PENGARUH POLLING MEDAN LISTRIK TINGGI TERHADAP STRUKTUR β POLYVINYLIDENE FLUORIDE (PVDF)

Transkripsi

1 PENGARUH POLLING MEDAN LISTRIK TINGGI TERHADAP STRUKTUR β POLYVINYLIDENE FLUORIDE (PVDF) Ambran Hartono 1, Priyambodo 1 1 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Syarif Hidayatullah Jakarta Jalan Ir. H. Juanda no 85 Jakarta Indonesia ambranhartono@yahoo.com Abstrak Material polyvinylidene fluoride (PVDF) merupakan material pintar yang memiliki keuntungan dengan sifat ferroelektriknya. Salah satu struktur PVDF yaitu fase β memiliki sifat piezoelektrik yang yang paling baik dibandingkan dengan struktur lainnya. Umumnya material PVDF yang ada dipasaran adalah dalam bentuk fase α, untuk itulah perlu dilakukan optimasi dengan suatu teknik untuk menghasilkan fase β dari PVDF. Untuk meningkatkan kinerja dan sensitifitas material ini agar memiliki sifat piezoelektrik yang lebih besar, telah dilakukan optimasi polling dengan memberikan medan listrik DC tegangan tinggi. Hal ini dilakukan untuk lebih mempolarisasikan dipole-dipole dari material PVDF. Permasalahan yang timbul bagaimana menghasilkan medan listrik tegangan tinggi DC. Untuk menjawab permasalahan tersebut maka telah berhasil dilakukan juga pembuatan penyearah tegangan tinggi sebagai sumber medan pada alat polling. Hasil pengujian alal penyearah tegangan tinggi DC 30 KV menunjukkan akurasi dan stabilitas yang sangat baik. Demikian juga halnya dengan hasil polling pemberian medan listrik tinggi telah mampu meningkatkan jumlah fase β dari PVDF secara signifikan. Untuk sampel dengan roll hot press diperoleh sebesar 80% dan untuk sampel dari deep coating diperoleh sebesar 83%. Dari hasil pengujian dan pelaksanaan polling jelas mengindikasikan bahwa polling medan listrik tinggi berpengaruh secara signifikan dalam meningkatkan jumlah fase β dari PVDF. Kata kunci: Dipol, fase β, medan listrik tinggi, polling, PVDF Abstract Material polyvinylidene fluoride (PVDF) is a smart material that has the advantage of piezoelectric properties. One structure has a β-phase PVDF is piezoelectric properties are the best compared with other structures. PVDF material generally available in the market is in the form of α-phase, that is what needs to be optimized with a technique to produce β-phase of PVDF. To improve the performance and sensitivity of this material in order to have a larger piezoelectric properties, has done polling optimization by providing high-voltage DC electric field. This is done to further polarize dipole-dipole of the PVDF material. The problems of how to produce high voltage DC electric field. To answer these problems it has been successfully performed also manufacture high voltage rectifier as the source field on polling tool. The test results alal DC high voltage rectifier 30 KV demonstrated accuracy and excellent stability. Similarly, the results of the poll giving high electric field has been able to increase the amount of β-phase of PVDF significantly. For samples with a hot press roll was obtained by 80% and to sample from the deep coating was obtained by 83%. From the results of the testing and implementation of the poll clearly indicates that polling high electric field effect on significantly increasing the number of β- phase of PVDF. Keywords: β-phase, dipole, high electric field, polling, PVDF 62

2 Pendahuluan Perkembangan teknologi fabrikasi dan sistem sensor dengan memanfaatkan material PVDF terus meningkat dengan pesat. Hal ini bisa dimaklumi mengingat akan pentingnya dan tingginya prospek untuk pemanfaatan material ini dalam perkembangan maerial sensor. Material PVDF merupakan salah satu material yang handal untuk digunakan sebagai material sensor dikarenakan memiliki kelebihan dan keunggulan yaitu bahan mudah didapat, harga cukup murah dan memiliki sensitifitas yang tinggi. Selain itu juga memiliki keuntungan dikarenakan memiliki titik leleh yang rendah yaitu 177ºC dan mudah dibentuk (Kawai, 1969). Namun tentu saja tidak sembarangan material PVDF saja bisa digunakan sebagai elemen