Keramik fungsional adalah jenis keramik baru yang dikembangkan untuk menciptakan teknologi mutakhir. Keramik ini banyak digunakan dalam teknologi penginderaan, ilmu komputer, bioteknologi, industri otomotif, dan ilmu lingkungan.
Material tanah jarang memiliki aplikasi yang sangat luas dalam meningkatkan karakteristik dan kinerja keramik fungsional. Tanah jarang meningkatkan kinerja keramik fungsional yang merespons cahaya, listrik, magnet, suara, daya, dan panas.
Artikel ini akan membantu Anda memahami penggunaan unsur tanah jarang dalam keramik fungsional. Mari kita bahas lebih lanjut.
Unsur Tanah Jarang dan Pentingnya:
Unsur tanah jarang (REE) atau tanah jarang adalah 17 unsur dalam tabel periodik dengan sifat yang serupa. Unsur-unsur REE dari tabel periodik adalah:
-
Lantanum (La)
-
Skandium(Sc)
-
Serium(Ce)
-
Itrium(Y)
-
Neodymium (Nd)
-
Disprosium (Dy)
-
Praseodimium (Pr)
-
Samarium(Sm)
-
Gadolinium (Gd)
-
Terbium (Tb)
-
Europium (Eu)
-
Yatterbium(Yb)
-
Holmium (EU)
-
Promethium(Pm)
-
Lutetium (Lu)
-
Erbium(Er)
-
Tulium(Tm)
Ke-17 elemen ini merupakan bagian penting dari berbagai perangkat teknologi canggih. Elemen REE digunakan untuk memproduksi lebih dari 200 produk dengan beragam aplikasi.
REE digunakan secara luas dalam manufaktur:
-
produk elektronik konsumen,
-
komputer pribadi,
-
hard drive,
-
kendaraan listrik (EV),
-
kendaraan hibrida,
-
telepon seluler,
-
televisi,
-
dan monitor layar datar, dll.
Bahan tanah jarang juga memiliki aplikasi dalam pembuatan peralatan sistem pertahanan, seperti sistem radar, sistem sonar, sistem pemandu, laser, dan tampilan elektronik.
Perlu disebutkan bahwa jumlah total bahan tanah jarang yang digunakan dalam produk tersebut tidak signifikan dibandingkan dengan volume, berat, dan nilainya, tetapi penting untuk berfungsinya perangkat tersebut.
Misalnya, motor spindel dan kumparan suara komputer membutuhkan fraksi REE yang lebih kecil daripada berat totalnya. Namun, proses ini tidak dapat dilakukan tanpa REE.
Tiongkok saat ini memiliki hampir 60-70 persen unsur tanah jarang dunia. Pada awal tahun 1990, produksi, pasokan, dan ekspor REE menjadi isu nasional di Tiongkok. Setelah itu, Tiongkok mulai mengurangi REE yang dijual ke luar negeri.
Sekarang, China telah membatasi ekspor tujuh bahan tanah jarang, dengan mempertimbangkan aplikasi dan ketersediaannya.
Apa itu Keramik Fungsional?
Keramik fungsional adalah jenis keramik yang dikembangkan untuk kualitas unggul di luar keramik tradisional dan struktural. Keramik ini banyak digunakan dalam rekayasa magnetik, listrik, dan optik.
Mereka memiliki keragaman yang sangat besar dalam struktur, komposisi, dan sifatnya. Mereka dapat digunakan untuk berbagai keperluan teknologi tinggi.
Persiapan keramik fungsional memerlukan sistem pemrosesan yang panjang termasuk pemrosesan bahan baku, formulasi, pencampuran & penggilingan, pengeringan, pra-sintesis, penggilingan, granulasi, pembentukan, sintering, dan elektroding.
Metode pemrosesan keramik fungsional yang ketat ini membantu mempertahankan sifat-sifatnya, seperti magnetik, listrik, termal, optik, fotolistrik, antarmuka, mekanik, transportasi, termodinamika, termoelektrik, feroelektrik, bioaktif, biokompatibel, dan elektrokimia.
Penggunaan Unsur Tanah Jarang dalam Keramik Fungsional:
REE untuk Keramik Superkonduktor: Keramik superkonduktor adalah material keramik yang menunjukkan sifat konduktif terhadap suhu ekstrem. Material ini tidak memiliki diamagnetisme dan resistansi nol. LaSrCuO, LaBaCuO, YbCuO, dan BaPbBi adalah beberapa keramik superkonduktor yang paling sering digunakan. Komposisi ini terdiri dari unsur tanah jarang.
Tanah jarang meningkatkan kerapatan arus kritis keramik dan meningkatkan kinerjanya dalam medan magnet. Superkonduktor dapat menghantarkan listrik tanpa kehilangan energi dan menolak medan magnet. Oleh karena itu, medan magnet tidak dapat melewati superkonduktor.
Sektor utama penggunaan keramik superkonduktor meliputi sistem pemurnian air, manufaktur superkomputer, manufaktur kereta maglev, serta sistem transmisi dan distribusi daya.
REE untuk Keramik Optik: Unsur tanah jarang merupakan bagian penting dari keramik optik. Keramik optik adalah jenis keramik fungsional khusus yang transparan dan dapat mentransmisikan cahaya tampak.
