Karakterisasi Smart Material

Polyvinylidene Fluoride (PVDF)

sebagai Transduser Piezoelektrik

Oleh:

Dwi Prananto - 2405 100 035

Dosen Pembimbing:

Lizda Johar Mawarani, ST, MT. - 132 176 985

sebagai Transduser Piezoelektrik

LATAR BELAKANG

• Dibutuhkannya material sensor yang bersifat

ringan, fleksibel, yields strain yang cukup tinggi,

cukup kuat menahan tumbukan yang keras serta

mudah dalam hal penanganannya (easy handling)

– Sports engineering, structural engineering, – Sports engineering, structural engineering,

mechanical engineering

• Kelemahan-kelemahan Piezomaterial berbasis

keramik – PZT, Barium Titanate

• Memahami karakter PVDF � Optimasi dan

desain sensor

TUJUAN

• Mengetahui karakteristik smart material PVDF sebagai transduser piezoelektrik

� Elektro-mekanik dan pyro-elektrik

• Mampu memberikan tanggapan terhadap

perubahan lingkungan dalam bentuk

perubahan yang signifikan terhadap satu atau

Smart Material

perubahan yang signifikan terhadap satu atau

lebih propertinya.

o Shape memory alloys, magnetostrictive materials,

electrorheological/magnetorheological fluids dan

PIEZOELECTRIC Materials

PVDF

Polyvinylidene FluorideCC

H

F

F n

H

•Properti:

oElastik

oFleksibel

oHigh Impact

oChemically Inert

oEasy handling

( ( ( ( Polar ββββ-phase)

oHigh Impact

impedance

Efek Piezoelektrik PVDF

F

Efek Piezoelektrik

Sumbu

Pengutuban

(a) (b) (c)

(e) (f)(d)

METODOLOGI

Material PVDF:

o 3 macam luasan: (2 x

0,7) cm2, (3,5 x 1,5) cm2,

dan (6,5 x 1,5) cm2dan (6,5 x 1,5) cm

o@ 2 ketebalan: 80 µµµµm

dan 110 µµµµm

METODOLOGI

• Perlakuan I

o Perlakuan Lekuk (bend treatment)

• Perlakuan II

Proses karakterisasi

• Perlakuan II

o Perlakuan tumbuk (impact treatment)

• Perlakuan III

o Penerapan tegangan listrik

• Perlakuan IV

o Perlakuan terhadap sumber panas

Perlakuan IV

• Eksperimen A

• Eksperimen B

• Eksperimen C

• Eksperimen DA

Sumber panas:

Tubuh manusia � λ = 8 – 14 µm

• Eksperimen D

CB D

Sistem akuisisi data

Charge Charge

Amp.

PVDF Film

HASIL DAN ANALISA

Perlakuan Io(2 x 0,7) cm2o 3,5 x 1,5 cm2o 6,5 x 1,5 cm2

80 µµµµm 110 µµµµm

Perlakuan II

2 x 0,7 cm2 3,5 x 1,5 cm2

Perlakuan III

6,5 x 1,5 cm2

Perlakuan IV

80 µµµµm 110 µµµµmEksperimen A

Eksperimen B

Arah 2 x 0,7 cm2 3,5 x 1,5 cm2 6,5 x 1,5 cm2

80 µm 110 µm 80 µm 110 µm 80 µm 110 µm

1 y = -4E-08x2

+ 8E-07x + 0,001

y = -6E-09x2

- 6E-08x + 0,001

y = 2E-08x2 -8E-07x +

0,001

y = -4E-08x2

+ 1E-06x + 0,001

y = 7E-09x2

+ 3E-07x + 0,001

y = 3E-08x2 -7E-07x +

0,001

2 y = 4E-08x2 -8E-07x +

y = -7E-11x2

+ 3E-07x + y = -3E-09x2

- 1E-07x + y = -2E-08x2

+ 4E-07x + y = -1E-09x2

+ 8E-07x + y = -7E-08x2

+ 1E-06x +

Eksperimen CEksperimen D

8E-07x + 0,001

+ 3E-07x + 0,001

- 1E-07x + 0,001

+ 4E-07x + 0,001

+ 8E-07x + 0,001

+ 1E-06x + 0,001

3 y = -5E-08x2

+ 1E-06x + 0,001

y = -2E-08x2

+ 5E-07x + 0,001

y = -1E-07x2

+ 2E-06x + 0,001

y = -5E-08x2

+ 9E-07x + 0,001

y = -5E-08x2

+ 1E-06x + 0,001

y = -1E-07x2

+ 4E-06x + 0,001

4 y = -5E-08x2

+ 7E-07x + 0,001

y = -5E-08x2

+ 1E-06x + 0,001

y = 5E-08x2 -1E-06x +

0,001

y = -3E-08x2

+ 1E-06x + 0,001

y = -1E-07x2

+ 1E-06x + 0,001

y = -2E-08x2

+ 6E-08x + 0,001

5 y = 5E-08x2 -7E-07x +

0,001

y = 4E-08x2 -5E-07x +

0,001

y = 2E-07x2 -5E-06x +

0,001

y = 9E-08x2 -1E-06x +

0,001

y = 1E-08x2

+ 2E-06x + 0,001

y = 6E-08x2 -3E-06x +

0,001 80 µµµµm 110 µµµµm80 µµµµm 110 µµµµm

Kesimpulan

• PVDF film dengan ketebalan 80 µm memberikan respon yang baik terhadap pelekukan atau peregangan, terutama ke arah dimana elektroda negatif menghadap.