sensor, melainkan material PVDF yang memiliki struktur β yang baik dan tepat untuk digunakan sebagai elemen sensor. Ini dikarenakan PVDF dengan struktur tersebut mempunyai sifat piezoelektrik yang paling baik, selain itu juga PVDF dengan struktur ini kaya akan momen dipol dan memiliki polaritas yang lebih besar dibandingkan dengan PVDF dengan struktur lainnya (Hartono, 2015). Polimer PVDF diketahui mempunyai tiga bentuk struktur molekul padat yaitu struktur, struktur dan struktur. Struktur β mempunyai rantai molekul dengan konformasi planar zig-zag semuanya trans (TTTT). Setiap ikatan atom karbon (C) dengan atom fluor (F) memiliki arah resultan momen dipol tertentu dan atom karbon juga berikatan dengan hidrogen (H) memiliki resultan arah momen dipol yang searah dengan resultan antara ikatan atom karbon dengan fluor. Jadi, keduanya memiliki resultan yang saling menjumlahkan sehingga bentuk fasa β memperlihatkan sifat kristal polar. Struktur α mempunyai dua rantai molekul dengan tipe TGTG. Masing-masing dihubungkan dengan pusat simetri yang mempunyai hubungan simetri invers satu sama lain, sehingga mengakibatkan momen dipol lisrik total dari seluruh kristal saling meniadakan. Rantai molekuler bentuk ini mempunyai polarisasi dengan dipol-dipol acak, sehingga secara keseluruhan kristalnya adalah non polar. Struktur γ merupakan fasa campuran antara struktur β dan struktur α. Struktur ini mempunyai nilai momen dipol tertentu namun nilainya masih relatif kecil. Diantara ketiga struktur tersebut, yang banyak dikembangkan adalah PVDF dengan fase struktur karena memberikan efek piezoelektrik yang paling besar dibandingkan dengan kedua fase struktur lainnya (Lovinger A J, 1982). Tentu saja material PVDF dengan struktur β tidak serta merta ada melainkan harus dilakukan suatu teknik fabrikasi dan optimasi tertentu untuk mendapatkannya. Salah satu teknik optimasi yang dilakukan adalah dengan melakukan polling pemberian medan listrik tinggi. Dalam paper ini akan diuraikan bagaimana pengaruh polling pemberian medan listrik tinggi terhadap struktur β dari film PVDF. Bentuk molekul padat PVDF merupakan salah satu hal yang sangat mempengaruhi efek piezoelektrik dari bahan tersebut. Ini dikarenakan efek piezoelektrik dari suatu bahan sangat dipengaruhi oleh polarisasi spontan dari bahan tersebut, sedangkan polarisasi spontan suatu bahan sangat dipengaruhi oleh orientasi momen-momen dipol bahan tersebut. Bentuk molekul padat dari PVDF dapat dikelompokkan dalam 3 bentuk fasa struktur yaitu fasa beta (TTTT), fasa alpha (TGTG ) dan fasa gamma (TTTGTTTG ) (Lovinger A J, 1981). Di bawah ini, akan dijelaskan masing-masing fasa tersebut. Bentuk fasa ini mempunyai rantai molekul dengan konformasi jenis zig-zag planar yang semuanya trans (TTTT) dengan pembelokan kecil yang disebabkan oleh atom-atom fluor yang tidak terikat dalam monomer-monomer yang terdekat (Hasegawa, 1972). Bentuk kristal fasa β adalah ortorombik yang menurut analisis Hasegawa pada fasa ini memiliki unit sel a = 63

3 8,58 Å, b = 4,91 Å, dan c = 2,56 Å. dengan melting point-nya berkisar 191 C dan 212 C. Bentuk fasa ini merupakan fasa yang sangat penting bagi aplikasi piezoelektrik. Rantai-rantai bentuk β ini tersusun dalam arah sepanjang longitudinal dari sel satuan. Setiap ikatan atom karbon (C) dengan atom fluor (F) memiliki arah resultan momen dipol tertentu dan atom karbon juga berikatan dengan hidrogen (H) memiliki arah resultan momen dipol yang searah dengan resultan antara ikatan atom karbon dengan fluor. Jadi, keduanya memiliki resultan yang saling menjumlahkan sehingga bentuk fasa β memperlihatkan sifat kristal polar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Struktur rantai fasa β (Lovinger A J, 1982) Bila pada film PVDF fasa β dilakukan polling, akan ada sumbu yang terorientasi pada arah sesuai dengan medan yang diberikan. Sehingga struktur utama dari film tipis PVDF mempunyai polaritas bersesuaian dengan orientasi sepanjang arah medan listrik yang diberikan. Hal ini akan menampilkan polarisasi dipol