Ilmuwan Ungkap Cara Tingkatkan Kekuatan dan Fleksibilitas Titanium

SIAPA yang tidak mengenal titanium? Logam ini terkenal akan kekuatannya yang ringan dan tahan korosi. Dari rangka pesawat hingga alat medis, titanium menjadi bahan yang sering digunakan di berbagai industri. 

Namun, tahukah Anda bahwa para ilmuwan baru saja menemukan cara meningkatkan kekuatan titanium secara signifikan? Temuan ini bahkan melampaui campuran komersial yang ada di pasaran, dengan proses produksi yang lebih efisien dan murah.

Dikutip dari majalah Nature Communications yang terbit pada 1 April, tim peneliti dari Laboratorium Nasional Pacific Northwest, (PNNL) telah berhasil memahami dan mengatur ulang nanostruktur titanium. Hasilnya, mereka berhasil menciptakan campuran titanium yang lebih kuat dibandingkan material pada umumnya.

Baca juga : Ilmuwan Temukan Lapisan Es Tertua di Antartika

"Kami menemukan bahwa jika Anda melakukan proses panas tertentu pada sebuah titanium, Anda dapat menghasilkan campuran titanium yang lebih kuat sekitar 10%-15% dibandingkan menggunakan campuran komersial," kata Arun Devaraj, ilmuwan material di PNNL.

Awal Mula Penemuan 

Penemuan ini berawal dari rasa ingin tahu para peneliti terhadap sifat mekanis campuran titanium berbiaya rendah yang sebelumnya dikembangkan PNNL. 

Dengan menggunakan mikroskop elektron canggih dan pencitraan tomografi atom, para peneliti mampu melihat dan memahami struktur nano titanium. 

Baca juga : Ilmuwan Berhasil Ciptakan Tikus Hidup Menggunakan Gen Organisme Lain, Kok Bisa?

Proses ini memungkinkan mereka mengatur ulang atom-atom pada tingkat yang sangat kecil. Selain itu, proses tersebut juga menghasilkan campuran dengan kekuatan dua kali lipat dibandingkan baja otomotif.

Sebagai informasi, enam tahun lalu, para peneliti di PNNL menemukan cara baru untuk membuat titanium lebih ekonomis. Mereka menggunakan bubuk titanium hidrida sebagai bahan baku, lalu mengganti metode lama yang sempat memakai titanium cair. 

Pendekatan tersebut berhasil dilakukan dengan memangkas waktu produksi hingga setengahnya. Selain itu, cara ini juga dinilai lebih menghemat energi secara signifikan.

Baca juga : Ajaib, Ilmuwan Dikejutkan Lebah Bumblebee Bisa Bertahan Hidup di Bawah Air

Bukan hanya itu, proses yang dikembangkan juga menjadi lebih sederhana dan efisien dibandingkan metode konvensional. 

Kini, teknologi tersebut dimanfaatkan oleh perusahaan Advance Materials Inc. (ADMA), yang memproduksi bubuk titanium hidrida untuk berbagai industri seperti kedirgantaraan dan otomotif. 

Menurut Curt Lavender, ahli metalurgi di PNNL, metode ini memungkinkan produksi titanium dalam skala besar menjadi lebih murah dan mudah dilakukan.

Baca juga : Ilmuwan Temukan Ratusan Ribu Mikroplastik pada Air Kemasan

Peran Perlakuan Panas

Seperti pandai besi modern, para ilmuwan di PNNL memanfaatkan perlakuan panas untuk memperkuat titanium. 

Mereka memanaskan campuran titanium hingga suhu 1.450 derajat Fahrenheit, lalu mendinginkannya secara cepat. Proses ini menciptakan struktur nano hierarkis sehingga meningkatkan kekuatan material. 

"Struktur ini memungkinkan kekuatan tarik Ti185 mencapai hampir 1.700 megapascal, dua kali lipat kekuatan baja otomotif," jelas Devaraj.

Tim peneliti bekerja sama dengan Ankit Srivastava, asisten profesor di Texas A&M University. Mereka mengembangkan model matematika sederhana untuk menjelaskan hubungan antara nanostruktur dan kekuatan material.

Sebagai contoh, aluminium adalah logam yang lebih murah. Jika nanostruktur campuran aluminium bisa disusun secara hierarki seperti titanium, hal ini akan membantu otomotif membuat kendaraan yang lebih ringan. Dengan begitu proses ini akan mengurangi bahan bakar dan emisi karbon dioksida, serta mengurangi terjadinya pemanasan global.

"Jika kita dapat menciptakan nanostruktur hierarkis pada aluminium, industri otomotif bisa menghasilkan kendaraan yang lebih ringan dan hemat energi," tambah Vineet Joshi, ahli metalurgi di PNNL.

Penelitian ini tidak hanya memperluas kemampuan titanium, tetapi juga dapat membuka jalan bagi pengembangan jenis logam campuran lainnya. (Z-1)

(Sumber: Nature Communications, Science daily.com, Pacifict Northwest National Laboratory,  National Institutes of Health)