• PVDF film dengan ketebalan 110 µm dan luasan yang lebih besar memberikan respon yang lebih baik terhadap perlakuan tumbukan.

• Penerapan tegangan listrik pada PVDF film memberikan hasil yang linier dengan defleksi sebesar 1 mm setiap 100 volt DC.linier dengan defleksi sebesar 1 mm setiap 100 volt DC.

• PVDF film memiliki respon dan sensitivitas yang cukup baik terhadap sumber panas berupa tubuh manusia yang bergerak dan meniliki respon yang kurang baik terhadap sumber panas yang konstan. PVDF film dengan ketebalan 80 µm memiliki respon dan sensitivitas yang lebih baik terhadap sumber panas yang bergerak dan PVDF dengan luas penampang yang besar (6,5 x 1,5 cm2) memiliki sensitivitas yang paling rendah diantara ketiga macam luasan.

TERIMA KASIHTERIMA KASIHTERIMA KASIHTERIMA KASIH

Characterization

• Character: all those qualities that make a thing different from others.

• Characterize (pencirian): to investigate and show the character of a material.show the character of a material.

• Characterization: the activities of characterizing.

(Dr. Jingshen WU, Dept. of Mechanical Engineeering, The Hongkong University of Science and Technology)

Characterization

• Characterization, when used in materials

science, refers to the use of external

techniques to probe into the internal structure

and properties of a material. Characterization and properties of a material. Characterization

can take the form of actual materials testing,

or analysis, for example in some form of

microscope. (Wikipedia)

Characterization

Characterization describes those feature of

the composition and structure (including

defect) of material that are significant for

particular preparation, study of properties, or particular preparation, study of properties, or

use, and suffice reproduction of material.

(Materials Advisory Board,National Academy of

Sciences)

( ( ( ( Polar ββββ-phase)

((((Unpolar αααα-phase)

Charge Amplifier

Time Constant

Charge Amplifier

τ= 4,7 detik

fc = 0,034 Hz

• Eksperimen A

Ketebalan Luas Permukaan

2 x 0,7 cm2 3,5 x 1,5 cm2 6,5 x 1,5 cm2

80 µm y = 2E-08x2 -3E-06x + 0,001

y = 2E-08x2 - 2E-06x + 0,001

y = 2E-08x2 - 2E-06x + 0,001

• Eksperimen C

110 µm y = 1E-08x2 -1E-06x + 0,001

y = 2E-08x2 - 2E-06x + 0,001

y = 1E-08x2 - 1E-06x + 0,001

Jalur Ketebalan

80 µm 110 µm

1 y = 3E-06x2 - 6E-05x + 0,001

y = 3E-07x2 - 6E-06x + 0,001

2 y = 2E-07x2 - 6E-06x + 0,001

y = 8E-08x2 - 3E-06x + 0,001

3 y = 1E-07x2 - 6E-06x + 0,001

y = 1E-09x2 - 3E-07x + 0,001

• Eksperimen D

Jalur Ketebalan

80 µm 110 µm

1 y = 1E-06x2 - 2E- y = 2E-06x2 - 2E-1 y = 1E-06x2 - 2E-05x + 0,001

y = 2E-06x2 - 2E-05x + 0,001

2 y = 6E-07x2 - 2E-05x + 0,001

y = 1E-06x2 - 6E-06x + 0,001

3 y = -2E-07x2 - 8E-06x + 0,001

y = 7E-07x2 + 3E-07x + 0,001

PCSC data Acquisition

[5] Nacapricha, D., Amornthammarong, N., Sereenonchai, K., Anujarawat, P., Wilairat, P. “Low cost telemetry with PC Sound Card for Chemical Analysis Applications,” Flow Innovation-Research for Science and Technology Laboratory (FIRST Laboratory), Department of Chemistry, Faculty of Science, Mahidol University, Bangkok, Thailand, June 2006.

[6] Chandra, S. dan Ismail, Abu Bakar Md., “PC Sound Card-Based Simple Instrument for the Potentiometric Sensors,” Sensors and Actuators A 154 (2009) 65–68, November 2008.(2009) 65–68, November 2008.

[7] Mandaji, M., Buckup, T., Rech, R., Correia, R. R. B., Kist, T. L., “Performance of a Sound Card as Data Acquisition System and a Lock-in Emulated by Software in Capillary Electrophoresis,” Talanta 71 (2007) 1998–2002, October 2006.

[8] Bansal, D., Khan, M., Salhan, A. K., “A Computer Based Wireless System for Online Acquisition, Monitoring and Digital Processing of ECG wave,” Computers in Biology and Medicine 39 (2009) 361 – 367, January 2009.

Kecil 80 mikron

Kecil 110 mikron

Sedang 80 mikron

Sedang 110 mikron

Besar 80 mikron

Besar 110 mikron