dan dapat memperlihatkan gejala piezoelektrik tinggi dari sampel (Davis dkk, 1979). Oleh karena itu, pada fasa β inilah didapat sifat piezoelektrik terbesar. Kenaikan konstanta piezoelektrik ini sebanding dengan kenaikan kandungan fasa β dalam bahan karena fasa ini mempunyai polarisasi spontan yang cukup besar dalam unit selnya (Eka Setya N, 2008). Fasa β memiliki rapat kristal sebesar 1,97 g/cm 3 berdasarkan unit sel pada model Hasegawa dan kawan-kawan. Modulus elastik pada semua rantai trans telah dihitung oleh Tashiro dan kawan-kawan. Nilai modulus elastiknya yaitu 2,37x10 11 N/m 2 (zigzag planar) dan 2,24x10 11 N/m 2 (akibat defleksi). Nilai ini merupakan hasil eksperimen Tashiro. Sedangkan momen dipol untuk fasa β sendiri yaitu 7x10-28 Ccm 3 (Tadokoro, 1979). Bentuk fasa alfa merupakan bentuk yang paling sering dijumpai. Pertama kalinya (Lando dkk, 1966) menghitung nilai unit sel untuk fasa α yaitu : a = 9,66 Å, b = 4,96 Å, dan c = 4,64 Å dengan sudut α = β = γ = 90. Perkembangan penelitian untuk fasa α selanjutnya dilakukan oleh beberapa peneliti (Bachmann dan Lando, 1981) untuk analisis struktur dengan menggunakan analisis Sinar- X, (Kobayashi dkk, 1975) melalui analisis sinar inframerah dan Spektroskopi Raman dan (Hasegawa, dkk dengan Farmer, dkk, 1972) untuk perhitungan energi potensial. Dari hasil analisis struktur oleh Lando dan Bachmann yang mempelajari struktur fasa α dengan menggunakan analisis sinar-x didapat bahwa unit sel fasa α memiliki grup ruang ortorombik primitif. Unit sel untuk fasa α yaitu a = 4,96 Å, b = 9,64 Å, dan c = 4,62 dengan semua sudut α = β = γ = 90. Bentuk fasa α mempunyai dua rantai molekuler dengan tipe TGTG dengan T = 179 dan G = 45. Masing-masing dihubungkan dengan pusat simetri yang mempunyai hubungan simetri invers satu sama lain (Gambar 2), sehingga mengakibatkan momen dipol lisrik total dari seluruh kristal saling meniadakan. Artinya, untuk seluruh orientasi dipol-dipol bentuk ini membangun resultan kristal non polar. Rantai molekuler bentuk ini mempunyai polarisasi dengan dipoldipol acak, sehingga secara keseluruhan kristalnya adalah non polar. Gambar 2 Struktur rantai fasa α (Lovinger A J, 1982) 64

4 Pada tipe TGTG ini tidak terdapat regangan sterik antara atom-atom fluor dan hanya regangan minimal pada beberapa rantai fluor-hidrogen, ini menyebabkan konformasi TGTG memiliki energi potensial paling rendah di antara semua polimorfi yang diketahui (Hasegawa, 1972). Pada unit sel fasa α memiliki kerapatan kristal 1,92 g/cm 3 dan modulus elastik rantai konformasi TGTG -nya yaitu 7,7x10 10 N/m 2. Fasa γ merupakan modifikasi fasa campuran antara fasa α dan fasa β. Berdasarkan studi difraksi sinar-x, Takahashi dan Tadokoro mengusulkan bahwa bentuk dari struktur fasa γ ini adalah monoklinik dengan unit sel a = 4,96 Å, b = 9,59 Å, c = 9,23 Å dan β = 92,9 (Gambar 3). Konformasi yang diusulkan oleh keduanya untuk fasa γ yaitu TTTGTTTG (Tadokoro, 1979). Gambar 3 Unit sel fasa gamma (Lovinger A J, 1982) Pembentukan piezoelektrik yang signifikan dan aktivitas piroelektrik pada PVDF membutuhkan polling menggunakan medan listrik tinggi yang kekuatannya tergantung pada struktur spesimen : sampel dalam fase β (unit selnya adalah polar ) harus dikenakan medan untuk polling dari 200 kv cm -1 atau lebih. Untuk mengubah sampel PVDF fase α ke fase β dibutuhkan medan listrik 1,2 MV cm -1 atau lebih. Dua teknik umumnya telah digunakan untuk polarisasi PVDF yaitu teknik konvensional menggunakan medan listrik tinggi ke metalik elektroda di kedua sisi film polimer, dan metode yang lebih baru menggunakan debit korona atau polling plasma. Yang pertama dari teknik ini adalah jauh lebih umum, dan telah ditinjau secara singkat (McKenney dan Roth, 1979). Umumnya elektroda dengan tebal sekitar 100 nm diepavorasikan langsung ke spesimen untuk menghilangkan celah udara (Gupta ddk, 1978) dan metalization melalui larutan plating telah pula dilakukan (McKenney dkk, 1980). Dari berbagai studi dan kajian yang telah dilakukan oleh beberapa peneliti seperti