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?