8.4 - Bahan Komposit dan Kepentingannya

Maksud dan Struktur Bahan Komposit

• Bahan komposit menggabungkan dua atau lebih bahan bukan homogen, iaitu bahan matriks dan bahan pengukuhan.
• Bahan matriks mengelilingi dan mengikat bahan pengukuhan.
• Kedua-dua komponen mempunyai sifat fizik atau kimia yang berlainan. Gabungannya menghasilkan bahan komposit yang bersifat lebih baik daripada komponen asal.
• Kayu ialah bahan komposit semula jadi: lignin menjadi bahan matriks yang mengelilingi gentian selulosa sebagai bahan pengukuhan.
• Gigi ialah bahan komposit yang terdiri daripada hidroksiapatit dan kolagen.

Contoh dan Kegunaan

Bahan komposit dan komponennya	Kegunaan dan ciri penting
Konkrit diperkukuhkan: matriks konkrit dengan tetulang keluli atau jejaring dawai	Jambatan, empangan dan bangunan
Kaca gentian: matriks plastik yang diperkukuh dengan gentian kaca	Topi keledar, bampar kereta dan papan litar tercetak
Gentian optik: teras gentian kaca silika (bahan pengukuhan), salutan kaca atau plastik (bahan matriks), dan jaket pelindung plastik (bahan matriks)	Menghantar maklumat dan data sebagai cahaya melalui satu siri pantulan dalam penuh; digunakan dalam kamera video dan Rangkaian Kawasan Setempat (LAN)
Kaca fotokromik: matriks kaca dengan argentum klorida, $\mathrm{AgCl}$, dan kuprum(I) klorida, $\mathrm{CuCl}$, sebagai bahan pengukuhan	Tingkap kereta, tingkap bangunan dan kanta kamera; melindungi pengguna daripada sinaran ultraungu (UV)
Superkonduktor seramik YBCO	Magnet superkonduktor untuk pemecut zarah, mesin resonans magnet nukleus (NMR) dan mesin pengimejan resonans magnetik (MRI)

Gentian optik

• Teras dan salutan mempunyai indeks biasan yang berlainan. Ini membolehkan penghantaran data berkapasiti tinggi yang tidak terjejas oleh gangguan elektromagnet.

Kaca fotokromik

• Cahaya matahari menyebabkan atom argentum, $\mathrm{Ag}$, terbentuk lalu menghalang cahaya; kaca menjadi gelap.
• Dalam keadaan malap, $\mathrm{CuCl}$ memangkinkan proses berbalik dan kaca menjadi lut sinar semula.

Superkonduktor

• Itrium barium kuprum oksida (YBCO) ialah bahan komposit seramik yang memiliki sifat superkonduktiviti.
• Komponen asalnya ialah itrium(III) karbonat, kuprum(II) karbonat, barium karbonat dan oksigen.
• Magnetnya ringan dan menghasilkan daya magnet yang sangat kuat.

Perbandingan dengan Komponen Asal

Bahan komposit	Perbandingan dengan komponennya
Konkrit diperkukuhkan	Konkrit mempunyai kekuatan mampatan tinggi, kekuatan regangan rendah dan tahan kakisan. Tetulang keluli berkekuatan regangan tinggi tetapi mudah berkarat. Komposit mempunyai kekuatan mampatan dan regangan yang tinggi serta tahan kakisan.
Kaca gentian	Plastik lemah, lembut dan mudah terbakar; plastik berkekuatan regangan rendah, mempunyai kekonduksian haba/elektrik rendah, tahan kakisan dan tahan lasak. Gentian kaca berkekuatan regangan tinggi dan juga berkonduktiviti rendah. Komposit berkekuatan regangan tinggi, menebat haba dan elektrik, tahan kakisan serta tahan lasak.
Gentian optik	Plastik fleksibel dan berkekuatan mampatan tinggi; gentian kaca keras dan rapuh tetapi berkekuatan mampatan rendah. Komposit bersifat fleksibel dan berkekuatan mampatan tinggi.
Kaca fotokromik	Kaca lut sinar, tidak menyerap sinaran UV dan tidak peka cahaya. $\mathrm{AgCl}$ melalukan cahaya nampak, menyerap sinaran UV dan peka terhadap cahaya. Komposit kekal lut sinar, menyerap sinaran UV dan mengubah penyerapan sinaran UV mengikut keamatan cahaya.
Superkonduktor YBCO	Komponen asal mempunyai rintangan elektrik tinggi pada suhu bilik; komposit tidak mempunyai rintangan elektrik pada suhu yang sangat rendah.

Penggunaan Semula dan Kitar Semula Kertas

• Mengitar semula 1 tan kertas setiap tahun menjimatkan 7000 gelen air, 4200 kilowatt-jam tenaga dan 17 batang pokok.
• Surat khabar lama boleh digunakan semula untuk membuat bakul, pemegang beg dan barangan papier-mâché.