Aplikasi Bahan Piezoelektrik Film PVDF (Polyvinilidene Flouride) Sebagai Bahan Penghemat Baterai Pada Laptop

PENDAHULUAN

 Semakin berkembangnya teknologi , turut berperan penting dalam menjawab kebutuhan saat ini.  Untuk berkomunikasi dengan kerabat jauh tidak lagi repot, jarak yang ada seolah dapat terhapuskan oleh teknologi yang tersedia. Penggunaan gadget pun tidak lagi sebagai hal mewah, manusia sudah terbiasa hidup berdampingan dengan peralatan elektronik. 

Salah satu gadget yang telah umum digunakan dan dimiliki oleh banyak orang yakni laptop. Penggunannya yang mudah dan praktis menjadikan alat ini banyak diminati. Selain dapat menjadi media komunikasi, aplikasi-aplikasi yang terdapat di dalamnya juga banyak dibutuhkan untuk menyelasaikan suatu pekerjaan baik bagi personal ataupun perusahaan.

Umumnya penggunaan laptop  dapat mencapai 8  jam sehari, padahal baterai pada laptop memiliki daya untuk menyala rata-rata selama 3 jam. Hal ini menyebabkan berkurangnya nilai efisiensi dan kepraktisan pada laptop jika pengguna harus mencari sambungan listrik untuk mencharge laptop. Padahal, pada kondisi tertentu misalnya penggunaan laptop pada saat kuliah kurang tersedia sambungan kontak untuk mencharge.

Piezoelektrik merupakan salah satu jenis material cerdas yang prinsip kerjanya memproduksi medan listrik saat dikenai tekanan atau regangan. Sebaliknya jika diberi suatu medan listrik, material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Penggunaan bahan piezoelektrik dalam sensor maupun tranduser sudah berkembang dengan pesat. Bahan ini dapat diaplikasikan dalam banyak hal, karena prinsip kerja yang sederhana dan penerapannya relatif mudah.

Bahan piezoelektrik yang ada di pasaran salah satunya berbentuk lembaran tipis yang biasa disebut dengan film PVDF. Film PVDF adalah materi yang murah, ringan, fleksibel, mempunyai range frekuensi yang lebar dan sangat sensitif. Bahan ini dapat secara langsung ditempel pada bahan uji tanpa mengganggu secar mekanis terhadap bahan yang ditempeli atau dimasuki (Santoso, 2005). Sehingga aplikasi dari film PVDF sangat luas, misalnya aplikasi sebagai sensor dalam pengukuran beban dinamis (dynamic loads) ataupun sebagai aktuator.

Apabila film PVDF terdeformasi secara mekanik, misalnya terkena tekanan, maka partikel penyusunnya menjadi terpolarisasi sehingga menimbulkan konsentrasi muatan listrik pada masing-masing permukaannya. Besarnya konsentrasi muatan listrik yang terbentuk ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber tegangan.

Berdasarkan dua fenomena di atas, maka saya mengajukan gagasan tentang “APLIKASI BAHAN PIEZOELEKTRIK FILM PVDF (Polyvinilidene Flouride) SEBAGAI BAHAN PENGHEMAT BATERAI PADA LAPTOP”, karena diharapkan fungsi dari film PVDF dapat memberikan sumbangan tegangan pada baterai laptop sehingga penggunaannya dapat menambah nilai efisiensi. Tujuan dari penulisan ini adalah untuk meningkatkan pemanfaatan film PVDF (Polyvinilidene Flouride) selain itu juga mempelajari sistematika penghematan baterai laptop dengan film PVDF (Polyvinilidene Flouride). Sedangkan manfaat yang diperoleh sebagai Mahasiswa dapat memberikan tambahan wawasan dan kesempatan untuk memanfaatkan ilmu yang telah dipelajari sedangkan bagi masyarakat dapat  digunakan sebagai salah satu alternatif sistem penghematan baterai laptop.

