bisa menghasilkan kualitas bahan yang lebih tinggi. Pada 50 tahun terakhir
para saintis menemukan hubungan sifat - sifat bahan dengan elemen struktur bahan.
Sehingga bisa diciptakan puluhan ribu jenis bahan yang mempunyai sifat - sifat yang
berbeda.
WHY STUDY MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
16/02/2020
13

14. f
CLASSIFICATION OF MATERIALS
Bahan bisa diklasifikasikan sebagai berikut :
- Logam : Konduktor yang baik, tidak transparan.
- Keramik : Campuran / senyawa logam + non logam.
- Polimer : Adalah senyawa karbon dengan rantai molekul panjang,
termasuk bahan plastik dan karet.
- Komposit : Adalah campuran lebih dari satu bahan. (misal: keramik
dengan polimer)
- Semi konduktor : Adalah bahan-bahan yang mempunyai sifat setengah
menghantar. Elektronik : IC, transistor.
- Biomaterial : bahan yang digunakan pada komponen-Komponen yang
dimasukkan ketubuh manusia untuk menggantikan bagian tubuh yang sakit
atau rusak.
16/02/2020
14

15. 15
Metals
Logam besi (ferrous): logam dan paduan yang mengandung besi (Fe) sebagai
unsur utama; Contoh : besi, baja Logam non-besi (non-ferrous): logam yang
mengandung sedikit atau sama sekali tanpa kadar besi. Contoh : Al, Cu, Zn, Ni,
dan lain-lain.
Logam terutama
logam ferrous
merupakan
bahan yang
paling banyak
dipakai dalam
dunia teknik
mesin, karena
pada umumnya kuat, ulet, dan mudah dibuat dalam
berbagai bentuk praktis.16/02/2020

16. 16
Keramik adalah bahan yang terbentuk dari hasil senyawa (compound) antara
satu atau lebih unsur-unsur logam (termasuk Si dan Ge) dengan satu atau lebih
unsur-unsur anorganik bukan logam; Contoh keramik : silikon oksida,
aluminium oksida, kalsiumoksida, magnesium oksida, kalium oksida dan
natrium oksida.
Keramik
Bar-chart of
roomtemperatur
e
stiffness
(i.e., elastic
modulus)
values for
various
metals,
ceramics,
polymers, and
composite
materials.
16/02/2020

17. 17
Bar-chart of roomtemperature stiffness (i.e., elastic modulus) values for various
metals, ceramics, polymers, and composite materials.
16/02/2020

18. 18
Bar-chart of roomtemperature stiffness (i.e., elastic modulus) values for various
metals, ceramics, polymers, and composite materials.
(Reprinted from Engineering Materials 1: An Introduction to Properties,
Applications and Design, third edition, M. F. Ashby and D. R. H. Jones, pages
177 and 178, Copyright 2005, with permission from Elsevier.)
16/02/2020

19. 19
Polimer merupakan bahan yang memiliki berat molekul > 10.000 , tersusun
dari monomer yang saling berikatan kovalen. Contoh polimer : polietilen,
polipropilen, polivinilklorid dan lain-lain. Polimer yang dapat dibentuk kembali
dengan pemanasan disebut termoplastik, sedangkan yang tidak dapat
dibentuk kembali disebut termoset.
Polimer
16/02/2020

20. 20
Komposit merupakan campuran bahan yang tersusun dari dua/lebih bahan
dasar dalam skala makroskopis yang sifatnya sangat berbeda dengan sifat
masing-masing bahan pembentuknya, contohnya : fiberglass, tripleks,
semen-pasir, dan lain-lain. Bahan komposit alam contohnya : kayu, terdiri
dari serat selulose yang berada dalam matriks lignin.
Komposit
16/02/2020

21. 21
ADVANCED MATERIALS
Materials that are utilized in high-technology (or high-tech) applications are
sometimes termed advanced materials.
By high technology we mean a device or product that operates or functions
using relatively intricate and sophisticated principles;
Examples:
• Electronic equipment (camcorders, CD/DVD players, etc.),
• Computers,
• Fiber-optic systems,
• Spacecraft,
• Aircraft, and
• Military rocketry.
16/02/2020