Produksi keramik transparan membutuhkan material ultra-halus murni atau kristal ekuaksis dengan sumbu kristal berkualitas tinggi. Kristal ini merupakan fase transparan utama dan diproduksi melalui proses sintering yang dijaga ketat dengan jumlah aditif modifikasi yang tetap.
Tanah jarang menyesuaikan warna, cahaya, meminimalkan ukuran, dan meningkatkan efisiensi energi dari keramik optik.
Contoh beberapa keramik optik yang umum digunakan adalah alumina, yttrium trioksida (Y2O3), keramik timbal lantanum zirkonat titanat (PLZT), alumina, kalsium oksida, magnesia, dan torium oksida (ThO2).
REES untuk Keramik Magnetik: Keramik magnetik terdiri dari satu atau beberapa elemen logam. Elemen utama keramik magnetik adalah besi. Keramik ferit adalah nama populer untuk keramik magnetik.
Ferit adalah semikonduktor dengan resistivitas lebih tinggi daripada logam magnetik konvensional. Ferit memiliki rugi arus eddy yang kecil.
Material keramik magnetik dapat dibagi menjadi dua kategori berdasarkan penggunaannya, yaitu material magnetik lunak dan material magnetik keras. Material magnetik keras sangat sulit dimagnetisasi dan didemagnetisasi. Material ini memiliki aplikasi dalam perangkat penyimpanan magnetik dan magnet, dan terbuat dari magnet tanah jarang dan magnet ferit.
Sebaliknya, bahan magnetik lunak rentan terhadap magnetisasi dan dapat dengan mudah dimagnetisasi atau didemagnetisasi. Arah fluks magnet pada bahan lunak tersebut juga dapat diubah. Bahan magnetik lunak populer digunakan dalam komponen elektronik yang perlu bereaksi terhadap perubahan medan magnet.
Terdapat tiga jenis keramik magnetik berdasarkan struktur kristalnya: ferit heksagonal, spinel, dan ferit garnet. Ferit garnet paling banyak digunakan dalam keramik fungsional. Ferit garnet digunakan dalam medan magnet frekuensi ekstrem karena resistivitasnya yang tinggi dan rugi-rugi frekuensi tinggi yang sangat kecil.
REE untuk Keramik Piezoelektrik: Keramik piezoelektrik adalah keramik fungsional yang memiliki efek piezoelektrik. Tanah jarang meningkatkan kinerja sintering, sifat listrik, dan koefisien piezoelektrik keramik tersebut.
Efek piezoelektrik mengacu pada kemampuan suatu material untuk menghasilkan muatan listrik ketika diberi tekanan mekanis. Efek piezoelektrik terdiri dari dua jenis: positif dan negatif. Ketika muatan listrik dihasilkan oleh tekanan, efek ini disebut efek piezoelektrik positif, dan ketika tekanan dihasilkan oleh muatan listrik, efek ini disebut efek piezoelektrik negatif.
Timbal zirkonat titanat, barium titanat, dan timbal titanat paling banyak digunakan sebagai keramik piezoelektrik. Keramik-keramik ini dikenal sebagai keramik piezoelektrik tipe perovskit.
Sebagaimana telah dibahas sebelumnya, sebagian besar keramik superkonduktor menggunakan REE sebagai bahan dasarnya. Misalnya, keramik oksida superkonduktif yttrium barium tembaga oksida (YBCO) terdiri dari yttrium, unsur tanah jarang. Keramik ini memiliki struktur kristal ekuivalen dengan rumus molekul M3(Fe5O12).
Selain itu, unsur tanah jarang juga digunakan dalam keramik fungsional sebagai aditif. Ketika beberapa material tanah jarang ditambahkan ke keramik fungsional, kekuatan, kepadatan, dan kekohesifannya meningkat pesat.
Pertanyaan yang Sering Diajukan:
Apa itu Logam Tanah Langka?
Logam tanah jarang merupakan kumpulan 17 unsur, termasuk 15 lantanida, skandium, dan yttrium.
Mereka banyak digunakan dalam elektronik konsumen, peralatan medis, kendaraan listrik (EV), penyulingan minyak, mesin pesawat terbang, aplikasi militer, sistem radar, dan rudal.
Logam Apa yang Paling Langka di Alam Semesta?
Logam paling langka di alam semesta dalam keadaan stabilnya adalah tantalum. Meskipun fransium dianggap sebagai logam paling langka, ia tidak memiliki keadaan stabil atau kegunaan.
Apa Logam Paling Langka di Dunia?
Lantanum dianggap sebagai logam paling langka di dunia.
Bagaimana cara mendefinisikan logam tanah jarang?
Logam tanah jarang didefinisikan sebagai kelompok 17 unsur langka, 15 di antaranya dikenal sebagai seri lantanida dalam tabel periodik, dan dua lainnya adalah yttrium dan skandium.
Apa itu logam langka?
Batangan logam langka adalah batangan olahan yang terbuat dari logam langka seperti platinum, paladium, dan rhodium. Batangan logam langka ini langka di alam dan memiliki berbagai aplikasi dalam industri.
Kesimpulan: Tanah jarang memiliki banyak kegunaan dalam keramik fungsional sebagai elemen dasar dan sebagai suplemen untuk meningkatkan kinerja. Tanah jarang menambahkan beberapa sifat utama pada keramik tersebut.
Penggunaan mineral tanah jarang dengan keramik fungsional telah menjadikannya elemen penting dari teknologi maju modern.