Dosen Pendidikan Fisika FKIP Unhalu

2 Dosen Pendidikan Fisika FKIP Unhalu

3 Dosen Pendidikan Fisika FKIP Unhalu 3 Dosen Pendidikan Fisika FKIP Unhalu

Penelitian secara intensif terhadap efek signifikan terjadi pada suhu transisi nematik- termo-mekanik dari side-chain liquid crystal isotropik (gambar 1) . Monodomain liquid single elastomer (SC-LCE) sudah banyak dilakukan crystal elastomer (LSCE) secara optik transparan dalam beberapa tahun terakhir (Yusuf dkk, 2005, sebab sumbu birefringence atau orientasi 2006), namun respon dari efek mekanik masih direktor, n, unit mesogen teratur dalam keadaan relatif kecil sehingga perlu ditingkatkan. Pada liquid crystal . Finkelmann dan Kundler setelah penelitian sebelumnya oleh Yusuf dkk digunakan itu melaporkan bahwa film nematic LCE cross-linker bifunctional (polydimethylsiloxane (NLCE) memperlihatkan kontraksi secara dengan terminal grup vinyl ) dan trifungtional (1, spontan ketika dipanaskan menuju suhu nematik-

3, 5 trisundec-10-enoxy-benzene ) pada SC-LCE isotropik (Thomsen dkk, 2001).

(Yusuf dkk, 2005). Hasil yang diperoleh memperlihatkan

perubahan bentuk anisotropi, Δλ, yang masih relatif kecil dari yang diharapkan sehingga masih perlu ditingkatkan. Berlatar belakang pada permasalahan di atas, penelitian ini akan difokuskan untuk mencari sebuah bahan di dalam LCE yang memiliki respon cepat dan sensitif terhadap suhu dan

nilai

Gambar 1. Proses termal menyebabkan kontraksi medan listrik sebagai sebuah otot buatan. spontan dalam LCE. N = nematik; I = isotropik

Oleh karena itu pada penelitian ini akan digunakan tipe main-chain liquid crystal

karena elastomers (MC-LCE) dengan pemilihan agen mengkombinasikan dua sifat-sifat fisika, yaitu cross-linker dan unit mesogen yang tepat. sifat anisotropik dari liquid crystal (mesogen) Donnio, Wermter, dan Finkelmann pertama kali dan sifat elastik dari jaringan-jaringan polimer mensintesa MC-LCE dengan cross-linking rantai (polymer networks) . Sebagai konsekuensi kedua polimer liquid crystal dan sebuah siloxane yang sifat diatas LCE menunjukkan sejumlah efek-efek fleksibel berbasis cross-linker. Sistem main- mekanik dan optik bila diberi berbagai chain ini menunjukkan nematic mesophase dan rangsangan (stimuli) eksternal seperti suhu, sifat anisotropik mereka yang mempunyai analisa medan listrik, medan magnet dan cahaya. Sifat termal dan mekanik sebagai fungsi kerapatan mekanik material LCE dapat dikontrol dan cross-linking. Dalam MC-LCE prilaku fase dioptimasi dengan memilih secara efektif pada utamanya ditentukan oleh komposisi kimia dari fase liquid cristal, kerapatan cross-linking, mesogen, karena itu orde nematik dari mesogen fleksibilitas polymer backbone, penggabungan dan sifat-sifat mekaniknya adalah sangat antara backbone dan grup liquid crystal, dan dipengaruhi oleh bentuk geometri dan kosentrasi pengaruh (stimuli) eksternal, dimana laju cross-linker . Struktur dasar dan struktur kimia kontraksi muncul ketika fase transisi terjadi.

LCE menjadi

menarik

pembentuk MC-LCE adalah 2-ethyl-1,4-phenylen Perubahan bentuk (deformation) termo- bis [4-[4-(vinyloxi)buboxy] benzoate] (C 34 H 38 O 6 )

mekanik ini merupakan perhatian yang sangat yang mempunyai Δε positif ~ 50, Cross-linker menarik sebagai kandidat otot-otot buatan lunak agent adalah pentamethylcyclopentasiloxane

diketahui mempunyai Keller, 2006; Yu dan Ikeda, 2006). Ketika fleksibelitas yang dan anisotropi yang lebih tinggi

(soft artificial muscle) (Yusuf, 2005; Li dan (C 5 H 20 O 5 Si 5 )

yang

dipanaskan molekul-molekulnya mengalami dari tipe SC-LCE, yang artinya akan perubahan panjang yang spontan dan histerisis menghasilkan efek-efek mekanik yang lebih besar pada daerah disekitar suhu transisi nematik- dan rantai pemanjang (chain extender) 1,1,3,3,- isotropik. Fenomena ini karena perpaduan antara tetramethyldisiloxane . Respon anisotropik dalam

