BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kristal cair adalah fase material yang terletak di antara fase kristal padatan dan cairan isotropik. Fase ini memiliki sifat dari cairan isotropik dan kristal secara bersama-sama, yaitu memiliki sifat seperti kristal yang memiliki keteraturan arah (orientasi) dan seperti cairan yang tidak memiliki keteraturan posisi. Material kristal cair bersifat anisotropik pada sifat optik, elektrik dan magnetiknya (Acharya, 2009). Kristal cair memegang peranan penting pada kemajuan teknologi layar atau display. Teknologi display yang menggunakan material kristal cair ini disebut Liquid Crystal Display (LCD). Kristal cair memiliki respon yang cepat terhadap medan listrik eksternal, inilah yang menjadi alasan utama kristal cair berperan penting pada teknologi display. Kristal cair merupakan material dielektrik yang memiliki nilai resistivitas tinggi. Arah dari molekul kristal cair dapat diubah dengan mudah oleh medan listrik yang dihasilkan oleh tegangan yang dikenakan pada kristal cair. Ketika molekul kristal cair mengalami perubahan arah, sifat optik dari kristal cair juga mengalami perubahan (Yang dan Wu, 2006). Sifat kristal cair yang memiliki respon sensitif terhadap medan listrik eksternal juga dijadikan sebagai prinsip dasar dalam pemanfaatan kristal cair sebagai kandidat soft actuator dan otot- otot buatan (Yusuf,2006). Selain dimanfaatkan dalam teknologi display dan soft actuator, kristal cair juga dimanfaatkan dalam pembuatan mood ring. Mood ring adalah cincin yang batu cincinya dapat mengalami perubahan warna sesuai dengan emosi pemakainya. Batu cincin pada mood ring terbuat dari batu kuarsa berongga yang diisi dengan kristal cair termotropik. Kristal cair memiliki respon yang sensitif terhadap perubahan suhu. Perubahan suasana hati atau emosi pemakai menyebabkan perubahan suhu tubuh yang kemudian mempengaruhi suhu kristal cair yang terkandung dalam batu cincin. Perubahan suhu ini menyebabkan molekul kristal cair terpilin (twist) sehingga panjang gelombang cahaya yang 1

2 2 diserap dan direfleksikan berubah pula. Perbedaan panjang gelombang yang diserap dan direfleksikan oleh kristal cair menyebabkan perubahan warna yang tampak pada batu cincin (Helmenstine, 2014). Kristal cair nematik merupakan salah satu jenis kristal cair yang banyak diteliti. Molekul kristal cair ini berbentuk seperti batang (rod-like shape) dan Rata rata arah molekul dari kristal cair nematik ditentukan oleh orde orientasi yaitu unit vektor yang dinamakan direktor. Akan tetapi arah tersebut akan berubah secara perlahan apabila ada medan eksternal yang bekerja pada kristal cair nematik. Perubahan arah ini disebut sebagai deformasi (Chandrasekhar, 1992). Kristal cair nematik yang sudah banyak diteliti yaitu kristal cair nematik 4- methoxy-benzilidene-4-buthyl-anyline (MBBA) yang memiliki tetapan dielektrik anisotropi negatif ( ). Di laboratorium Fisika Material dan Instrumentasi FMIPA UGM telah dilakukan penelitian dengan menggunakan kristal cair MBBA. Dari penelitian ini teramati pola konvektif Williams Domain pada bidang- xy. Pola Williams Domain yang berupa garis gelap terang terbentuk ketika kristal MBBA diberi tegangan listrik yang sedikit lebih besar dari tegangan ambang (Vc). Pola ini merupakan suatu pola konvektif yang muncul sebagai akibat adanya pengaruh medan listrik pada lapisan kristal cair nematik. Pola konvektif ini memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan tebal lapisan kristal cair dan sebagian besar direktor berkelakuan stasioner dengan modulasi yang kecil. Panjang gelombang pola Williams Domain diukur dengan melakukan difraksi sinar laser pada saat terjadi pola tersebut. Dari penelitian ini juga diperoleh diagram fase dalam hubungan antara frekuensi medan listrik eksternal dengan panjang gelombang pola konvektif (λ) Williams Domain, yang menunjukan bahwa semakin tinggi frekuensi yang diberikan pada sampel menyebabkan panjang gelombangnya semakin mengecil dan mendekati ketebalan sampel (Subekti, 2011). Berdasarkan uraian di atas, penelitian yang dilakukan adalah melakukan pengamatan terhadap pola konvektif yang diahsilkan kristal cair nematik 4-cyano- 4 -penthylbiphenyl (5CB) yang memiliki tetapan dielektrik anisotropi positif