dijelaskan diatas semuanya tidak lain ingin mengkaji lebih jauh mengenai sifat piezoelektrik PVDF terhadap pengaruh medan listrik polling (Yudianti, Rike dkk, 1996). Pemberian medan listrik ektsternal akan berpengaruh terhadap polarisasi pada orientasi dipol suatu film untuk efek piezoelektrik. Mula-mula medan listrik dinaikkan dengan cara menaikkan sumber potensial di antara dua elektroda. Polarisasi akan naik seiring dengan kenaikan medan listrik tadi. Bila medan listrik diturunkan sampai nol, maka polarisasi akan turun namun tidak mengikuti grafik alur kenaikan sebelumnya (Gambar 4). Ketika medan listrik kembali bernilai nol, maka polarisasi di dalam bahan tidak bernilai nol melainkan ada nilai tertentu yaitu polarisasi residu. Polarisasi residu disebabkan karena transisi orientasi dipol yang telah berhenti (Yudianti R, dkk, 1996). Polarisasi residu ini akan mempengaruhi efek piezoelektrik bahan. Apabila medan listrik dinaikkan terus maka akan ada suatu keadaan di mana tidak akan terjadi lagi polarisasi akibat medan listrik, polarisasi ini disebut dengan polarisasi saturasi. Gambar 4 Hubungan antara medan listrik eksternal dengan polarisabilitas. Piezoelektrik berhubungan dengan 65

5 perubahan polarisasi akibat adanya strainstress, temperatur dan medan listrik eksternal seperti dalam persamaan 1. (Lovinger A J, 1982). (1). (2) ; (3) Jika persamaan 2 dan 3 disubstitusikan ke persamaan 1 dan kemudian diintegralkan maka akan didapatkan polarisasi seperti persamaan 4. dari keduanya hampir berimpit sehingga tidak ada momen dipol yang terjadi. Namun, ketika medan listrik dari luar mempengaruhi bahan tersebut, maka muatan positif akan terdorong ke arah searah dengan medan listrik dari luar tersebut sedangkan muatan negatif akan ditarik ke arah berlawanan dengan arah medan luarnya (Gambar 5) sehingga terjadi pergeseran arah dari keduanya yang kemudian menimbulkan momen dipol listrik. Arah momen dipol listriknya sendiri searah dengan medan listrik yang diberikan dari luar. P P r = d(s S r ) + p (T T 0 )+ E χ s ε 0 (4) dengan: P: Polarisasi P r : Polarisasi residual d: konstanta piezoelektrik S: Regangan (Strain) S r : Regangan residual E: Medan listrik Χ s : Susptibilitas dielektrik ε 0 : Permitivitas dielektrik vakum Dengan meninjau persamaan 4 di atas, bahan yang bersifat piezoelektrik akan memberikan respon polarisasi listrik spontan ketika terjadi stress pada bahan. Sebaliknya akan menghasilkan strain akibat medan listrik yang diberikan. Konstanta piezoelektrik didefinisikan sebagai kesebandingan antara polarisasi dengan stress atau strain dengan medan listrik (Fraden Jacob, 2003). Momen dipol listrik dapat diarahkan dengan suatu medan listrik. Proses penyearahan momen dipol listrik yang dipengaruhi oleh medan listrik dari luar ini disebut dengan polarisasi. Ketika tidak ada gangguan medan listrik dari luar, maka muatan negatif pada suatu molekul bahan terdistribusi merata dengan muatan positif sehingga pusat Gambar 5 Proses deformasi polarisasi sebelum adanya medan listrik eksternal dan setelah adanya medan listrik luar. Persamaan 5 menyatakan hubungan antara pemberian medan listrik luar dan momen dipol yang terjadi pada peristiwa polarisasi sebagai berikut: dengan (5) merupakan momen dipol (C.m), merupakan medan listrik luar (N/C) dan α merupakan kemampuan untuk berpolarisasi (C 2.m/N) (Fathona I. W, 2009). Adapun untuk vektor polarisasi sendiri didefinisikan sebagai momen dipol per satuan volume. Polarisasi ini juga dapat digambarkan sebagai penyusunan terhadap muatan ikat pada bahan jika diberi medan luar. Penyusunan ini menyebabkan terbentuknya kerapatan muatan ikat. = Δ /ΔV (6) dengan merupakan vektor polarisasi (C/m 2 ) dan V merupakan unit volume (m 3 ). Sifat piezoeletrik pada film PVDF 66

