Piezoelektrik
Kata piezoelektrik berasal bahasa Latin, piezein yang berarti diperas atau ditekan dan
piezo yang bermakna didorong. Bahan piezoelektrik ditemukan pertama kali pada tahun 1880‐an oleh Jacques dan Pierre Curie.
Kata piezo berarti tekanan, sehingga efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik
tebentuk ketika material dikenai tekanan mekanik.
Piezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah
gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada
permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan
listrik pada sel sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada
rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton.
Efek
Piezoelektrik
Efek
piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk
ketika material dikenai tekanan mekanik. Pada saat medan listrik melewati material,
molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole
yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Penyesuaian
molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi. Fenomena tersebut dikenal
dengan electrostriction.
Bahan
Piezoelektrik
Bahan
piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan
listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan
listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan
mekanis. Bahan piezoelektrik alami diantaranya: Kuarsa (Quartz, SiO2),
berlinite, turmalin dan garam rossel. Bahan piezoelektrik buatan diantaranya:
Barium titanate (BaTiO3), Lead zirconium titanate (PZT), Lead titanate (PbTiO3)
dsb.
Bahan Piezoelektrik terbentuk oleh keramik yang terpolarisasi
sehingga beberapa bagian molekul bermuatan positif dan sebagian yang lain
bermuatan negative membentuk elektroda‐elektroda
yang menempel pada dua sisi yang berlawanan dan menghasilkan medan listrik
material yang dapat berubah akibat gaya mekanik. Pada saat medan listrik melewati
material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik,
dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul atau struktur Kristal materi.
Penyesuaian molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi. Fenomena ini
disebut electrostriction (efek
piezoelektrik).
Pemanfaatan
bahan piezoelektrik :
1. Penghasil listrik tegangan tinggi
Bahan piezoelektrik dapat
menghasilkan beda potensial hingga ribuan volt sehingga banyak digunakan
sebagai sumber tegangan tinggi. Salah alat yang bekerja dengan prinsip ini
antara lain:
Electric cigarette lighter: pressing the button
causes a springloaded hammer to hit a piezoelectric crystal, producing a sufficiently
high voltage electric current that flows across a small spark gap, thus heating
and igniting the gas. The portable sparkers used to light gas grills or stoves
work the same way, and many types of gas burners now have built‐in
piezo‐based
ignition systems.
2. Transduser
Transduser
adalah alat yang mengubah suatu bentuk energy kedalam bentuk energi yang lain.
Transduser ultrasonic mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dalam bentuk
suara dan sebaliknya. Transduser akan mengeluarkan gelombang ultrasonik dengan
frekuensi di atas 20 kHz. Transduser ultrasonik 40 kHz akan membangkitkan gelombang
dengan frekuensi 40 kHz, transduser akan aktif jika diberi sinyal dengan
frekuensi dengan 40 kHz. Transduser ultrasonik terdiri atas dua macam yaitu
pengirim (transmitter) Tx dan penerima (receiver) Rx. Transduser ultrasonik
terbuat dari material piezoeletrik, yaitu terbuat dari material quartz (SiO3)
atau barium titanat (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan listrik pada saat
material berubah bentuk atau dimensinya sebagai akibat gaya mekanik.
Beberapa transduser yang bekerja menggunakan bahan
piezoelektrik antara lain:
·
Piezoelectric elements are also used in
the detection and generation of sonar waves.
·
Power monitoring in high power
applications (e.g. medical treatment, sonochemistry and industrial processing).
·
Piezoelectric microbalances are used as
very sensitive chemical and biological sensors.
·
Piezos are sometimes used in strain
gauges.
·
Piezoelectric transducers are used in electronic
drum pads to detect the impact of the drummer's sticks.
Kelebihan
Piezoelektrik
Elemen piezoelektrik mempunyai beberapa kelebihan
penting dibandingkan mekanisme sensing yang lain. Pertama dan yang utama adalah
fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu
elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu
aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti piezoelektrik sangat
berguna. Tambahan lagi, efek piezoelektrik memiliki hokum penyekalaan yang
menarik sehingga bermanfaat pada piranti yang kecil.
Kekurangan
Piezoelektrik
Piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada
sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada
suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan pada piezoelektrik setelah diberikan
suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada
resistansi kebocorannya. Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena
efek ini, piezoelektrik kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static
seperti berat suatu benda.
Aspek penting lainnya dalam penggunaan piezoelektrik
adalah adanya kenyataan bahwa material piezoelektrik dibuat melalui proses kristalisasi
kisi‐kisi
(laticce) dalam susunan tertentu.
Hal
tersebut dilakukan dengan memanskan Kristal sampai diatas suhu Curie sambil menerapkan
tegangan pada elektrodanya. Jika kristal telah dipanaskan mendekati suhu Curie,
material tersebut dapat menjadi “ de pole “ yang dapat menghasilkan pengurangan
sensitifitas piezoelektrik. Untuk beragam material, suhu curie ini berada
antara 50 – 600 ° C. Pemanasan dibawah suhu Curie dapat membatasi penggunaan
sensor ini. Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya
hanya bagus untuk sinyal yang berubah‐ubah
terhadap waktu. Sensing piezoelektrik tidak dapat beoperasi untuk aplikasi‐aplikasi
yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian, jika
ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada
penggunaan elemen sensing piezoelectric.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar