ZAP // Dall-E-2
Penelitian baru telah menemukan pengaruh medan magnet terhadap pergerakan karbon, yang memungkinkan pembuatan baja lebih efisien dan murah. Pendekatan ini juga dapat diterapkan pada material lain.
Para peneliti di Universitas Illinois Urbana-Champaign telah mengidentifikasi mekanisme fisik rinci pertama yang dapat menjelaskannya bagaimana medan magnet melambat pergerakan atom karbon dalam besi.
Penemuan itu, diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters, menyoroti fenomena yang telah diamati selama beberapa dekade namun tidak pernah sepenuhnya dipahami, dan dapat mengarah pada produksi baja yang lebih efisien dalam istilah energi.
Baja, paduan besi dan karbon, adalah salah satu bahan konstruksi yang paling banyak digunakan di dunia. Kekuatan dan daya tahannya sangat bergantung pada struktur butiran internalnya, yang umumnya dikontrol melalui proses perlakuan panas yang memerlukannya suhu yang sangat tinggi dan mengonsumsi energi dalam jumlah besar. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah mengetahui bahwa penerapan medan magnet selama perlakuan panas dapat meningkatkan kinerja baja, namun alasannya masih belum jelas.
“Penjelasan sebelumnya paling bersifat fenomenologis,” kata Dallas Trinkle, penulis senior studi tersebut dan Profesor Sains dan Teknik Material Ivan Racheff. “Tidak ada sesuatu pun yang bersifat prediksi tentang merekayang membatasi kegunaannya untuk pengembangan material baru.”
Untuk melampaui teori berdasarkan observasi, penulis mengusulkan untuk mengidentifikasi penjelasan yang terukurberdasarkan fisika. Dengan dukungan dari Departemen Energi AS, tim ini fokus pada bagaimana atom karbon berdifusi melalui besi pada skala atom ketika terkena medan magnet, jelasnya. Harian SciTech.
Dalam baja, atom karbon ada di dalam “kandang” oktahedral kecil dibentuk oleh atom besi disekitarnya. Para peneliti menggunakan simulasi komputer canggih untuk memodelkan bagaimana karbon berpindah di antara kandang-kandang ini dalam kondisi magnet dan suhu yang berbeda. Para ilmuwan juga menggunakan teknik yang dikenal sebagai spin-space averaging, yang memungkinkan mereka mensimulasikan perilaku “putaran” magnetik atom besi.
Atom besi dapat bersifat feromagnetik dan memiliki putaran yang sejajar atau paramagnetik, yang orientasi putarannya lebih acak. Simulasi mengungkapkan bahwa ketika tatanan magnet meningkat dan putarannya sejajar, penghalang energi untuk difusi karbon juga meningkat. Dalam praktiknya, a keselarasan magnet yang lebih kuat menghambat pergerakan atom karbon.
“Ketika putarannya lebih acak, sangkar menjadi lebih isotropik dan terbuka,” jelas Trinkle. “Hal ini memberi karbon lebih banyak ruang untuk bergerak. Tatanan magnet justru sebaliknya.”
Penemuan ini memberikan penjelasan kuantitatif pertama tentang bagaimana medan magnet mempengaruhi difusi karbon menjadi besi. Penting untuk digarisbawahi bahwa efeknya adalah terkuat di dekat suhu Curiedi mana besi bertransisi antara keadaan magnetis dan menjadi sangat sensitif terhadap medan magnet eksternal.
Implikasinya bisa sangat signifikan. Dengan menggunakan medan magnet untuk mengontrol pergerakan karbon, produsen mungkin dapat mencapai sifat baja yang diinginkan pada suhu yang lebih rendah, mengurangi konsumsi energibiaya dan emisi karbon. Trinkle juga percaya bahwa pendekatan ini dapat diperluas ke paduan dan material lainnya.
“Sekarang kita bisa melakukan perhitungan nyata, kita bisa mulai memikirkan rekayasa paduan dengan lebih cerdas,” katanya. “Ini bisa berarti mengoptimalkan baja yang ada atau bahkan merancang komposisi kimianya liga yang benar-benar baru”.
