7/27/2019 pendidikan agama sebagai pilar pembangunan bangsa

1/4

PEMANFAATAN CRYSTALLINE IMPERFECTION

UNTUK MEMPERKUAT MATERIAL

BAB I

LATAR BELAKANG PEMBENTUKAN KRISTAL

Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion penyusunnya terkemas

secara teratur dan polanya berulang melebar secara tiga dimensi. Secara umum, zat cair

membentuk kristal ketika mengalami proses pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa

berupa kristal tunggal, yang semua atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi

atau struktur kristal yang sama, tapi secara umum kebanyakan kristal terbentuk secara

simultan sehingga menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam

yang kita temui sehari-hari merupakan polikristal. Struktur kristal mana yang akan

terbentuk dari suatu cairan tergantung pada kimia cairannya sendiri, kondisi ketika

terjadi pemadatan, dan tekanan ambien. Kristal terbentuk karena proses kristalisasi yaitu

proses pembentukan kristal yang terjadi pada saat pembekuan, berubah dari fasa cair ke

padat. Kristalisasi terjadi melalui dua tahap:

1. Tahapan Pembentukan Inti (Nucleation)2.

Tahapan Pertumbuhan Kristal (Crystal Growth)

Dalam keadaaan cair, atom-atom tidak memiliki susunan yang teratur dan

mempunyai temperature tinggi, atom-atomnya memiliki energi yang cukup banyak

sehingga mudah bergerak dan tidak ada pengaturan letak atom relatif terhadap atom lain.

Dengan semakin turunnya temperature maka energi atom akan semakin rendah dan sulit

bergerak sehingga atom-atom ini mulai mencari atau mengatur kedudukan relatif

terhadap atom lainnya (mulai membentuk lattice). Proses ini terjadi pada temperature

yang relatif lebih dingin dimana sekelompok atom menyusun diri membentuk inti Kristal

yang akan menjadi pusat dari proses kristalisasi selanjutnya.

Semakin turun temperature 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 atau inti yang tidak sempat tumbuh, untuk

mengisi tempat kosong pada lattice yang akan dibentuk. Pertumbuhan ini berlangsung

dari tempat yang bersuhu dingin ke panas. Pertumbuhan ini tidak bergerak lurus tetapi

mulai membentuk cabang-cabang disebut dengan struktur dendritik. Dendrit ini akan

7/27/2019 pendidikan agama sebagai pilar pembangunan bangsa

2/4

terus tumbuh ke segala arah sehingga cabangnya hampir bersentuhan satu dengan

lainnya sehingga sisa cairan yang terakhir akan membeku disela-sela dendrit ini.

Pertemuan antara satu dendrit kristal dengan lainnya dinamakan grain boundary

(butir-butir kristal) yang menjadi pembatas antara 2 kristal. Pada grain boundary ini

terkandung unsur ikutan (impurity) yang lebih banyak dan pada grain boundary ini juga

terdapat ketidakteraturan susunan atom (mismatch).

Tidak ada susunan yang sempurna pada material kristal dalam skala atom, semua

materi padat memiliki cacat atau ketaksempurnaan. Beberapa material kristalin mungkin

menunjukkan sifat-sifat elektrik khas, seperti efek feroelektrik atau efek piezoelektrik.

Kebanyakan material kristalin memiliki berbagai jenis cacat kristalografis. Jenis dan

struktur cacat-cacat tersebut dapat berefek besar pada sifat-sifat material tersebut .

BAB II

CACAT KRISTAL (CRYSTAL INE IM PERFECTION)

Cacat kristal dapat terjadi karena adanya (pendinginan) ataupun akibat dari luar.

Cacat paling sederhana adalah kehilangan atom pada posisi tertentu (vacancy) yang

sering disebut cacat Schottky.Cacat kristal yang terjadi dalam suatu bahan padat dapatmempengaruhi sifat fisis tertentu seperti sifat mekanik atau sifat listrik. Cara

memodelkan cacat ini adalah dengan melihat perpindahan suatu atom dari suatu titik

dalam kristal ke permukaan. Perubahan endoterm ini diimbangi oleh penaikan entropi

akibat peningkatan ketakteraturan kristal. Kita asumsikan energi yang diperlukan untuk

memindahkan atom dari kisi ke permukaan adalah v dan kekosongan yang ada sangat

jarang sehingga proses ini dianggap independen. Dengan asumsi ini, dapat dituliskan :A(n) = ETS

= + nvkT ln

()

Dengan n adalah jumlah kekosongan, dan faktor kombinatorial adalah jumlah cara

mendistribusikan kekosongan dalam kristal. Keadaan setimbang adalah keadaan dengan

nilai A(n) minimum, yaitu :

7/27/2019 pendidikan agama sebagai pilar pembangunan bangsa

3/4

Dimana kita mengabaikan nilai n dibandingkan dengan N. Cacat yang lain yang

dikenal adalah acat Frenkel, dimana kekosongan diimbangi dengan interstisi di tempat

lain. Anggap energi yang dibutuhkan untuk memindahkan atom dari kisi ke interstisi

adalah I , N adalah jumlah titik dalam kisi dan N0 adalah jumlah titik yang mungkin

disisipi.

Dengan cara yang sama (meminimalkan A), kita peroleh:

Secara umum, entropi dapat dituliskan sebagai S = k ln (N; V;E), dengan adalah

jumlah susunan yang mungkin dari suatu sistem.

Angka kesetimbangan vakansi,Nv untuk material tertentu tergantung atas kenaikan

temperatur sesuai dengan persamaan:

dimanaN= jumlah total sisi

Qv= energi yang diperlukan untuk membentuk vakansi

T= 3emperature mutlak, K

k= konstanta Boltzmqan = 1,38 x 10-23

J/atom-K = 8,62 x 10-5

eV/atom-K

7/27/2019 pendidikan agama sebagai pilar pembangunan bangsa

4/4

Gambar 1.3 Cacat Kekosongan (Vacancy) dan Cacat Interstisi

Selain cacat vacancy (kekosongan), salah satu macam cacat titik adalah cacat

interstisi yaitu sebuah atom dari bahan kristal yang berdesakan ke dalam sisi interstisi,

yaitu ruang kosong kecil dimana dalam kondisi normal tidak diisi atom. Pada logam,interstisi diri mengakibatkan distorsi yang relatif besar di sekitar kisi karena atom

interstisi lebih besar dari ruang interstisi. Karena itu pembentukan cacat ini

kemungkinannya kecil, dan juga konsentrasinya kecil, dimana konsentrasinya jauh lebih

kecil dari cacat vakansi.