Top Banner
MAKALAH MATERIAL CERDAS RESPON DIELEKTRIK: EFEK POLARISASI Disusun oleh : Chusnul Khotimah 2412100029 Vincensius Cahya Dwinanda 2412100034 Jovi Abi Rahman 2412100040 Putria Widya Budiarti 2412100047 JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015
13

Respon Dielektrik- Efek Polarisasi

Nov 19, 2015

Download

Documents

vincensius93

Respon Dielektrik- Efek Polarisasi Smart Material
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • MAKALAH MATERIAL CERDAS

    RESPON DIELEKTRIK: EFEK POLARISASI

    Disusun oleh :

    Chusnul Khotimah 2412100029

    Vincensius Cahya Dwinanda 2412100034

    Jovi Abi Rahman 2412100040

    Putria Widya Budiarti 2412100047

    JURUSAN TEKNIK FISIKA

    FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

    INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

    SURABAYA

    2015

  • DAFTAR ISI

    BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1

    1.1 Latar belakang ............................................................................................................. 1

    1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................................... 1

    1.3 Tujuan.......................................................................................................................... 1

    BAB II DASAR TEORI........................................................................................................... 2

    2.1 Polarisasi pada Material: Respon Dielektrik ............................................................... 2

    2.2 Respon Dielektrik Ferroelektrik .................................................................................. 3

    2.3 Polarisasi Tailoring: Efek Piezoelektrik ...................................................................... 5

    2.4 Polarisasi Tailoring: Efek Piroelektrik ........................................................................ 7

    2.5 Aplikasi Alat dari Material Polar ................................................................................ 7

    BAB III KESIMPULAN........................................................................................................ 10

    3.1 Kesimpulan................................................................................................................ 10

    REFERENSI ........................................................................................................................... 11

  • 1

    BAB I

    PENDAHULUAN

    1.1 Latar belakang

    Dewasa ini perkembangan ilmu pengetahuan semakin maju, apalagi yang berkaitan

    dengan teknologi. Inovasi teknologi terus berkembang pesat, salah satunya adalah ilmu bahan

    atau material. Material sendiri merupakan komponen yang paling penting dalam suatu

    teknologi, pemilihan bahan yang tepat dapat menentukan sifat atau kualitas suatu divais

    ataupun instrumen. Smart material adalah salah satu contoh yang paling sering digunakan

    dalam teknologi informasi modern dalam aplikasi di bidang elektronik, optoelektronik,

    sensor, memori, dan segala jenis divais lainnya. Untuk mengetahui sifat-sifat fisik dari suatu

    jenis smart material entah itu tergolong semikondukor, dielektrik, feroelektrik, dan

    feromagnetik perlu diberikan suatu efek agar mengahasilkan suatu respon yang menentukan

    karekteristik dari suatu material. Selain sifat fisik, ada juga sifat lain dari smart elektronik

    material yang perlu diketahui, seperti transport, polarisasi, magnetik. Respon dielektrik suatu

    bahan ditentukan oleh efek polarisasi dan depolarisasi, selain itu ditentukan oleh metode

    pengukuran frequency domain spectrometer.

    1.2 Rumusan Masalah

    Berikut rumusan yang dibawa dalam penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:

    a. Apa yang dimaksud dengan smart material?

    b. Bagaimana interaksi atau respon suatu jenis smart material jika diberikan suatu efek?

    c. Bagaimana respon dielektrik material terhadap metode pengukuran efek polarisasi?

    1.3 Tujuan

    Adapun tujuan ditulisnya makalah ini mengenai respon dielektrik: efek polarisasi adalah: a. Mengetahui tentang smart material, jenis-jenis, dan sifat-sifatnya

    b. Mengetahui bagaimana interaksi atau respon suatu jenis smart material dielektrik jika

    diberikan suatu efek polarisasi

  • BAB II

    DASAR TEORI

    2.1 Polarisasi pada Material: Respon Dielektrik

    Material solid atau padatan dapat diklasifikasikan dalam beberapa jenis, yaitu insulator,

    semikonduktor, logam. Ketika ada medan listrik mengenai suatu padatan, akan

    mengakibatkan terbentuknya momen dipol dan polarisasi, sehingga efek

    polarisasi(penkutuban) tersebut mempengaruhi repon dielektrik yang mana secara umum

    merupakan fungsi frekuensi. Pengutuban dielektrik , muatan positif bergerak menuju kutub

    negatif medan listrik, sedang muatan negatif bergerak pada arah berlawanan(yaitu kutub

    postif medan listrik). Hal ini menimbulkan medan listrik internal yang menyebabkan jumlah

    keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun. Jika bahan dielektrik

    terdiri dari molekul-molekul yang memiliki ikatan lemah, molekul tidak hanya terkutub,

    namun juga sampai bisa tertata ulang sehingga sumbu simetrinya mengikuti arah medan

    listrik.