MC-LCE adalah lebih besar daripada dalam SC- nematik ke fase isotropik, SC-LCE yang LCE karena perpautan langsung unit mesogen ditanamkan dalan minyak silikon mangalami dalam polymer backbone. Penelitian ini akan kontraksi pada orde 30-40% (gambar 2) (Yu dan dikonsentrasikan untuk mengamati efek-efek Ikeda, 2006). Kontraksi SC-LCE ini akan kembali mekanik (perubahan panjang relatif, λ dan seperti semula (bentuk asal mereka) setelah kontraksi maksimum dari MC-LCE terhadap didinginkan dari fase isotropik ke fase nematik. variasi suhu. Dalam penelitian ini menggunakan material MC-LCE dengan kosentrasi cross-linker

Penelitian secara intensif terhadap efek-

2.5 %, 6 % dan 12 %. Bahan-bahan LCE yang efek termo-mekanik dari side-chain liquid crystal digunakan dalam penelitian ini dibuat oleh grup elastomers (SC-LCE) juga telah diamati (Yusuf Finkelmann di Makromolekulare Chemie, dkk, 2004, 2005, 2007). Efek termo-mekanik dari Freiburg University. Networks pada LCE bifunctionally cross-linked SC-LCE (dengan 8% diperoleh dari hasil sintesa yang dilakukan dalam bifunctional cross-linker ) ini sudah dikaji secara dua tahap, tahap pertama adalah dengan mendalam, dimana sebuah perubahan panjang menambahkan bifunctional cross-linking agents yang spontan pada suhu transisi nematik- pada rantai polimer, sedangkan tahap kedua isotropik terjadi seperti terlihat pada gambar 3. adalah dengan memberikan regangan mekanik Perubahan bentuk pada SC-LCE sebagai respon (mechanical strain) saat proses cross-linking agar terhadap suhu adalah menyusut jika sejajar n diperoleh orientasi direktor, n, yang seragam dari ( n

 ). grup mesogen (Li dan Keller, 2006).

) dan mengembang jika tegak lurus n ( n Liquid crystal elastomer (LCE) terdiri Dalam keadaan nematik, SC-LCE mempunyai

dari dua sub-struktur, cross-linked siloxane bentuk gyration rerata ellipsoid dari jaringan polimer networks dan side-chain/main-chain polimer searah dengan direktor, n, yang mana grup mesogen yang terbuat dari molekul-molekul jari-jari R || (searah n) lebih besar dari R ┴ (tegak o liquid crystals (Finkelmann dkk, 1981). Beberapa lurus n). Di atas suhu transisi (~ 80

C) orde efek fisika yang luar biasa yang ditemukan dalam nematik menjadi lenyap dan kemudian jaringan

LCE adalah perubahan bentuk yang reversibel polimer berubah bentuk menjadi spherical secara spontan pada pemanasan ataupun isotropik. pendinginan, sifat elastisitas (deformasi mekanik)

tanpa adanya atau tekanan yang kecil, ketidakstabilan mekanik dan ketidakkontinuan hubungan stress-strain pada perubahan orde nematik oleh medan mekanik, perubahan elektrik dari sifat optik dengan menyertai tekanan mekanik, fase padat nematohydrodynamic dan dinamika kelunakan (Tajbakhsh dan Terentjev, 2001). Prilaku unik LCE ini diturunkan dari perpautan antara sifat elastis jaringan-jaringan polimer dan orientasi arah mesogenic mereka. Kombinasi dua sifat material ini cukup menarik perhatian para peneliti untuk mengkaji lebih

Gambar 3. Perubahan bentuk dari SC-LCE dalam lagi.

sebagai fungsi suhu. Dimensi SC-LCE yang Keller dkk melakukan penelitian yang

searah dengan n meyusut, yang tegak lurus n memberikan kontribusi penting pada perubahan

mengembang (Yusuf, 2004). bentuk microsized sebagai respon pillar yang

didasarkan pada material

Perubahan suhu mempengaruhi orde menggunakan teknik soft lithography yang parameter nematik suatu nematic elastomers dan disebut replica molding. Respon side-chain (SC) perubahan bentuk makroskopi, yang secara yang berukuran mikro yang didasarkan pada permanen

LCE dengan

molekul-molekulnya bersejajaran material LCE, ketika dipanaskan dari fase dalam

keadaan

monodomain. Parameter monodomain. Parameter

perbandingan panjang memfoto hasil pengamatan pada sampel, satu set ekspansi/penyusutan, L i , terhadap panjang PC berfungsi untuk menyimpan hasil pengamatan isotropik, L o . Garfik pemanasan dan pendinginan sebelum dianalisa dengan program CorelDraw yang menunjukkan perubahan panjang relatif dari dan KGraph. SC-LCE (gambar 4).