Penemuan fenomena Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC) pertama kali terjadi pada tahun 1980 oleh James Fergason dari Raychem Corporation, sebuah perusahaan di California yang menggunakan proses radiasi kimia untuk produk komersial. Fergason mematenkan penemuannya pada tahun 1984 dengan judul “Encapsulated Liquid Crystal and Method”. Pada tahun 1987, PDLC mulai dikomersialkan dengan nama Nematic Curvilinear Aligned Phase (NCAP) oleh anak perusahaan Raychem, Taliq Corporation. Antara tahun 1990 dan 1995, Raychem memberikan lisensi kepada 3M (Amerika), Nippon Sheet Glass (Jepang), dan Saint Gobain (Eropa) (Hakemi, 2017; Lampert, 1999).

Pada tahun 1987, Kent State University dan Ohio University mematenkan penemuan PDLC dengan metode Phase Separation (PS). Lisensi untuk PDLC diberikan pada periode yang sama dengan NCAP, kepada Ajinomoto (Jepang), 3M (Amerika), Snia BPD/FIAT Group (Eropa), Polytronix (Amerika), dan Asahi Glass (Jepang).

Beberapa industri yang memegang hak produksi PDLC antara tahun 1980 dan 1990 ditunjukkan pada tabel berikut:

Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC) adalah material yang terdiri dari kristal cair yang tersuspensi dalam matriks polimer. Kristal cair adalah fase termodinamik dari material terkondensasi yang merupakan campuran antara larutan isotropik konvensional dengan kristal solid tiga dimensi. Kristal cair sering disebut sebagai fluida kompleks atau materi lunak. Material ini unik karena menunjukkan keteraturan pada fase larutan, seringkali tampak buram atau keruh. Kristal cair dapat membentuk cairan kristalinitas dalam larutan (isotropik) atau dalam keadaan teratur (mesogenik). Kristal cair dapat digabungkan dengan polimer baik sebagai komponen utama rantai polimer atau sebagai rantai sampingan. PDLC terbentuk ketika kristal cair tersuspensi dalam matriks polimer.

a. Material

Material PDLC harus mampu mempertahankan dirinya sendiri, bersifat heterogen, dan dapat dilapisi atau tidak dilapisi pada substrat transparan. Pembuatan sampel PDLC dimulai dari pencampuran homogen antara kristal cair dengan prepolymer fluid. Kemudian, dilakukan pemisahan fase antara kristal cair dan polimer untuk menghasilkan droplet kristal cair yang tersebar dalam matriks polimer. Metode pemisahan ini memungkinkan pengaturan ukuran droplet dengan diameter 0,01-20μm, yang meningkatkan luas permukaan.

b. Klasifikasi

Klasifikasi PDLC didasarkan pada metode fabrikasinya. Terdapat tiga metode umum dalam pembuatan jendela cerdas PDLC:

1. Polymerization-induced phase separation (PIPS): Digunakan ketika prepolymer larut dalam kristal cair dengan berat molekuler rendah, menghasilkan campuran homogen. Polimerisasi dapat terjadi melalui beberapa cara, seperti reaksi kondensasi ketika menggunakan epoksi resin. Selama proses polimerisasi, kelarutan kristal cair berkurang hingga terjadi pemisahan dengan pembentukan droplet, yang tumbuh hingga gelasi polimer memfiksasi ukuran dan bentuknya.
2. Thermally-induced phase separation (TIPS): Menggunakan polimer termoplastik yang meleleh di bawah suhu dekomposisinya, memungkinkan kristal cair larut dalam lelehan polimer. Pemisahan fase terjadi saat pendinginan larutan homogen, dengan laju pendinginan menentukan ukuran droplet.
3. Solvent-induced phase separation (SIPS): Menggunakan polimer termoplastik, kristal cair, dan pelarut untuk membentuk larutan homogen. Larutan ini ditempatkan pada substrat dan pelarut diangkat dengan evaporasi, sehingga terjadi pemisahan fase dan pemadatan polimer. Laju pengangkatan pelarut menentukan ukuran droplet.

Metode fabrikasi yang efektif sangat penting untuk menentukan sifat keseluruhan PDLC.

c. Struktur

Struktur jendela cerdas PDLC terdiri dari tiga lapisan di atas substrat transparan. Jendela cerdas PDLC dibangun dengan lapisan konduktor transparan yang mengapit lapisan kristal cair dan polimer. Struktur dari luar ke dalam terdiri dari lapisan konduktor transparan (biasanya indium tin oxide atau ITO), lapisan kristal cair dan polimer, lapisan konduktor transparan, dan substrat yang bisa berupa kaca atau polimer transparan.

d. Mekanisme Kerja

Seperti jendela elektrokromik dan gasokromik, jendela PDLC juga termasuk dalam jendela cerdas aktif, yang dapat dikontrol oleh penghuni dengan pemberian tegangan listrik. Berbeda dengan jendela elektrokromik yang menggunakan arus searah (DC), jendela PDLC menggunakan arus listrik bolak-balik (AC). Jendela PDLC berubah dari tidak transparan (biasanya putih saat tidak dialiri listrik) menjadi transparan dengan tegangan AC 65-110 VAC, sesuai spesifikasi produsen. Konsumsi daya untuk perubahan warna adalah 5-10 W/m², menjadikan jendela PDLC paling boros energi dibanding jendela cerdas lainnya. Perubahan warna terjadi sangat cepat, sekitar 0,1 detik.

Proses pemasangan jendela PDLC dilakukan dengan menempelkan lembaran PDLC pada kaca jendela yang sudah ada, sehingga memudahkan instalasi tanpa perlu renovasi. Aplikasi utama jendela PDLC adalah sebagai kaca privasi, layar proyektor, atau kaca partisi.

e. Perawatan

Karena strukturnya terdiri dari lapisan kaca dan lapisan kristal cair, masa pakai jendela PDLC tergolong singkat dibandingkan jendela cerdas lainnya, sekitar 10-15 tahun. Rentang suhu operasinya adalah -20°C hingga 70°C. Perawatan meliputi pembersihan debu dan kotoran secara rutin serta perawatan rangkaian listrik untuk mencegah kerusakan yang bisa membahayakan penghuni. Tegangan operasi 65-110 VAC sangat berbahaya jika terkena oleh penghuni bangunan.

Referensi

Siddiq, N. A., Hendinata, L. K., Fikri, A. I. R., & Prilia, R. (2022). JENDELA CERDAS (SMART WINDOWS): Deskripsi Teknologi dan Potensi Penghematan pada Bangunan. UGM PRESS.