6 tergantung pada banyaknya fasa β yang terkandung pada film tipis PVDF, karena fasa ini bersifat polar. Oleh karena itu, banyak orang yang memberikan metode bagaimana memperoleh fasa tersebut melalui pergeseranpergeseran fasa atau lebih dikenal dengan metode transformasi fasa/transisi polimorfi. Ada beberapa hal yang mengakibatkan transformasi fasa pada film PVDF. Transformasi fasa ini ditinjau dari beberapa parameter antara lain yaitu medan listrik, temperatur dan tekanan. Ketiga parameter ini merupakan sebagian dari parameter lain yang memungkinkan dapat melakukan transformasi fasa. Adapun skema kesetangkupan mengenai transformasi fasa dengan hal yang mempengaruhi terjadinya transformasi fasa ini dapat dilihat dari Gambar 6. sifat material tersebut misalnya struktur, kekuatan material dan kekerasan material tersebut. 7. Drawing pada temperatur rendah. Drawing adalah suatu proses perlakuan mekanik terhadap suatu material dengan memberikan suatu regangan pada material tersebut. 8. Ultradrawing pada temperatur tinggi. 9. Annealing pada tekanan tinggi. 10. Polling menggunakan medan listrik tinggi. Polling adalah proses pengkutuban pada suatu dipol-dipol agar dipol tersebut terorientasi. 11. Memungkinkan menghasilkan fasa γ bila menggunakan annealing dengan tekanan tinggi. 12. MCB(monochlorobenzene)/DMF (dimethylformamide), cyclohexanone. 13. DMF(dimethylformamide), DMA (dimethylacetamide) atau DMSO (dimethylsulpoxide). 14. Drawing. 15. Chyclohexanone. Metode penyearahan orientasi dipol pada PVDF Gambar 6 Skema transformasi fasa pada PVDF dengan beberapa parameter yang mempengaruhinya (Ambrovs, 1984). Keterangan Gambar 6: 1. Pelelehan dengan temperatur leleh 2. Pelelehan dengan tekanan 3. Pelelehan yang memungkinkan menghasilkan fasa β bila menggunakan temperatur. 4. Pelelehan pada nilai temperatur tertentu. 5. Epitaxially pada KBr. 6. Annealing pada temperatur tinggi. Annealing adalah suatu proses pemberian panas pada suatu material sehingga ada perubahan pada Proses transformasi fasa atau transisi jenis polimorf pada PVDF erat kaitannya dengan keberadaan orientasi dipol pada tiap fasanya. Ada beberapa cara yang dilakukan untuk menyearahkan orientasi dipol-dipol tersebut. Transformasi ini dapat dilakukan secara induksi mekanik, panas, listrik serta energi radiasi. Beberapa metode transformasi pada penyearahan orientasi dipol ini antara lain sebagai berikut: a. Perubahan konsentrasi fasa β Akibat Temperatur Matsushige dan Takamura melakukan percobaan mengenai pengaruh pemanasan di bawah tekanan tinggi. Percobaan tersebut menunjukkan adanya transformasi α menjadi β. 67

7 Fasa α meleleh pada titik didih sekitar 286 C dengan tekanannya sekitar 4 kbar. Pembentukan fasa β ini ditunjukkan pada pengamatan peristiwa eksoterm pada 294 C. b. Perubahan konsentrasi fasa β Akibat Deformasi Mekanik Penarikan bahan film tipis PVDF dapat mengakibatkan fasa α non polar berubah menjadi fasa β yang bersifat polar. Penarikan ini misalnya dengan tensile tester. Penarikan ini terjadi pada temperatur antara C (Radiman, 2004). Pembentukan fasa β yang lebih dominan dibandingkan α terjadi pada temperatur penarikan antara 50 C dan 80 C dengan ratio penarikan antara 3,5 dan 6 kali panjang semula (Nenen dkk, ). Pada temperature penarikan di atas 120 C tidak terjadi lagi transformasi sempurna dari fasa α ke β. c. Perubahan konsentrasi fasa β Akibat Induksi Elektrik Transformasi jenis ini dilakukan dengan cara memberikan induksi elektrik berupa medan listrik yang tinggi sehingga menyebabkan transisi fasa dari fasa α non polar menjadi polar. Medan listrik tinggi ini akan mempengaruhi orientasi dipol listrik fasa α sehingga menjadi polar. d. Perubahan konsentrasi fasa β Akibat Induksi Radiasi Energi Tinggi Gal perin dan Kosmynin melakukan transisi untuk fasa α dengan γ-irradiasi pada 500 Mrad atau lebih. Transformasi sebagian dari sampel ini menjadi fasa β. Jika dengan pelelehan atau pelarutan dan rekristalisasi, maka fasa β akan lebih dominan lagi. Transisi ini dapat dilihat dari perubahan yang ditunjukkan dengan pengenalan cacat selama radiasi di mana terjadi pengurangan tarikan dalam semua konformasi trans tetapi menyebabkan peningkatan pengaturan TGTG. Dari keempat jenis penyebab adanya transformasi fasa tersebut, salah satu jenis yang akan dipakai pada