Post on 13-Apr-2017
Piezoelectric
Piezoelectric Materials
Kelompok 7
Fransisca Dian H
Gana Damar
M Dimas Sanjaya
Rona Khairul P
Vicky Indrafusa
Outline
History
Piezoelectricity
Piezoelectric Effect
Structure of Piezoelectric
Polarization of Piezoelectric
Types of Piezoelectric Materials
How are Piezoelectric Ceramic made
Application
History
Efek dari Piezoelektrik ditemukan pada tahun 1880
oleh dua bersaudara Jacques dan Pierre Curie. Mereka
menemukannya ketika tegangan mekanik digunakan
pada beberapa kristal (tourmaline, topaz, quartz,
Rochelle salt dan cane sugar) , dan kemudian
tegangannya adalah berbanding lurus dengan jumlah
dari tegangan
Piezoelectricity
Arti harafiah dari efek piezoelektrik adalah pemindahan tegangan ionik di
dalam struktur kristal
Dengan tidak adanya regangan eksternal, distribusi tegangan menjadi
simetris dan momen dipol listrinya adalah nol
Namun ketika tegangan eksternal dikenakan, tegangannya menjadi tidak
simetris dan akan terbentuk polarisasi
Piezoelectric effect
Piezoelectric effect dibagi menjadi :
1. Direct Piezoelectric Effect
2. Inverse Piezoelectric Effect
Piezoelektrik menjelaskan tentang fenomena dari pembentukan tegangan
listrik pada sebuah material ketika mengenakannya ke tegangan mekanis dan
menghasilkan regangan sebagai akibat dari medan listrik yang dilakukan
Piezoelektrisitas didefinisikan sebagai perubahan polarisasi listrik dengan
perubahan tegangan yang dilakukan
Perubahan dari tegangan atau regangan pada material sebagai akibat
dari medan magnet yang dilakukan
Direct Piezoelectric Effect
Material piezoelectric akan menghasilkan potensial listrik
ketika diberikan gaya (mechanical stress).
The direct Effect : Generator
Compression
Effect:
Tension
Effect:
F
F
Menurunkan volume dan mempunyai
tegangan dengan polaritas yang sama
dengan material
Meningkatkan volume dan mempunyai
tegangan dengan polaritas yang
berkebalikan dengan material
Inverse Piezoelectric Effect
Jika material piezoelectric diekspos ke sebuah electric field,
hasilnya material tersebut akan memanjang atau memendek
berbanding lurus dengan tegangannya
The Inverse Piezoelectric Effect
Jika tegangan yang digunakan
mempunyai polaritas yang sama,
maka material tersebut akan
memanjang
Jika tegangan mempunyai
polaritas yang berkebalikan,
maka material akan berkontraksi
What can piezoelectric ceramics do?
Kompresi atau tekanan pada piezoelectric ceramic perubahan momen dipol tegangan.
Generator and motor actions of a piezoelectric element
Structure of Piezoelectric
Keramik piezoelektrik tradisional
disebut dengan perovskite crystal, setiap
kristal mengandung sebuah ion yang
kecil dan tetravalen, biasanya adalah
titanium atau zirconium, dan yang
lebih besar, biasanya adalah timbal atau
barium, dan ion oksigen (divalent
metal ions)
Polarization of Piezoelectric
Di atas temperatur kritis, Curie Point, kristal
perovskite mempunyai stuktur kubus sederhana
tanpa ada momen dipol kehilangan sifat
piezoelectric.
Pada temperatur di bawah Curie point, ketika stress
diaplikasikan struktur berubah menjadi
tetragonal atau rhombohedral tiap kristal
mempunyai momen dipol, menghasilkan tegangan.
Electric dipoles in Weiss
domains; (1) unpoled
ferroelectric ceramic,
(2) during and (3) after poling
(piezoelectric ceramic)
After poling the zirconate-titanate atoms are off center. The molecule
becomes elongated
Polarization of piezoelectric Pada skala mikro material tersusun dari ion-ion dimana ion
inilah yang membentuk dipol listrik. Sekumpulan dipol yang sejajar disebut Weiss Domain.
Weiss domain tersusun secara acak pada material ceramic sebelum diberikan arus listrik. Medan listrik akan diaplikasikan sebesar >2000 V/mm pada piezo.
Polarization of piezoelectric Ketika tegangan listrik diaplikasikan pada material
piezoelectric, susunan Weiss domain akan proporsional dengan tegangan. Hasilnya adalah perubahan dimensi (ekspansi, kontraksi) dari material PZT.
Types of Piezoelectric Materials
1. Natural and Synthetic Crystals
Quartz, Rochelle Salt (Natural)
Lithium Sulfate,Ammonium Dihydrogen Phosphate (Synthetic)
2. Piezoceramic elements
Lead ZirconateTitanate (PZT)
BariumTitanate , Cadmium Sulfide
3. Piezoelectric Polymer
• Polyvinylidene Fluoride (PVDF)
How are Piezoelectric
Ceramic made?
Serbuk halus dari komponen oksidalogam dicampur dalam proporsi tertentu,kemudian dipanaskan untuk membentuk serbuk yang seragam.
Serbuk dicampur dengan bahan pengikatorganik dan dibentuk elemen stuktural (structural element).
Elemen dibakar sesuai dengan waktu dansuhu tertentu (sintering) dan akan dihasilkan stuktur yang padat.
Elemen didinginkan, dibentuk sesuai dengan spesifikasi. Elektroda diaplikasikan pada material konduktor yang dihubungkan ke elemen.
Applications
19
Mekanis ke listrik:
Force, Pressure, and acceleration sensors
Smart Sensors for Side Impact Diagnostics
High Voltage - Low Current Generators: Spark Igniters for Gas grills,
small engines, etc.
Platform Stabilization Sensors
fuel-ignition devices
Listrik ke mekanis:
Ultrasonic motors,
Small Vibration Shakers
Microactuators (High Precision Macro actuators)
Sonar array arrays for collision avoidance
Pumps for Inkjet Printers
Pressure Application An everyday application example is a
car's airbag sensor. The material detects the intensity of the shock (impact) and sends an electrical signal which triggers the airbag to deploy.
Applications
Microrobot:
Robot platform legs are piezoactuators.
By applying voltage to the electrodes,
piezolegs are lengthened, shortened, or
bent in any direction in a fine
movement.
Microgripper:
Piezoactuator works on contraction for
gripping motion based on the compliant
mechanism. Gripper is of very small size
and almost any required geometrical
shape.
Thank You
Ardiles: mekanisme inverse piezo? Gaya yang diberikan
dengan besaran listrik?
Erik: Besarnya perubahan dimensi atau tekanan?
Dedi: jenis material inversenya apa?
kennedy: efek piezoelektrik hanya sekali?
Abram: bagaimana elektron mengalir?