  • 2.2 Respon Dielektrik Ferroelektrik

    Di dalam material dengan kation dan anion memungkinkan memiliki struktur Kristal,

    dimana polarisasi dalam material adalah non-zero.

    Gambar 2.1 Skematik dari kurva histeresis pada material ferroelektrik

    Pada gambar 2.1 menunjukkan hysteresis loop khusus untuk bahan ferroelectric.efek

    ferroelectric akan menghilang pada saat suhu tertentu, yang disebut suhu Curie. Bahan

    ferroelectric dapat di klasifikasi kan menjadi 2 kategori : order-disorder, atau displacive.

    Dalam kasus order-disorder polarisasi timbul dari penyusunan ion yang membentuk

    jaringan polarisasi. Sedangkan pada tipe displacive, bentuk kation berpindah dengan

    mengenai anion untuk membentuk jaringan polarisasi. Kristal yang mengandung unsure H

  • sering ditemui pada tipe order-disorder seperti KH2PO4, RbH2PO4, dsb. Sedangkan Kristal

    ion seperti BaTiO3, LiNbO3, GeTe, dsb merupakan tipe displacive.

    Dapat dilihat dari kurva hysteresis dari ferroelectric khusus, sifat polarisasi dari bahan

    dijelaskan dengan polarisasi spontan Ps dan bidang kritis Ec. Pada table 6.1 menunjukkan

    nilai-nilai dari polarisasi spontan dan temperature Curie untuk beberapa ferroelectric. Jika kta

    mengubah nilai dari polarisasi spontan untuk perpindahan ion, maka terlihat perpindahan

    sebesar 0,1 A. jadi didalam Efek ferroelectric ion bergerak dengan fraksi yang signifikan dari

    konstata kisi.

    Tabel 2.1 Daftar beberapa material ferroelektrik dan sifatnya

    Perumusan analisis yang menggambarkan hysteresis loo dapat ditulis. Jika bidang

    meningkat dari nilai negative yang besar untuk nilai positive yang besar (the forward cycle)

    polarisasi dapar dituliskan :

    Dimana Ec disebut bidang coercive. Parameter polarisasi Pr dan Ps disebut sisa dan

    polarisasi spontan, berurutan.

    Untuk respon dielektrik adalah sebagai berikut :

  • 2.3 Polarisasi Tailoring: Efek Piezoelektrik

    Peristiwa polarisasi dalam suatu material dapat dimanfaatkan dalam beberapa cara dalam

    desain perangkat. Polarisasi mempengaruhi konstanta dielektrik sehingga sifat

    elektromagnetik dapat dipengaruhi. Hal ini dapat digunakan untuk membuat perubahan

    tegangan dalam perangkat yang akan digunakan sebagai sensor dan detektor.

    Efek piezoelektrik menggambarkan perubahan polarisasi yang terjadi ketika suatu

    material diberi tegangan, dimana hal tersebut juga bisa terjadi sebaliknya.

    Gambar 2.2 Skema yang menunjukkan bagaimana bahan feroelektrik dengan polarisasi

    net P dapat mengubah polarisasi karena suatu tegangan.

    Pada Gambar. 2.2 ditunjukkan secara skematis bagaimana stres menyebabkan sublattices

    atom dalam kristal bergeser untuk membuat polarisasi net. Polarisasi dapat muncul dalam

    bahan feroelektrik (di mana polarisasi spontan hadir tanpa medan) atau bahan non-

    feroelektrik. Dari total 32 kelompok kristal, 11 memiliki pusat simetri dan tidak

    menghasilkan efek piezoelektrik. Dari sisa 21, 20 melakukan menampilkan efek

    piezoelektrik.

    Dalam aplikasi, efek piezoelektrik dimanfaatkan tergantung pada penghasilan arus dan

    tegangan akibat adanya tegangan, hal tersebut juga berlaku sebaliknya.

  • Gambar 6.12 (a) Mekanisme tegangan dapat menghasilkan arus atau tegangan dari

    bahan piezoelektrik, (b) Proses yang terjadi sebaliknya

    Sifat piezoelektrik dari bahan dijelaskan melalui beberapa parameter respon. Hubungan

    umum antara perpindahan D, stres X, dan medan listrik E, adalah

    dimana d adalah konstanta regangan piezoelektrik (satuan: pC / N) dan x adalah

    konstanta dielektrik di bawah tekanan konstan. Sebaliknya, hubungan antara regangan ,

    medan listrik, dan stres adalah

    di mana sE adalah elastic compliance pada konstanta medan listrik (satuan: m

    2 / N).

    Regangan, tegangan, dan respon dilelektrik dalam benda padat digambarkan oleh tensor

    second rank. Elastic compliance adalah tensor fourth rank. Secara keseluruhan ada beberapa

    tensor dan sejumlah besar parameter dalam keterangan lengkap tentang s, d, e dalam

    persamaan yang diberikan di atas. Namun, karena beberapa simetri terdapat dalam kristal

    secara umum dan khusus, tidak semua komponen tensor yang independen atau non-nol.