PEMBAHASAN

 Sejak ditemukannya sifat piezoelektrik banyak peneliti yang menggali keberadaan sifat ini dalam berbagai bahan. Kata piezoelektrik sendiri berasal dari bahasa Yunani yang berarti “listrik oleh tekanan”. Nama ini diberikan oleh Hankel pada tahun 1881 utuk fenomena yang ditemukan oleh Pierre and Jacques Curie setahun sebelumnya. Kedua ilmuwan ini mengamati bahwa terjadi pengumpulan muatan pada permukaan sebuah kristal (Santoso, 2011).

Secara umum, gejala yang terjadi pada molekul  dinamakan efek piezoelektrik. Efek piezoelektrik adalah efek dimana suatu bahan akan mengalami deformasi fisik atau mekanik bila terkena arus listrik dan sebaliknya akan menghasilkan listrik apabila terjadi deformasi fisik.

Hal ini terjadi akibat perubahan jarak antara muatan positif dan negatif dalam molekul saat terkena deformasi sehingga menyebabkan perubahan orientasi muatan. Besarnya konsentrasi muatan listrik yang terbentuk ini dapat dinyatakan dalam dua mode persamaan, yaitu charge mode dan voltage mode (Santoso, 2005).

            Untuk charge mode berlaku persamaan :

Q = d3i σi A  (i= 1,2 atau 3)

Dimana,
Q   = Muatan yang dihasilkan

d3i  = Konstanta material piezoelektrik

σi   = tekanan relevan

            Untuk voltage mode berlaku persamaan :

V0 = g3i σi t

Dimana,

V0 = tegangan open loop

g3i = konstanta material piezoelektrik

σi   = tekanan material piezoelektrik

t     = tebal material piezoelektrik

Material yang mengalami efek piezoelektrik disebut material piezoelektrik. Material piezoelektrik yang umum dan banyak digunakan saat ini adalah material berbasis keramik seperti lead  zirconium  titanate (PbZrTiO3) yang secara komersial dikenal dengan nama PZT dan barium titanate (BaTiO3). Material-material berbasis keramik ini memiliki beberapa kelemahan yaitu sifatnya yang getas (brittle), yield strain yang rendah, cukup berat karena densitas keramik yang tinggi dan memakan biaya yang tinggi dalam pembuatannya (Thompson, M, 2002).

Kelemahan-kelemahan yang dimiliki material piezo berbasis keramik dapat diatasi dengan penggunaan material piezo berbasis polimer, yakni PVDF. Film PVDF adalah salah satu materi piezoelektrik yang umum digunakan dalam pembuatan sensor. Sensor merupakan alat yang menerima suatu rangsangan dan menanggapinya dengan sinyal elektronik. Instrumen ini mengubah besaran fisik menjadi besaran listrik.  Film dapat berfungsi sebagai permukaan aktif (active surface) maupun bulk wave dalam  sensor piezoelektrik (Setiyan, 2008). 

Sifat piezoelektrik PVDF berasal dari struktur molekulnya yang tidak simetris, dengan rumus CH2 = CF2. Bahan ini mempunyai pusat gravitasi antara proton dan elektron tidak berimpit pada temperatur kamar. Hal ini menimbulkan dipol permanen yang dalam kondisi normal terorientasi secara acak sehingga tidak menimbulkan efek piezoelektrik. Dengan memberikan medan listrik pada temperatur dan waktu poling tertentu, dipol permanen akan terorientasi kea rah medan listrik tersebut (Yudianti, 1996).

Dengan adanya sifat piezoelektrisitas pada film PVDF dapat dimanfaatkan sebagai sumber tegangan DC, yakni pada laptop yang merupakan salah satu kebutuhan saat ini. Material ini diterapkan pada sistem sumber tegangannya. Film PVDF yang peka terhadap tekanan diempelkan pada bawah keyboard laptop yang ketika mendapat tekanan selanjutnya akan terkonversi menjadi tegangan. Tegangan tersebut dikumpulkan lalu dialirkan pada baterai laptop yang sedang dipakai. Sehingga proses ini diharapkan dapat menghemat penggunaan baterai laptop.