3 3 ( ), dengan menggunakan elektroda transparan ITO/SiO sebagai elektroda. Lapisan SiO yang bersifat isolator, dikikis terlebih dahulu sebagian untuk memperoleh lapisan semikonduktor ITO yang nantinya akan berinteraksi dengan medan listrik. Sedangkan di bagian yang berinteraksi dengan sampel tetap dibiarkan berlapis SiO. Sandwich cell yang telah siap kemudian diberi medan listrik eksternal, lalu diamati dengan polarizing microscope untuk mendapatkan pola konveksi tertentu. Selanjutnya dilakukan pengukuran panjang gelombang ( ) dari pola tersebut untuk mendapatkan hubungan frekuensi medan listrik yang dikenakan pada kristal cair nematik dengan panjang gelombang pola konvektif yang dihasilkan. 1.2 Rumusan Masalah Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana membuat lapisan tipis kristal cair nematik 5CB menggunakan elektroda ITO/SiO skala laboratorium? 2. Bagaimana diagram fase dalam hubungan antara frekuensi dengan panjang gelombang pola konvektif kristal cair nematik 5CB? 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah 1. Sampel yang digunakan adalah kristal cair nematik 5CB penjajaran planar dengan ketebalan 50 μm menggunakan elektroda transparan ITO/SiO, dimana lapisan SiO dikikis sebagian yaitu seluas 5 x 20 mm. 2. Proses pengambilan data pola konvektif menggunakan polarizing microscope yang terintegrasi dengan CCD Camera dengan penampil monitor LCD. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasi frekuensi medan listrik yang diberikan pada sampel. 3. Efek elektrokonveksi diamati di bawah pengaruh frekuensi dan tegangan AC. 4. Suhu sampel dibuat tetap yaitu pada suhu (27 C.

4 4 5. Proses pengambilan data gambar mikrometer objektif dengan polarizing microscope yang terintegrasi dengan CCD Camera dengan penampil monitor LCD. Perbesaran polarizing microscope yang digunakan sama dengan perbesaran saat pengambilan data pola konvektif. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Membuat lapisan tipis kristal cair nematik 5CB penjajaran planar dengan ketebalan 50 μm menggunakan elektroda transparan ITO/SiO skala laboratorium. 2. Mengetahui diagram fase dalam hubungan antara frekuensi dengan panjang gelombang pola konvektif kristal cair nematik 5CB. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini antara lain adalah : 1. Dapat diketahui pola konvektif kristal cair nematik 5CB. 2. Dapat diketahui diagram fase dalam hubungan antara frekuensi dengan panjang gelombang pola konvektif kristal cair nematik 5CB. 1.6 Sistematika Penulisan Skripsi ini terdiri dari enam bab yang terdiri atas Bab I yaitu Pendahuluan, Bab II yaitu Tinjauan Pustaka, Bab III yaitu Dasar Teori, Bab IV yaitu Metode Penelitian, Bab V yaitu Hasil Penelitian dan Pembahasan serta Bab VI yaitu Penutup. Bab I berisi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan skripsi ini. Latar belakang menjelaskan latar belakang yang menjadi dasar penelitian ini dilakukan. Selanjutnya dari latar belakang inilah dilakukan perumusan masalah serta batasan-batasan tentang masalah yang akan diteliti. Dalam Bab I ini juga dituliskan tujuan dan manfaat dilakukan penelitian ini serta sistematika penulisan skripsi.

5 5 Bab II berisi tinjauan pustaka. Tinjauan pustaka ini terdiri dari uraian sistematis tentang beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Bab III merupakan dasar teori yang terkait dengan penelitian yang dilakukan serta menjadi bahan acuan teoritik. Dasar teori pada bab ini membahas tentang kristal cair secara umum, kristal cair nematik, efek elektrokonveksi, dan Carr-Helfrich mechanism. Bab IV merupakan metode penelitian yang berisi metode yang digunakan dalam penelitian ini, alat yang digunakan serta prosedur penelitian yang dilakukan. Bab V berisi tentang hasil penelitian yang diperoleh serta pembahasan terhadap hasil tersebut. Hasil yang diperoleh disajikan dalam bentuk gambar, tabel dan grafik. Selanjutnya dilakukan pembahasan terhadap bentuk-bentuk tersebut. Bab VI merupakan penutup yang berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian dan pembahasan serta saran untuk penelitian yang akan dilakukan selanjutnya.