    Hubungan antara polarisasi dan tegangan atau antara polarisasi dan regangan dirumuskan

    dalam persamaan berikut,

    Dimana d adalah konstanta piezoelektrik (satuan:mV), X adalah tegangan dan x adalah

    susceptibility (kelemahan). Polarisasi dapat juga dirumuskan dalam hubungannya dengan

    regangan sebagai berikut,

    Dimana e adalah koefisien piezoelektrik (satuan:C/m2)

    Tabel 6.2 Konstanta piezoelektrik untuk beberapa material

  • Dalam sebagian besar aplikasi efek piezoelektrik, regangan dihasilkan oleh sumber

    eksternal (aplikasi sensor regangan) atau medan listrik diterapkan untuk mengubah kristal.

    2.4 Polarisasi Tailoring: Efek Piroelektrik

    Pyroelectric Effect merupakan polarisasi spontan dari sebuah bahan diakibatkan oleh

    perubahan temperatur. Contoh Ferroelectric materials (mempunyai polarisasi spontan yang

    besar) yang memperilhatkan efek tersebut adalah A1N, GaN, dan InN. Berikut merupakan

    proses terjadinya polarisasi spontan diakibatkan oleh perubahan temperatur.

    Aliran listrik pada time interval At digunakan untuk menetralisir muatan pada permukaan dan

    dapat digunakan untuk mendeteksi dan mengukur pyroelectric effect. Berikut merupakan

    persamaan dielectric constant () dihubungkan dengan displacement (D) dan polarisasi.

    Pyroelectric Coefficient P dapat diukur dengan menggunakan persamaan :

    2.5 Aplikasi Alat dari Material Polar

    A. Ferroelectric Memory Ferroelectric memory bekerja menggunakan prinsip dasar pada bahan ferroelectric

    yaitu polarisasinya dapat dibalik dengan perlakuan tertentu dan menghasilkan

  • Ferroelctric Film tipis yang memiliki dua electical state yang stabil. Contoh

    penggunaan Ferroelectric Memory adalah Smart Card.

    B. Strain Sensor & Accelorometer Suatu bahan Piezoelectric yang apabila mengalami regangan (strain) atau

    displacement maka polarisasinya berubah sehingga menghasilkan sinyal voltage yang

    berubah pula. Berikut mekanisme kerja dari strain sensor :

    Ketika plat tipis dibengkokkan maka setengah piringan (plate) akan meregang

    sementara yang setengah yang lain akan terkompresi sehingga tidak ada tegangan

    yang lewat. Tegangan tersebut diukur oleh elektrode yang berada ditengah plate

    tersebut.

    C. Infrared Detection (Pyroelectric Effect) Sebuah Objek akan meradiasiakn gelombang elektromagnetik dengan intensitas dan

    spektral tertentu bergantung pada temperatur benda tersebut. Hal tersebut yang

    mendasari cara kerja dari sebuah infrared detection.

  • Terdapat dua cara untuk mengukur photon dengan wavelength yang panjang, yaitu

    menggunakan material yang memiliki bandgap rendah/sempit, atau menggunakan

    bahan pyroelectric. Namun, dalam kenyataannya, bahan pyroelectric sering

    digunakan untuk infrared detection karena harganya yang lebih murah.

  • BAB III

    KESIMPULAN

    3.1 Kesimpulan

    Kesimpulan yang bisa didapat dari materi mengenai respon dielektrik dan efek polarisasi

    adalah sebagai berikut:

    a. Terdapat beberapa sumber polarisasi pada material yaitu atomik, ionik, dipolar. Setiap

    sumber memiliki frekuensi ketergantungan masing-masing. Pada frekuensi tinggi hanya

    kontribusi elektrik yang penting

    b. Respon Dielektrik menjelaskan bagaimana efek medan eksternal dimodifikasi dalam

    benda padat karena efek polarisasi.

    c. Beberapa material memiliki struktur ionik yang memungkinkan untuk memiliki struktur

    yang stabil dengan polarisasi net pada medan nol. Hubungan antara polarisasi dengan

    medan menunjukkan histeresis di bahan-bahan feroelektrik. Efek feroelektrik menghilang

    di atas suhu (suhu Curie) yang ditentukan oleh sifat material.

    d. Polarisasi dalam suatu material dipengaruhi oleh regangan. Sebaliknya, medan listrik

    dapat menghasilkan regangan pada benda padat. Efek piezoelektrik dapat dimanfaatkan

    untuk sensor regangan dan generasi suara

    e. Perubahan suhu dapat mengubah polarisasi dalam bahan. Efek ini dapat dimanfaatkan

    untuk pencitraan termal..

  • REFERENSI

    Singh, Jasprit. 2005. Smart Electronic Materials Fundamental and Application. United

    Kingdom: University Press, Cambridge