22. 22
Advanced materials include semiconductors, biomaterials, and what we may
term “materials of the future” (that is, smart materials and nanoengineered
materials).
ADVANCED MATERIALS
The properties and applications of a number of these advanced materials.
For Example:
1. Materials that are used for lasers,
2. Integrated circuits,
3. Magnetic information storage,
4. Liquid crystal displays (LCDs), and
5. Fiber optics
16/02/2020

23. 23
Semiconductors have electrical properties that are intermediate between the
electrical conductors (viz. metals and metal alloys) and insulators (viz.
ceramics and polymers).
Semiconductors
16/02/2020

24. 24
Biomaterials
Biomaterials are employed in components implanted into the human body for
replacement of diseased or damaged body parts.
All of the above materials:
• Metals,
• Ceramics,
• Polymers,
• Composites, and
• Semiconductors.
May be used as biomaterials. For example, some of the biomaterials that are
utilized in artificial hip replacements.
16/02/2020

25. 25
Materials of the Future
Smart Materials
Smart (or intelligent) materials are a group of new and state-of-the-art materials
now being developed that will have a significant influence on many of our
technologies.
Components of a smart material (or system) include some type of sensor (that
detects an input signal), and an actuator (that performs a responsive and
adaptive function). Actuators may be called upon to change shape, position,
natural frequency, or mechanical characteristics in response to changes in
temperature, electric fields, and/or magnetic fields.
Four types of materials are commonly used for actuators: shape memory
alloys, piezoelectric ceramics, magnetostrictive materials, and
electrorheological/magnetorheological fluids.
16/02/2020

26. 26
Materials of the Future
Nanoengineered Materials
Until very recent times the general procedure utilized by scientists to understand
the chemistry and physics of materials has been to begin by studying large and
complex structures, and then to investigate the fundamental building blocks of
these structures that are smaller and simpler. This approach is sometimes
termed “topdown” science.
This ability to carefully arrange atoms provides opportunities to develop
mechanical, electrical, magnetic, and other properties that are not otherwise
possible. We call this the “bottom-up” approach, and the study of the properties
of these materials is termed “nanotechnology”; the “nano” prefix denotes that the
dimensions of these structural entities are on the order of a nanometer (109
m)—as a rule, less than 100 nanometers (equivalent to approximately 500 atom
diameters).
One example of a material of this type is the carbon nanotube,
In the future we will undoubtedly find that increasingly more of our technological
advances will utilize these nanoengineered materials.
16/02/2020

27. 27
MODERN MATERIALS’ NEEDS
In spite of the tremendous progress that has been made in the discipline of materials
science and engineering within the past few years, there still remain technological
challenges, including the development of even more sophisticated and specialized
materials, as well as consideration of the environmental impact of materials production.
Nuclear energy holds some promise, but the solutions to the many problems
that remain will necessarily involve materials, from fuels to containment structures to
facilities for the disposal of radioactive waste.
Significant quantities of energy are involved in transportation. Reducing the weight of
transportation vehicles (automobiles, aircraft, trains, etc.), as well as increasing engine
operating temperatures, will enhance fuel efficiency.
Pollution control techniques employ various materials. In addition, materials processing
and refinement methods need to be improved so that they produce less environmental
degradation—that is, less pollution and less despoilage of the landscape from the mining
of raw materials.
16/02/2020

28. 28
MODERN MATERIALS’ NEEDS
Many materials that we use are derived from resources that are
nonrenewable— that is, not capable of being regenerated. These include
polymers, for which the prime raw material is oil, and some metals.
These nonrenewable resources are gradually becoming depleted, which
necessitates:
(1) The discovery of additional reserves,
(2) The development of new materials having comparable properties with less
adverse environmental impact, and/or
(3) Increased recycling efforts and the development of new recycling
technologies. As a consequence of the economics of not only production but
also environmental impact and ecological factors, it is becoming increasingly
important to consider the “cradle-to-grave” life cycle of materials relative to
the overall manufacturing process.16/02/2020

29. 16/02/2020
29
REFERENCE
William D. Callister and David G. Rethwisch. (2010). Materials
Science And Engineering An Intruduction (Eighth Edi). Jhon
Wiley and Sons, Inc.