Sejauh ini, penggunaan material piezoelektrik khususnya film PVDF (Polyvinilidene Flouride) sangatlah luas, tetapi yang utama adalah sebagai aktuator dan sensor. Aktuator piezoelektrik menggunakan efek converse dari material tersebut. Sedangkan untuk sensor memanfaatkan efek direct dari piezoelektrik.

Dalam penerapannya untuk sensor, material piezoelektrik banyak digunakan dalam aplikasi pengukuran beban dinamis (dynamic loads), seperti pengukuran beban yang berfluktuasi, getaran, atau beban tumbukan (impact loads). Pengukuran beban dinamis ini banyak ditemui dalam rekayasa mekanikal, rekayasa struktur, rekayasa medis, sport engineering dan welfare engineering. Dalam bidang rekayasa ini dibutuhkan material sensor yang bersifat ringan, fleksibel, yields strain yang cukup tinggi, cukup kuat menahan tumbukan yang keras serta mudah dalam hal penanganannya (Prananto, 2009).

Piezoelektrik juga dapat dimanfaatkan sebagai transformator. DARPA  Amerika Serikat juga telah  melakukan proyek pemanfaatan bahan piezoelektrik sebagai sumber tegangan yang diterapkan pada sepatu boot tentara, yang nantinya daya yang tersimpan pada sepatu tersebut dapat dipakai oleh penggunya.

Sedangkan dalam hal penghematan baterai laptop, sejauh ini belum ditemukan alat (instrumen) khusus sebagai jawabannya. Yang sedang marak diperbincangkan adalah software penghemat baterai laptop dan sudah banyak digunakan, tetapi efisiensi penghematannya belum maksimal. Oleh karena itu penulis terdorong untuk mengajukan gagasan ini. 

 Melihat potensi bahan piezoelektrik yang dapat digunakan sebagai sumber tegangan DC, penulis berkeinginan untuk mengembangkannya. Kali ini dipilih film PVDF (Polyvinilidene Flouride) sebagai bahan yang digunakan karena film PVDF (Polyvinilidene Flouride) merupakan salah satu material piezoelektrik yang mudah dibuat, harga yang terjangkau dan sifat elastis serta piezoelektrisitasnya yang tinggi.

 Selain itu, sejauh ini penelitian mengenai instrumen ataupun cara untuk menghemat baterai laptop belum berkembang. Padahal, seperti yang diketahui laptop sudah banyak penggunaannya, bahkan menjadi kebutuhan utama untuk kalangan pekerja ataupun pelajar.

Dengan mengkombinasikan potensi film PVDF (Polyvinilidene Flouride) sebagai material piezoelektrik yang tepat guna serta minimnya pengembangan penelitian mengenai penghematan baterai laptop, maka penulis mengajukan gagasan tentang “APLIKASI BAHAN PIEZOELEKTRIK FILM PVDF (Polyvinilidene Flouride) SEBAGAI BAHAN PENGHEMAT BATERAI PADA LAPTOP”.

Dalam tahap pelaksanaan, dibutuhkan tempat untuk percobaan awal dalam pemasangan film PVDF di bawah keyboard  laptop, sehingga dibutuhkan kerjasama untuk melaksanaan percobaan di laboratorium.

Untuk tahap selanjutnya dibutuhkan kerjasama dengan perusahaan produsen laptop atau untuk langkah awal dengan distributor laptop guna uji coba untuk produk mereka di pasaran setelah sebelumnya telah dilakukan uji coba di laboratorium mengenai kelayakan alat.

Selanjutnya pihak yang sangat membantu dalam implementasi gagasan ini adalah konsumen atau pengguna laptop untuk penggunaan laptop dengan tambahan material ini.  