penelitian ini yaitu transformasi akibat adanya medan listrik yang tinggi. Metode yang akan dipakai untuk menerapkannya yaitu disebut metode pengkutuban (polling). Jenis ini dipilih karena lebih mudah untuk dilakukan. Salah satu metode yang umum dan mudah dilakukan untuk mengorientasikan dipol-dipol pada film PVDF adalah dengan melakukan polling. Adapun metode polling itu sendiri merupakan metode yang dilakukan dengan memberikan medan listrik yang tinggi pada temperatur tinggi sampai selang waktu yang ditentukan kemudian temperatur diturunkan secara berkala hingga temperatur kamar. Temperatur dalam metode ini dipakai pada temperatur di bawah melting point polimer yang dipakai dalam hal ini PVDF. Temperatur ini digunakan agar mobilitas gerak internal molekul cukup tinggi dan bebas bergerak sehingga memudahkan untuk mengorientasikan diri menjadi fasa polar yang diinginkan. Medan listrik yang diberikan diusahakan selalu dijaga kestabilan dan kehomogenannya. Ada beberapa hasil penelitian sebelumnya dalam pemakaian medan listrik pada polling untuk efek piezoelektrik dengan meninjau transformasi orientasi dipol pada fasa film PVDF beserta hasilnya sebagai berikut: 1. Menurut Gupta dkk. Pada tahun 1979 sendiri mengatakan bahwa perubahan orientasi fasa α menjadi fasa β terjadi dengan pemberian medan listrik tinggi sebesar 3 MV/cm. Sedangkan, dalam penelitian tugas akhirnya (Hidayat Kurnia, 1998) menggunakan tegangan 1 kv dengan kekuatan medan listrik 0,38 MV/cm. Sehingga hasil penelitian yang didapat tidak mendapatkan adanya perubahan fasa pada sampel yang ditelitinya. 2. (Haryanto, 1994) memberikan kekuatan medan listrik sebesar 276, 263, dan

8 kv/cm dengan besar tegangan 1,5 kv. Hasilnya pun sama, tidak mengalami perubahan yang signifikan terhadap polarisasi. 3. (Teta Pratiwi, 2009) pada penelitiannya juga hanya memakai medan yang kecil dengan tegangan maksimum sampai 500 kv/cm sehingga perubahannya juga kurang signifikan. Polling dengan medan listrik menggunakan suatu elektroda yang bertujuan untuk menginjeksi muatan agar muatan merata dan dipol-dipolnya terarahkan. Sehingga perlu diperhatikan mengenai konfigurasi elektroda itu sendiri.dalam paper ini akan pengaruh polling dengan pemberian medan listrik tinggi dari hasil penelitian yang telah dilakukan. Eksperimen Dalam eksperimen ini Perangkat / peralatan dan bahan yang digunakan adalah antara lain sebagai berikut: a. Film PVDF b. Alat polling c. Penguat Tegangan tinggi DC d. CO 2 kering e. Thermocouple f. Variax potensial g. Dll Proses polling menggunakan medan listrik dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan fraksi β dari film PVDF. Dengan pemberian medan listrik tegangan tinggi akan menyebabkan dipol-dipol dalam film PVDF dapat terorientasi dengan baik. Kuat medan listrik yang diberikan dalam penelitian adalah 200 MV/cm. Dalam polling ini dilakukan langkah-langkah eksperimen yaitu: Pembuatan alat sumber tegangan tinggi DC untuk menghasilkan medan listrik, pengujian alat dan proses polling. Sebelum pelaksanaan polling sebelumnya terlebih dahulu dilakukan pembuatan alat penyearah tegangan tinggi DC 20 KV. Secara umum peralatan/instrument yang digunakan dalam pembuatan penyearah ini adalah transformator 30 KV, penyearah diode bridge 30 KV, kapasitor 5000 pf dan kapsitr Dorknop 100 pf sebagai divider. Secara skematik diagram rangkaian polling ditunjukkan pada gambar 7. Gambar 7 Skema rangkaian polling Keterangan gambar Bagian 1 merupakan transformator 30 KV 2. Bagian 2 adalah rangkaian penyearah diode HV 30 KV 3. Bagian 3 rangkaian divider (pembanding) dan probe 4. Bagian 4 adalah alat polling Untuk melihat kinerja dari alat penyearah yang dibuat selanjutnya dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan adalah uji presisi dan stabilitas kerja dari alat. Pengujian ini dilakukan untuk melihat kualitas kerja dari alat sumber tegangan tinggi DC yang telah dibuat. Alat polling yang digunakan pada penelitian ini secara skematik diperlihatkan pada Gambar 8. 69

