Selama beberapa tahun terakhir, material dan desain ringan telah menarik banyak perhatian karena keunggulan utamanya dalam sejumlah kesulitan rekayasa yang telah meningkatkan tuntutan dalam hal keselamatan, lingkungan, persaingan, dan biaya. Sistem hibrida merupakan strategi sukses yang bertujuan untuk memanfaatkan fungsi spesifik dan sifat unik dari berbagai material dalam konstruksi ringan sekaligus meningkatkan efisiensi setiap material. Komposit polimer yang diperkuat serat (FRP) telah menarik banyak perhatian akhir-akhir ini di antara berbagai material ringan, seperti paduan aluminium, paduan magnesium, dan bentuk komposit lainnya, karena rasio modulus/kekuatan-terhadap-beratnya yang sangat tinggi dan fleksibilitas desain yang luar biasa [38-41]. Kebutuhan energi di sektor kedirgantaraan dan penerbangan cukup tinggi, sehingga penting untuk menggunakan paduan ringan untuk menurunkan berat keseluruhan pesawat guna meningkatkan penghematan biaya. Berat pesawat memengaruhi biaya pergerakannya, dengan bahan bakar menyumbang sekitar 30% dari total pengeluaran. Oleh karena itu, keuntungan prospektif dari adopsi material struktural ringan jelas mengingat jumlah lalu lintas penerbangan global telah berlipat ganda setiap 15 tahun sejak 1977 dan kecenderungan ini tampaknya akan terus meningkat di masa mendatang [42-44]. Material berpori ringan tersedia dalam berbagai konstituen yang sering dikategorikan sebagai material logam, nonlogam, oksida, dan polimer. Karena harganya yang terjangkau, struktur templatnya, kemampuan penyesuaiannya, dan biodegradabilitasnya, polimer alami termasuk pati, selulosa, natrium alginat, dan lainnya lebih disukai untuk membuat material berpori yang lebih ringan [45,46]. Material ringan serbaguna memiliki potensi untuk secara signifikan meningkatkan kinerja dan keramahan lingkungan dari keseluruhan sistem konstruksi.
Untuk memenuhi spesifikasi setiap tujuan atau perangkat, material ringan sering dianggap sebagai material yang memanfaatkan polimer sebagai matriks induk atau/dan komposit yang dilengkapi dengan aditif. Elastomer, termoplastik, dan termoset merupakan jenis bahan polimer yang dapat disesuaikan untuk tujuan tertentu berkat karakteristik fisikokimianya yang beragam. Selain itu, dalam arti luas, material ringan juga dapat terdiri dari material anorganik berdensitas tinggi yang dapat digunakan secara hemat dalam sistem ringan untuk melakukan tugas-tugas khusus seperti pembersihan mandiri atau pengawasan kesehatan struktural tanpa memengaruhi sifat ringan struktur utama [47-50]. Meningkatnya tuntutan untuk peningkatan efisiensi bahan bakar dan pengurangan emisi gas rumah kaca telah mendorong produsen untuk membangun kendaraan ringan. Selain itu, kendaraan yang lebih ringan dapat berfungsi lebih baik ketika didaur ulang dan/atau dikendarai (misalnya, dengan efisiensi bahan bakar yang lebih baik, karakteristik pengereman, dan keselamatan tabrakan). Material ringan di sektor otomotif dapat dikategorikan secara luas menjadi empat kelompok sebagai pengganti potensial untuk struktur teknik tradisional (seperti baja dan besi cor), termasuk paduan ringan (seperti paduan Al, Mg, dan Ti), keluarga HSS (seperti HSS dan AHSS tradisional), komposit (CFRP, GFRP, NFRP), dan material canggih lainnya [51-53].
Komponen dan struktur yang lebih ringan untuk beberapa aplikasi industri dapat diproduksi menggunakan metode yang hemat biaya berkat penggunaan logam ringan (aluminium, magnesium, dan titanium) dan teknik pengecoran yang mutakhir. Untuk meminimalkan penggunaan energi dan dampak karbon, paduan ringan Al, Mg, dan Ti semakin banyak digunakan di sektor industri dan transportasi. Dalam 20 tahun terakhir, paduan cor dan teknik untuk aplikasi Al, Mg, dan Ti yang lebih ringan telah berkembang secara signifikan. Penutup elektronik Mg berdinding tipis, komponen mesin Ti, dan pengecoran bodi mobil Al berukuran sangat besar hanyalah beberapa contoh [54,55]. Karena memiliki kepadatan yang rendah (sekitar dua pertiga dari aluminium) dan kekuatan yang sangat baik, paduan magnesium telah menarik banyak minat dari sektor kendaraan kereta api akhir-akhir ini. Paduan magnesium saat ini 1,3-1,5 kali lebih mahal daripada paduan aluminium pada titik harga bahan baku [56]. Liao dan tim merancang paduan ringan baru
Tix (AlCrNb)100-x (x = 45-80) untuk aplikasi kendaraan transportasi. Paduan yang dikembangkan memiliki kekuatan luluh kompresi yang sangat baik, sekitar 1500 MPa, kekuatan patah kompresi yang lebih tinggi, sekitar 1800 MPa, dan peningkatan plastisitas kompresi lebih dari 30% pada suhu ruang, yang semuanya dapat menampilkan karakteristik mekanis yang diinginkan [57]. Baru-baru ini, sebuah karya menarik melaporkan pemanfaatan paduan berbasis magnesium seperti AZ31, AZ61, AZ80, dan paduan MgeLi untuk pembuatan profil kedirgantaraan berdinding tipis. Hal ini bertujuan untuk membuat berbagai macam bentuk penampang rumit yang penting bagi sektor penerbangan untuk produk ekstrusi ringan guna menghemat energi, biaya, dll. Dengan mengurangi berat pesawat, kemampuan untuk menunjukkan material dan parameter pemrosesan yang optimal telah ditunjukkan [58]. Shao dkk. mengembangkan serangkaian sistem paduan entropi Al-Mg, dan pemeriksaan mendalam dilakukan untuk memperkenalkan material inovatif. Masing-masing paduan ditemukan memiliki densitas rendah antara 2,64 dan 2,75 g/cm³, yang lebih rendah densitasnya dibandingkan paduan titanium pada umumnya (4,5 g/cm³). Paduan entropi tinggi ringan yang dikembangkan memiliki kuat tekan tinggi lebih dari 500 MPa pada suhu ruang [59].
