Rancang Bangun Alat Uji Tarik Untuk Karakterisasi Sifat Mekanik Dan Listrik Pada Material Konduktif Fleksibel

Abstract

Abstrak Elektronik fleksibel merupakan sebuah peranti elektronik yang memanfaatkan material konduktif atau semikonduktor yang dideposisi di atas substrat fleksibel. Karena bentuknya yang mudah diubah, elektronik fleksibel memiliki banyak kegunaan dalam kehidupan sehari-hari, contohnya, sebagai sensor elastis yang dapat diletakkan pada pakaian atau organ tubuh untuk memantau kinerja dari tubuh manusia dan perangkat yang dapat ditekuk. Sifat fleksibel ini dapat meningkatkan ketahanan dari sebuah rangkaian elektronik karena tidak mudah patah. Dalam mengaplikasikan elektronik fleksibel, perlu diperhatikan pengaruh tarikan mekanik terhadap sifat mekanik dan listrik bahan tersebut. Substrat elastis harus dipilih yang mampu mempertahankan sifat elastisitasnya. Selain itu elemen konduktif yang dideposisi di atas substrat fleksibel harus dijaga agar secara fisis tidak rusak dan masih memiliki sifat listrik yang sama meskipun sudah mengalami tarikan mekanik berkali-kali. Mempertimbangkan hal ini, telah dirancang dan dikembangkan alat uji tarikan pada material konduktif fleksibel untuk mempelajari sifat mekanik material dan hubungan antara sifat mekanik dengan sifat listrik dari material tersebut. Bagian bidang penarik pada alat uji tarikan ini dibuat dengan dimensi 15 x 8 x 3 cm sehingga dapat diintegrasikan dengan alat uji lain seperti mikroskop yang dapat digunakan untuk mengamati perubahan fisik bahan yang diuji. Hasil pengujian tanpa beban, menunjukkan bahwa alat mampu memberikan gaya maksimum sebesar 26,59 N dan bergeser secara simetris sebesar 40,00 mm pada saat gaya maksimum diterapkan. Gaya dapat divariasi dengan resolusi sebesar 0,14 N sedangkan pergeseran memiliki resolusi sebesar 0,02 mm. Pengujian alat untuk mengkarakterisasi substrat polyethylene terephthalate (PET) dengan ukuran 6,50 x 3,80 x 0,17 mm menunjukkan alat mampu memberikan gaya maksimum sebesar 2,16 N dengan variasi terkecil 0,14 N serta pergeseran maksimum sebesar 0,16 mm dan variasi pergeseran terkecil 0,01 mm. Pada saat elemen konduktif pasta perak dideposisi di atas PET dan diuji dengan alat ini, diperoleh informasi bahwa resistansi relatif stabil pada saat material ditarik dengan regangan 0,10 % dan bertambah hingga sekitar 10,00 ï— pada saat penarikan dengan besar regangan 1,00%. Hasil karakterisasi dua elemen konduktif yang berbeda resistansi juga memperlihatkan bahwa material yang lebih konduktif cenderung lebih stabil terhadap tarikan mekanik. Kata Kunci : Alat uji tarikan, flexible electronics, material konduktif fleksibel Abstract Flexible electronics is an electrical device using flexible substrate in which a conductive or a semiconducting material is deposed on it. Due to the capability of changing its geometry, flexible electronics has many applications, such as elastic sensor or bendable devices that can be put on clothing or human’s organ to examine human body performance. To apply flexible electronics into devices, it is important to understand the effects of mechanical tensile force to the mechanical and electrical properties of the material. The material should be able to maintain its elasticity, physical properties, as well as electrical properties after experiencing mechanical tensile forces for many times. Considering to this issue, a mechanical test instrument has been designed and built to characterize the mechanical properties of flexible conductive material and to study the correlation between mechanical and electrical properties of the material. The instrument is connected to digital microscope so that any physical changes of the material including any possible damages after mechanical stretches are observed. The instrument is able to generate a maximum force of 26.59 N and a maximum displacement of 40,00 mm. The smallest variation of the mechanical force and displacement are 0.14 N and 0.02 mm, respectively. The instrument is able to generate a maximum force of 2.16 N on 6.50 x 3.80 x 0.17 mm PET. This force triggers a maximum stretch of 0.13 mm. The smallest stretch is 0.01 mm. This mechanical stretch affects the material resistance. The resistance of silver paste deposed on top of PET is observed to be relatively constant when 0,10% strain is applied. However, this resistance changes about 10,00 ï— when 1,00% strain is applied. Less resistive material is observed to be more stable against the mechanical strain. Keywords: Conductive material, flexible electronics, PET, tensile test instrument