9 Gambar 8 Skema alat polling Proses polling dilakukan dengan melalui tahapan yaitu diawali dengan mempersiapkan dan merangkai perangkat polling. Setelah peralatan telah dirangkai dengan benar dilakukan peletakan sampel film PVDF pada perangkat polling. Perlu diperhatikan bahwa penempatan sampel harus benar-benar sesuai dengan kedudukan diantara kedua elektroda. Kemudian pemanas ruang polling dinyalakan sekitar 10 menit hingga mencapai temperatur 80ºC. Setelah temperatur ruang polling mencapai temperatur 80ºC, perangkat polling mulai diaktifkan dengan menyalakan power supply. Perlahan-lahan tegangan dinaikkan sampai nilai tegangan tertentu yang diinginkan. Proses pemberian medan ini dilakukan selama 20 menit. Kemudian power supply dimatikan dan diamkan selama beberapa menit sampai temperatur ruang polling mencapai temperatur ruang, selanjutnya sampel dikeluarkan dari alat polling dengan hati-hati. Proses ini diulangi untuk beberapa sampel lainnya. Pada tahap selanjutnya dilakukan karakterisasi pada sampel film PVDF yang telah dilakukan polling. Hasil dan Pembahasan Sebagaimana telah dijelaskan pada bagian eksperimen sebelum dilakukan polling terlebih dahulu dibuat penyearah tegangan tinggi DC 20 KV. Hasil pembuatan alat penyearah diperlihatkan pada Gambar 9 dan diagram Blok rangkaian Gambar 10. DC Gambar 9 Alat penyearah tegangan tinggi 20 KV Gambar 10 Diagram Blok Rangkaian penyearah tegangan tinggi DC 20 KV Tahap selanjutnya setelah pembuatan alat penyearah penguat tegangan tinggi, kemudian dilakukan pengujian untuk melihat apakah alat yang dibuat dapat bekerja dengan baik. Pengujian dilakukan dengan melihat tanggapan output dari transformator (penguat) terhadap sumber tegangan input yang diberikan. Selanjutnya, dilakukan pengujian tanggapan keluaran penyearah (diode) dimana hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 1. Pengujian ini dilakukan untuk memastikan agar alat yang dibuat benar-benar dapat bekerja dengan baik. Sangat dibutuhkan sekali informasi apakah sistem penguatan dari tegangan dapat berfungsi dengan baik, selain itu juga perlu diketahui bahwa apakah stabilitas tegangan keluaran dari penguat dan penyearah memiliki tingkat stabilitas yang baik atau tidak. 70

10 Setelah semua tahapan ini dilakukan dengan baik dan didapat hasil sesuai dengan yang diharapkan maka bisa dikatakan bahwa penguat penyearah bisa digunakan untuk sumber medan listrik pada alat polling. Tabel 1 Hasil pengujian tegangan keluaran dari penyearah untuk input volt. sangat baik terhadap tegangan input yang diberikan. Tabel 2 Hasil pengujian Stabilitas keluaran tegangan dari penguat untuk input 20 volt, 40 volt dan 60 volt. Grafik keluaran penguat tegangan untuk input tegangan dalam range 0 volt sampai dengan 100 volt diperlihatkan pada Gambar 11. Sementara itu hasil pengujian stabilitas penguat didaftarkan pada Tabel 2 dan Gambar 12. Gambar 12 Grafik tegangan keluaran uji stabilitas penguat untuk input 20 volt, 40 volt dan 60 volt. Gambar 11 Grafik tegangan keluaran untuk input volt penguat Dari gambar 11 terlihat bahwa respon tegangan keluaran memiliki linieritas yang Dari hasil pengujian tegangan keluaran untuk beberapa input tegangan memperlihatkan bahwa alat penyearah penguat bekerja dengan sangat baik, ini ditunjukkan dengan grafik keluaran penyearah tegangan yang menunjukkan linieritas yang cukup baik. Selain itu juga optimasi penyearah penguat juga menunjukkan hasil yang cukup baik, ini bisa dilihat dari grafik keluaran untuk uji stabilitas alat untuk input sebesar 20 volt, 40 volt dan 60 volt dalam rentang waktu 0 sampai 60 menit. Untuk rentang waktu pengujian 71

