Yung04's blog

Oct
24
2015

Piezoelektrik

Ditulis oleh : Eka Buyung lienadi

23 Oktober 2015

Dalam kehidupan sehari-hari, manusia dibantu oleh berbagai macam peralatan. Namun, sedikit manusia yang mengerti cara kerja dari alat-alat tersebut. Bahkan untuk suatu alat yang ‘dikategorikan sederhana’. Sebagai contohnya yaitu pemantik api. Tidak semua orang mengerti cara kerja dari pemantik api. Selain itu, banyak jiwa muda yang memiliki ide untuk menciptakan alat untuk menghemat atau menciptakan energi terbaharui. Salah satu ide yang sering muncul yaitu sepatu yang dapat menghasilkan energi listrik dari energi gerak. Kedua konsep tersebut menggunakan suatu mekanisme yang disebut dengan piezoelektrik. Dalam tulisan ini, akan dijelaskan pengenalan dari prinsip piezoelektrik.

Piezoelektrik ditemukan di Perancis pada tahun 1880 oleh jacques dan Pierre Curie. Piezoelektrik berasal dari bahasa Yunani. Piezo berarti tekanan dan elektrik berarti energi listrik. Piezoelektrik merupakan sifat suatu bahan di mana bila bahan tersebut dikenai tekanan (stress), maka akan timbul medan listrik dan sebaliknya. Jika bahan tersebut dikenai medan listrik, maka akan terjadi perubahan dimensi (efek mekanis) pada bahan tersebut. Sifat reversibel ini merupakan piezoelektrik.

Mengapa dapat terjadi sifat reversibel? Sebenarnya material yang memiliki sifat piezoelektrik tersusun dari kristal-kristal. Setaip kristal mengandung muatan positif dan negatif. Kedua muatan ini terpisah tetapi terbagi secara simetris sehingga muatan dalam kristal menjadi netral. Bila material diberi tekanan, muatan menjadi tidak seimbang. Dengan ketidakseimbangannya muatan, maka timbullah medan listrik.

Bila material dilewati medan listrik, maka molekul terpolarisasi pada material akan berusaha menyesuaikan diri dengan medan listrik. Maka dari itu, terjadilah deformasi mekanik sehingga terjadi perubahan ukuran dari material. Fenomena ini juga dikenal dengan electrostiction.

Ada beberapa jenis bahan yang menimbulkan efek piezoelektrik. Bahan piezoelektrik digolongkan menjadi 2 jenis. Pertama, bahan alami yang terdiri dari kuarsa ( Quartz, SiO2 ), berlinite, garam rossel, dan turmalin. Kedua, bahan sintesis atau bahan yang diproduksi oleh manusia. Sebagai contoh terdapat Barium titanate (BaTiO3), Lead titanate (PbTiO3), Lead Zirconium titanate (PZT), dll.

Selain bahan yang sudah sering digunakan, ditemukan juga sifat piezoelektrik pada beberapa material walaupun material tersebut jarang digunakan. Contoh material tersebut yaitu tulang, dentin, DNA, tendon, enamel, kayu, dsb. Dari contoh tersebut dapat disimpulkan bahwa pada faktanya sebagian besar jaringan tubuh manusia merupakan bahan yang bersifat piezoelektrik. Dengan begitu tidak menutup kemungkinan adanya efek piezoelektrik yang terjadi dalam tubuh manusia.

Aplikasi dari piezoelektrik diterapkan untuk bebagai hal dalam kehidupan. Slah satu penerapan awal yaitu untuk fungsi militer. Sonar kapal selam yang menggunakan transducer memanfaatkan prinsip piezoelektrik. Berkat penemuan Paul Langevin ini, piezoelektrik menjadi terkenal. Sekarang pemanfaatan piezoelektrik diterapkan untuk memproduksi dan deteksi suara, menghasilkan tegangan tinggi, STM, AFM, MTA, SNOM, produksi gelombang ultrasonik, penyulut pada pemantik api, gas tabung, dll.

Bagaimana konsep pada pemantik api? Ketika seseorang menggerakkan tuas atau memutar roda gerigi pada pemantik api, maka di dalam pemantik terdapat palu yang akan memukul material piezoelektrik. Material tersebut akan menghasilkan tegangan listrik tinggi hingga 800 volt. Tegangan ini dialirkan sedemikian rupa supaya mencapai suatu titik yang terletak di antara 2 plat logam yang di tengahnya terdapat uap dari minyak ( sebagai bahan bakar). Akibat dari tegangan tinggi, uap di antara plat akan terionisasi dan timbullah discharge. Discharge ini merupaka percikan yang akan memicu ledakan kecil ( nyala api) akibat bereaksi dengan gas.