Komposit sedang dipertimbangkan dalam industri transportasi untuk menciptakan kendaraan yang lebih ringan, lebih aman, dan lebih hemat bahan bakar. Telah terbukti bahwa komposit polimer yang diperkuat serat, khususnya plastik yang diperkuat serat karbon (CFRP), dapat mengintegrasikan semua sifat ini secara lebih efektif daripada jenis komposit lainnya. Penggunaannya yang luas dalam komponen pesawat, yang mencakup hampir 50% dari massa struktural pesawat terbang terbaru, menjadi buktinya. Material tersebut memanfaatkan matriks polimer yang fleksibel serta kekakuan spesifik dan kekuatan serat mikro/nano kontinu yang sangat baik, yang keduanya sangat ringan [61]. Komposit ringan yang disebut busa sintaksis mencakup partikel berongga yang tersebar di seluruh matriks. Material yang lebih ringan ini sering digunakan dalam aplikasi yang beratnya menjadi masalah, seperti kapal laut, konstruksi pesawat terbang, dan isolasi termal pipa. Busa polimer yang diperkuat logam telah menunjukkan perlindungan interferensi elektromagnetik yang tinggi pada kepadatan yang cukup rendah [62]. Untuk membuat komponen ringan untuk pesawat terbang seperti panel pintu dan kemudi, komposit yang diperkuat serat alami telah menjadi sangat populer. Karena karakteristik termal, mekanis, dan biodegradabilitasnya yang luar biasa, komposit berbasis nanopartikel (NBC) yang terbuat dari matriks polimer yang diperkuat serat alami banyak digunakan di berbagai industri. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3, NBC banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan, otomotif, pengemasan, militer, konstruksi, angkatan laut, olahraga, kedokteran, dan blok bangunan untuk mencapai kemampuan yang luar biasa [63].
Penggunaan basalt sebagai material coating baja/besi tahan karat untuk aplikasi di industri pertahanan merupakan topik yang menarik dan inovatif. Basalt, yang merupakan batuan vulkanik alami, semakin dikenal sebagai material yang kuat, tahan korosi, tahan panas, dan relatif ekonomis (Vivek et al, 2024). Material ini dapat digunakan untuk melapisi baja atau besi agar memiliki sifat yang lebih baik dalam menghadapi lingkungan ekstrem, seperti korosi, suhu tinggi, dan paparan kimia. Berikut adalah gambaran lebih detail tentang pengembangan basalt sebagai material coating untuk baja/besi dalam pembuatan alat pertahanan (Chen et al, 2024).
Bidang fotonika dan fisika kuantum memberikan kontribusi signifikan dalam pengembangan nanoteknologi dan material untuk aplikasi pertahanan, keamanan, dan satelit. Fotonika memungkinkan terciptanya sistem komunikasi yang cepat dan aman, sensor berkinerja tinggi, serta teknologi stealth. Sementara itu, fisika kuantum membuka peluang untuk komunikasi yang tidak dapat disadap, sensor presisi tinggi, dan komputasi yang revolusioner. Sinergi antara kedua bidang ini akan terus mendorong inovasi teknologi yang mendukung kebutuhan strategis nasional di era modern.
Dengan melihat perkembangan riset dan inovasi pada bidang nanoteknologi dan material yang sedemikian pesatnya, khususnya pada aplikasi pertahanan, keamanan, dan satelit maka perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut khususnya untuk menjaga kedaulatan nasional.
Klaster ini melingkupi tema sebagai berikut:
- Komposit Ringan dan Kuat untuk Aplikasi Alutsista
- Teknologi Material untuk Optimasi Bahan Bakar dan Sistem Energi
- Material dan Penginderaan Kuantum
- Material Cat Anti-Deteksi Radar dan Self-Healing
- Penumbuhan Kristal Tunggal dan Lapisan Tipis
- Peralatan untuk Deposisi atau Karakterisasi Material
- Riset Metodologi Menggunakan Alat-alat Besar BRIN
