SEJARAH ILMU DAN TEKNOLOGI MATERIAL

Ilmu material atau bahan sebenarnya sangat berperan penting dalam perkembangan peradaban kita selama ini. Transportasi, perumahan, pakaian, komunikasi, rekreasi, dan produksi makanan, bahkan setiap sudut dalam kehidupan sehari-hari kita, tidak pernah lepas dari pemanfaatan material beserta teknologinya.

Material – material mengkonduksi atau menginsulasi panas dan listrik, menerima pembebanan tanpa mengalami kerusakan, menerima atau menolak gaya magnet, mentransmisikan atau memantulkan cahaya, dan lain sebagainya, dalam aplikasi – aplikasi yang spesifik dalam kehidupan kita saat ini. Material – material baru dengan karakteristiknya yang lebih spesifik terus dikembangkan dalam upaya untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia modern yang semakin kompleks.

Sejarah menunjukkan bahwa perkembangan dan kemajuan masyarakat kita selama ini ditunjukkan dengan kemampuannya untuk menghasilkan dan memanipulasi material. Perkembangan peradaban kita memang terbagi berdasarkan tingkat perkembangan teknologi material yang dikuasai oleh manusia dari zaman ke zaman. Kita kemudian mengenal beberapa istilah, seperti zaman batu dan zaman logam. Zaman logam, lebih spesifik lagi, terbagi ke dalam zaman perunggu dan zaman besi. Pada zaman batu manusia memiliki kemampuan mengolah material yang lebih terbatas, dimana hanya tergantung dari ketersedian material yang ada di permukaan bumi secara alami, misalnya : batu, lempung, kulit hewan, tulang dan lain sebagainya.

Peningkatan kemampuan manusia dalam menguasai teknik pengolahan material menjadikan manusia kemudian mampu memproduksi perlengkapan – perlengkapan berbasis material yang lebih baik. Manusia menemukan bahwa terdapat material – material dalam perut bumi atau dari batu meteor, yang apabila diolah akan punya sifat yang lebih baik dibandingkan material – material yang ada di permukaan.

Melalui pemikiran ini, manusia kemudian mulai menguasai teknik pembuatan berbagai peralatan barbasis logam yang kemudian memunculkan era penggunaan logam. Pada era ini terdapat tujuh jenis logam yang diyakini telah dikembangkan pada peradaban awal manusia yaitu emas, perak, tembaga, besi, timah putih (tin), timah hitam (lead), dan Air raksa (mercury). Alasan mengapa tujuh logam ini dikenal oleh peradaban awal karena secara alami logam – logam tersebut terdapat dalam bentuk yang lebih “bebas” di alam atau terkandung secara dominan pada mineralnya sehingga secara sederhana mampu diolah.

Emas, diyakini sebagai logam yang paling pertama kali dikenal, banyak dimanfaatkan sebagai bahan perhiasan. Tembaga telah dikenal pada masa sekitar 4700 SM dan digunakan secara luas sebagai bahan persenjataan dan berbagai peralatan sehari – hari oleh bangsa Mesopotamia, Mesir, Yunani, Bolivia, dan Romawi, serta penduduk China dan India. Perak telah dikenal semenjak sekitar 4000 SM dan digunakan secara luas, bersama – sama dengan emas sebagai alat tukar perdagangan (uang koin) dunia. Timah hitam mulai digunakan sekitar tahun 3500 SM. Karena kemudahannya dibentuk, kekaisaran Romawi menggunakan material logam ini sebagai pelaratan makan, minum, pipa, dan akuaduk. Timah putih ditemukan sekitar tahun 1750 SM oleh bangsa Mesir dan seringkali dipadukan dengan tembaga untuk tujuan dekoratif dan untuk meingkatkan kekerasan dan kekuatan tembaga.

Bangsa Skandinavia menemukan cara yang sederhana untuk mengekstraksi besi dari bijih besi. Mereka mengetahui bahwa pada pembakaran bijih besi terbentuk endapan lelehan besi yang ditemukan pada dasar lubang pembakaran. Penemuan material besi inlah yang kemudian mengawali dimulainya era pengunaan material berbasis besi secara besar – besaran pada awal tahun Masehi. Dalam waktu singkat kemudian manusia memanfaatkan mineral yang kaya kandungan besi sebagai bahan pembuatan peralatan – peralatan berbasis besi. Manusia juga mengetahui cara meningkatkan kuatitas besi yang dihasilkan dengan meningkatkan temperatur pemanasan bijih besi melalui pemanfaatan angin buatan. Dari sini muncullah ilmu metallurgi ekstraksi konvensional, yang mendasari pemikiran lebih lanjut mengenai proses pemisahan unsur logam dari mineralnya. Proses pereduksian bijih besi ini diyakini ditemukan oleh peradaban Cina sekitar tahun 2000 SM.