 Untuk mengimplementasikan gagasan yang diajukan penulis, maka terlebih dahulu dilakukan pengujian alat, yang nantinya hasil dari pengujian tesebut dapat digunakan. Sebelum dilakukan pengujian alat diperlukan persiapan terlebih dahulu, yakni persiapan pengumpulan bahan dan alat yang akan digunakan.  

Alat dan Bahan

·         Material piezoelektrik film PVDF

·         Kabel penghubung

·         Osiloskop

Dalam pengujian alat perlu diperhatikan sumbu-sumbu dalam film PVDF juga dan cara menempelkannya pada struktur  

 KESIMPULAN

Melihat adanya sifat piezoelektrik pada filmPVDF (Polyvinilidene Flouride) dan kelebihan yang dimiliki film PVDF penulis ingin mengajukan gagasan tentang pemanfaatan film PVDF sebagai bahan yang dapat menghemat penggunaan baterai laptop dengan memanfaatkan sifat piezoelektriknya. Yakni ketika film PVDF yang ditempelkan di bawah keyboard laptop diberi tekanan oleh pengguna, maka akan menghasilkan tegangan listrik yang kemudian tegangan tersebut dialirkan pada baterai laptop.

 Penerapan bahan piezoelektrik khusunya film PVDF sudah banyak digunakan, penulis hanya melakukan pengembangan aplikasinya. Di sini yang diperlukan adalah pengujian alat, setelah dilakukan pengujian, hasil yang diperoleh dievaluasi. Apakah telah didapatkan hasil sesuai dengan target atau keinginan yang diharapkan oleh penulis. Jika tidak sesuai, dibutuhkan pengujian alat kembali dengan merubah variabel-variabel tertentu. Setelah itu, jika telah didapatkan hasil yang cukup memenuhi kebutuhan baru penggunaannya dapat dipublikasikan kepada masyarakat.            

Pencapaian implemetasi gagasan yang diajukan oleh penulis diharapkan dapat memberikan manfaat kepada masyarakat, khususnya para pengguna laptop dalam peningkatan nilai kepraktisan dan efisiensi dalam penggunaan laptop. Selain itu, implementasi gagasan ini juga dapat bermanfaat bagi produsen laptop supaya menigkatkan penjualan laptop dikarenakan nilai efisiensi dan praktis dari gadget tersebut telah bertambah. 

DAFTAR RUJUKAN

Santoso, D. R. 2005. Design of Piezoelectric Sensor for Stress Measurement of Structural Members. Jurnal : Transaction of Japan Society of naval Architects No 109, Edisi Maret 2005.

Hananto, Farid Samsu. 2011. Aplikasi Bahan Piezoelektrik Film PVDF (Polyvinilidene Flouride) sebagai Sensor Viskositas Zat Cair. Skripsi Mahasiswa S1Universitas Brawijaya

Thompson, Mitchel L. 2002. On the Material Properties and Constitutive Equation of Piezoelectric Poly Vinylidene Flouride (PVDF). Drexel University

Setiyan, Eka. 2008. Film PVDF (Polyvinilidene Flouride) untuk Aplikasi Sensor Piezoelektrik. Skripsi Mahasiswa Institut Teknologi Bandung

Yudianti, Rike, dkk. 1996. Pengaruh Tegangan dan Waktu Poling terhadap Konstanta Piezoelektrik dari Film PVDF yang Ditarik. Buletin IPT, No 1 Vol II edisi April/Mei 1996

Santoso, D. R, dkk. 2011. Application of Piezoelectric Material Film PVDF (Polyvinilidene Flouride) as Liquid Viscocity Sensor. Jurnal Neutrino Vol 3, No 2, April 2011

Prananto, Dwi. 2009. Karakterisasi Smart Material Polyvinilidene Flouride (PVDF) sebagai Tranduser Piezoelektrik. www.its.ac.id . ITS Online Library.