11 selama 60 menit terjadi pengurangan tegangan keluaran DC sekitar 6 %. Hal ini terjadi dikarenakan faktor udara (tidak vacuum) diantara eletroda penyearah tegangan yang masih memiliki fungsi dielektrik sehingga terjadi penurunan tegangan keluaran. Setelah pengujian keluaran dan stabilitas penguat selanjutnya dilakukan proses polling medan listrik. Pelaksanaan polling medan listrik dilakukan pada 5 buah sampel film PVDF yang difabrikasi dengan roll hot press untuk temperatur 130ºC s/d 170ºC dan 5 buah yang telah difabrikasi sebelumnya menggunakan mesin deep coating untuk variasi temperatur annealing 70ºC s/d 110ºC. Tegangan 20 KV diaktifkan untuk menghasilkan medan listrik yang diberikan adalah sebesar 200 MV/cm. Dari hasil perhitungan pola difraksi XRD pada sampel PVDF diperoleh jumlah fraksi dari film PVDF untuk sampel dengan roll hot press yang dinyatakan pada Tabel 3. Fraksi β untuk sampel dengan deep coating diperlihatkan pada Tabel 4. Tabel 3 Fraksi film PVDF untuk sampel dengan roll hot press setelah polling Tabel 4 Fraksi film PVDF untuk sampel dengan deep coating setelah polling Dari kedua tabel tersebut sangat jelas bahwa jumlah fraksi dari sampel film PVDF meningkat cukup baik dengan pemberian medan listrik tinggi. Hal ini mengindikasikan bahwa piezoelektrisitas dari sampel semakin baik. Kesimpulan Dari hasil penelitian yang dilakukan bisa diambil beberapa kesimpulan antara lain: - Alat penguat yang dibuat bekerja dengan baik dan memiliki akurasi dan stabilitas yang baik - Pemberian polling mengunakan medan listrik berhasil meningkatkan fase β dari PVDF - Polling menggunakan medan listrik tinggi sangat berpengaruh dengan signifikan terhadap struktur β PVDF. Daftar Pustaka Ambrosv A., Holdik, (1984): Piezoelektrik PVDF Films as Ultrasonic Transducers, J. Sci. Instrument, vol. 17 Bachmann M. A. and Lando J. B., (1981): A Re-examinations of the crystal structure of phase II of poly-(vinylidene fluoride), Macromolecules, 14, 40 Eka Setya Nova, (2008): Pengujian dan Karakterisasi Film Polyvinylidene Fluoride sebagai Piezoelektrik, skripsi fisika ITB, Bandung Farmer, B. L., Hopfinger, A. J. and Lando, J. B. (1972): Polymorphism of the chain conformation and packing of poly (vinylidene fluoride), J. Appl. Phys., 43, 4293 Fathona I. W., (2009): Sistim Pengukuran Kurva Hysterisis Ferroelektrik Berbasis Mikrokontroller C8051F005 dan Rangkaian Sawyer-Tower, Skripsi fisika ITB, Bandung Fraden, Jacob, (2003), Handbook of Modern Physics design and Application, New York: Spinger Gupta D. K. and Doughty K. (1978): Corona Charging and the Piezoelectric Effect in. Poly (vinylidene fluoride), J. Appl. Phys., 49 (8), p

12 Hartono A., (2015): Pengembangan Material PVDF untuk Sensor Reaksi Kimia dan Contoh Aplikasinya untuk Mengukur Kadar Glukosa, Disertasi Fisika, ITB, Bandung Haryanto F., (1994), Pengaruh Proses Penarikan dan Poling terhadap Efek Piezoelektrik dari sampel Poly (vyniledene Fluoride), Skripsi Fisika ITB, Bandung Hasegawa, R., et al. (1972): Crystal Structure of Three Crystalline Forms of Poly (vinylidene fluoride), Polymer Journal, Hasegawa R., Kobayashi M., and Tadokoro H., (1972): Molecular conformation and packing of crystalline forms and the effect of high pressure, Polymer J., 3, 591. Kawai H., (1969): The Piezoelectricity of Poly (vinylidene Fluoride), Japanese Journal of Applied Physics, 8:7, 8, 975 doi: /jjap Kobayashi M., Tashiro K., and Tadokoro H., (1975): Molecular Vibrations of 3 Crystal Forms of Poly(Vinylidene Fluoride). Macromolecules,8 (2), Lovinger A. J., (1981): Poly(vinylidene Fluoride), Bell Lab. New Jersey Lovinger A. J., (1982): In Developments in crystalline Polymers I; Bassett, E., Ed.; 205Applied Science Publisher/ Cambridge University Press: London McKenney, J. M. And Roth. (1979): Standard on Piezoelectric Crystals, Res. Nat. Bur. Std., 84, 447 McKenney, J. E., Davis, G. T., and Broadhurst, M. G.(1980): Electric-Field-Induced Phase- Changes In Plasma Poling of Polyvinylidene Fluoride Respons, J. Appl. Phys.,, 51, 1676 Pratiwi T., (2009): Prototype Fabrikasi Film PVDF dengan metode Calendring dan Karakterisasi Strukturnya, Skripsi, Fisika ITB Radiman, Cynthia L., (2004): Kimia Polimer, Penerbit ITB, Bandung Tadokoro H., (1979): Structure of Crystalyn Polymers, John Willey and Sons, USA Yudianti R., dkk (1996): Pengaruh Tegangan dan Waktu Poling terhadap Konstanta Piezoelektrik dari Film PVDF yang di tarik Buletin IPT No. 1 Vol. 11 Puslitbang Terapan LIPI, Bandung 73