Karakterisasi merupakan sebuah sub-ilmu khusus dari teknik material yang penting diketahui oleh banyak orang. Seri tulisan kali ini akan mencoba menjelaskan tentang topik tersebut secara sederhana dan mudah dipahami. Nah, tulisan-tulisan di seri kali ini akan banyak disandarkan pada dua literatur utama yang bisa jadi rujukan valid tentang karakterisasi material. Diantaranya adalah ASM Handbook Volume 10: Materials Characterization (ASM International, 1986) dan Handbook of Materials Characterization (Springer, 2018).
Definisi karakterisasi material
Masih ingat dengan bahasan tentang Material, Ilmu Futuristik yang Terlupakan di Indonesia (KompasCom, 2018) dan Mari Mengenal Pengetahuan Paling Dasar dari Ilmu Material (Good News From Indonesia, 2019)? Pembahasan-pembahasan tersebut adalah pemantik awal sebelum tulisan-tulisan bertajuk material di #KotakAjaib Web Page dibuat. Dari dua artikel tersebut kalian tentunya telah memahami bahwa material memiliki klasifikasi yang cukup banyak. Lalu, pernahkah kalian berpikir bagaimana cara membedakan material satu dengan yang lain secara ilmiah?
Karakterisasi didefinisikan sebagai sebuah proses untuk mendefinisikan sifat-sifat suatu obyek. Dalam hal yang berhubungan dengan material, artinya proses ini dilakukan sebagai upaya mengetahui struktur, sifat, serta kandungan yang ada di dalam suatu bahan. Pengetahuan tentang karakterisasi material ini penting dipahami oleh orang-orang yang berkecimpung di dunia advanced materials. Meski begitu, setidaknya pemahaman secara umum juga menarik untuk diketahui oleh orang-orang di luar saintis maupun insinyur material.
Klasifikasi umum karakterisasi material
Secara sederhana, kita bisa membagi teknik karakterisasi material menjadi empat yang utama:
- Microscopy
- Spectroscopy
- Macroscopic testing
- Pengujian Mekanik
Microscopy
Prinsip karakterisasi dalam teknik microscopy adalah dengan memetakan morfologi dari permukaan, lapisan bawah permukaan, serta struktur material hingga kedalaman tertentu. Teknik ini memanfaatkan salah satu atau beberapa sumber-sumber berikut: foton, elektron, ion, serta cantilever fisik, untuk mendapatkan data. Beberapa contoh instrumen yang menggunakan teknik ini adalah:
- Mikroskop optik
- Scanning electron microscopy (SEM)
- Transmission electron microscopy (TEM)
- Atomic force microscopy (AFM, ini masuk ke dalam sub-bagian scanning probe microscopy), dan masih banyak lagi.
Spectroscopy
Aplikasi dari teknik karakterisasi material ini cukup luas, karena hasilnya berupa komposisi kimia, variasi komposisi/rasio, struktur kristal material, bahkan hingga sifat fotoelektrik. Sub-tekniknya dibedakan berdasarkan sumber pengujinya, diantaranya yaitu (1) radiasi optik, (2) radiasi sinar X atau X-Ray, (3) mass spectrometry, (4) nuclear spectrometry, (5) dynamic light, dan beragam teknik-teknik lainnya. Contoh instrumennya adalah:
- Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis)
- Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)
- X-ray diffraction (XRD)
- Raman spectroscopy
- Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX/EDS, biasanya tersemat di SEM dan TEM)
- X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
- Thermal ionization mass spectrometry (TI-MS)
- Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)
- Dynamic light scattering (DLS), dan akan panjang jika dilanjutkan daftarnya.
Karakterisasi material lewat uji makro (macroscopic testing)
Uji makro ini bisa dibilang relatif lebih banyak digunakan di beberapa instansi pengujian pemerintah. Karena pada dasarnya sudah banyak dikenal. Jangkauan untuk pendeteksian material yang dimiliki teknik ini cukup luas, itulah mengapa disebut uji makro. Beberapa contoh alat ujinya adalah:
- Ultrasound/Sonogram/Ultrasonogram
- Thermogravimetric analysis (TGA)
- Differential scanning calorimetry (DSC)
- Differential thermal analysis (DTA), dan berbagai instrumen lainnya.
Tentang karakterisasi material secara mekanik
Pada beberapa pembahasan, karakterisasi lewat uji fisik dan mekanik material diklasifikasikan pada uji makro. Akan tetapi, sebenarnya pengujian dengan teknik ini agak sedikit berbeda hasilnya dengan beberapa teknik sebelumnya. Karena akan lebih mendekati ke topik mechanical properties of materials atau perilaku mekanik material yang pembahasannya akan menjadi dangkal jika disatukan ke dalam uji makro. Padahal, topik tersebut cukup dalam dan bahkan memungkinkan untuk dijadikan beberapa mata kuliah mahasiswa teknik material dan metalurgi di beberapa semester awal S1 mereka. Oleh karena itu, kita tidak akan bahas terlalu detail di bagian pertama ini.
Setidaknya, gambaran umum dan pengetahuan awal tentang karakterisasi material telah dibahas di bagian satu. Untuk selanjutnya, kita akan bahas lebih detail lagi di bagain-bagian berikutnya. Bagaimana, tertarik belajar lebih lanjut tentang karakterisasi material? Yuk, kencangkan sabuk pengaman, dan stay tune di #KotakAjaib Web Page.