Jenis logam yang unik dimana juga termasuk ke dalam kelompok logam – logam yang dikembangkan pada awal sejarah peradaban manusia adalah Air raksa (mercury) yang ditemukan sekitar tahun 1600 SM dimana kemudian disebut oleh manusia pada masa itu sebagai quicksilver. Hal tersebut dikarenakan Air raksa merupakan satu – satunya logam yang dalam keadaan kondisi ruang (atmosfer), selalu stabil dalam bentuk cair.

Dalam perkembangannya, semakin lama, keberadaan logam – logam dalam kuantitas yang besar semakin langka. Tembaga menjadi sulit ditemukan dalam kondisi bebas di alam. Bijih besi yang berkadar besi tinggi semakin jarang ditemukan. Hal ini mengakibatkan biaya pengadaan material semakin tinggi. Karena semakin terbatasnya ketersediaan material yang ada di alam, kemudian muncul pemikiran untuk memanfaatkan material secara lebih efektif dan efisien. Penggunaan bahan secara efektif dan efisien ini menuntut adanya penguasaan pengetahuan terhadap sifat – sifat material, kemungkinan penggunaan material – material alternatif, dan variasi proses perlakuan terhadap material yang dapat digunakan untuk mencapai karakteristik material yang dibutuhkan. Tuntutan yang tinggi terhadap kreatifitas manusia kemudian meningkatkan kemampuan manusia dalam pemilihan dan penggunaan bahan guna memproduksi produk – produk berbasis material dengan sifat – sifat yang sesuai kebutuhan serta dengan biaya yang lebih minimal baik dari sisi proses maupun pengadaan materialnya. Lebih jauh lagi, manusia kemudian mengetahui bahwa kemampuan material dapat ditingkatkan sesuai dengan yang diinginkan melalui serangakaian proses perlakuan panas, atau pemaduan dengan material lainnya.

Lahirnya revolusi industri berdampak pada peningkatan kebutuhan dan konsumsi material dimana juga meningkatkan pengembangan teknologi pengolahan material. Perkembangan pengetahuan dan teknologi material ini semakin meningkat secara drastis semenjak para ilmuwan mengetahui tentang adanya hubungan antara struktur, komposisi dan sifat fisis material. Pengetahuan tersebut baru diperoleh semenjak sekitar seratus tahun lalu, dimana kemudian memberikan kemampuan kepada manusia terhadap cara baru, dan tingkatan yang lebih tinggi dalam memanipulasi sifat material. Dari sini kemudian tercipta berbagai jenis teknologi manipulasi material, yang memberikan kesempatan pada perkembangan yang lebih jauh lagi dalam penggunaan material – material alternatif pada aplikasi teknik, yang termasuk di dalamnya logam, keramik, plastik, dan serat.

Perkembangan sejumlah teknologi yang membuat hidup kita semakin praktis dan nyaman akan selalu berhubungan dengan kemampuan mengakses pemanfaatan material tepat guna. Sebuah kemajuan dalam pemahaman terhadap tipe – tipe material seringkali merupakan suatu awalan atau pioner dalam terciptanya teknologi – teknologi baru. Sebagai contoh, dunia otomotif tidak akan mengalami perkembangan seperti sekarang ini tanpa adanya ketersediaan baja yang murah atau beberapa bahan pengganti alternatif lainnya. Industri penerbangan akan mengalami kesulitan berkembang tanpa adanya penemuan pemanfaatan material – material berbasis alumunium yang lebih ringan. Sedangkan pada era informasi seperti sekarang ini, peralatan komunikasi elektronik yang canggih tergantung pada komponen – komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor. Hal inilah yang menjadikan penguasaan ilmu dan teknologi material merupakan hal yang sangat penting dalam upaya terus meningkatkan kualitas hidup manusia di masa depan.

Referensi

1. Callister Jr., William D. 2007. Material Science and Engineering : An Introduction 7th edition). New York : John Willey & Son, Inc
2. Neely, John E., et all. 2003. Practical Metallurgy and Materials of Industry. New Jersey : Prentice Hall
3. Ashby, Michael et all. 2007. Materials Engineering, Science, Processing and Design. Oxford : Butterworth – Heinemann