MAKALAH Polyaniline (PANi)

JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA BAB 1 1. Definisi Anilin Anilin adalah salah satu senyawa yang termasuk dalam kelompok amina. Rumus molekul anilin adalah C6H5NH2 , anilin merupakan senyawa turunan benzena yang salah satu atom H diganti dengan gugus –NH2. Anilin tidak berwarna, berminyak, dan mengeluarkan bau menyengat dan bersifat basa. Anilin sangat sukar larut dalam air karena anilin merupakan hidrokarbon hidropobik dengan gugus amina, namun ion anilinium larut dalam air. Anilin tidak berwarna, namun perlahan-lahan bisa teroksidasi karena interaksi dengan udara dan berubah warna menjadi kuning atau merah-coklat. Menurut Ryusei Konaka dkk (1968), anilin bereaksi dengan oksigen menghasilkan nitro benzena (kuning muda) dan azobenzena dengan mekanisme reaksi sebagai berikut Gambar 1.1 : Seperti halnya penol, anilin dan derivatnya sangat rentan terhadap reaksi subtitusi elektropilik dimana suatu atom menyerang sistem aromatis (biasanya hidrogen) dan menggantinya dengan suatu elektropilik. Skema reaksi substitusi elektropilik anilin dapat dilihat pada Gambar 1.2 : 1 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Anilin sangat reaktif terhadap subtitusi elektropilik aromatis, karena menurut Fesenden (1986), –NH2, -NHR, NR2 merupakan aktivator yang sangat kuat dan merupakan pengarah orto dan para subtitusi. Hal ini disebabkan oleh efek resonansi dan efek induksi. Struktur resonansi pada anilin (Gambar 1.3) menunjukkan bahwa senyawa tersebut bersifat melepas elektron secara resonansi meskipun N merupakan atom elektronegatif : Stabilitas resonansi anilin mengakibatkan cincin menjadi negatif sebagian dan sangat menarik bagi elektropil yang masuk. Semua posisi orto, meta, dan para teraktifkan terhadap subtitusi elektropilik dan posisi orto dan para lebih teraktifkan dari pada posisi meta. Hal ini dikarenakan orto dan para memiliki muatan negatif parsial. Dengan demikian gugus NH2 mengaktifkan cincin benzena pada substitusi elektropilik posisi orto dan para dengan menyumbangkan elektron untuk resonansi. Anilin juga merupakan senyawa basa lemah dengan pKb = 9,37, lemahnya sifat basa anilin disebabkan muatan positif ion anilinium tidak dapat didelokalisasi oleh awan pi aromatik. 2 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Spesifikasi Anilin Nama IUPAC :Benzena amina Rumus molekul : C6H5NH2 Berat molekul : 93,13 g/mol Titik leleh : -60C Titik didih : 1840C Berat jenis : 1,03 g/cm3 Kelarutan dalam air : 0,3 g/L Titik nyala : 700C Kemurnian : 99,5% 2. Polianilin Polianilin merupakan salah satu jenis polimer konduktif yang dihasilkan dari proses polimerisasi monomer anilin. Polianilin pertama kali ditemukan pada tahun 1835 sebagai ”aniline black”, yang didapat dengan oksidasi dari anilin. Polimer konduktif ini terkenal karena kemudahan sintesisnya, stabilitas lingkungannya dan keunikan kimia oksidasi/reduksi dan doping/dedoping asam/basanya. Pada tahun 1990 ditemukan bahwa polianilin bersifat fleksibel dan merupakan polimer dengan kegunaan tinggi,sehingga dapat diaplikasikan sebagai intelligent windows sampai chips komputer. PANi merupakan polimer konduktif yang mempunyai ikatan rantai terkonjugasi. Struktur molekul polimer PANi secara umum ditunjukkan oleh Gambar 2.1 Gambar 2.1. Struktur molekul PANi secara umum Gambar 2.1 tampak bahwa polimer PANI mempunyai dua gugus berulang, yaitu gugus tereduksi dan gugus teroksidasi. Gugus-gugus tersebut mengandung molekul-molekul berbentuk cincin benzoid dan cincin kuinoid yang dihubungkan satu sama lain oleh atom nitrogen melalui ikatan amina (NH-) dan imina (-N=) yang ditunjukkan Gambar 2.2 3 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA a b Gambar 2.2. Gugus Tereduksi (a) dan Gugus Teroksidasi (b) Nilai y pada Gambar 2.1 yang menunjukkan struktur molekul PANi berkisar antara 0 dan 1, untuk menentukan tingkat oksidasi PANI. PANi terdapat dalam berbagai derajat oksidasi dan protonasi. Kedua hal ini menentukan bentuk dan sifat kimia PANi. Berdasarkan derajat oksidasinya, PANi dapat ditemukan dalam tiga bentuk, seperti yang terlihat pada Gambar 2.4 yakni Leuokoemeraldin (LEB/ bentuk tereduksi penuh), Emeraldin (EB/ bentuk setengah teroksidasi), dam Pernigranilin (PGN/bentuk teroksidasi penuh). Bila y= 0, PANI berada dalam tingkat teroksidasi penuh maka menghasilkan polimer dalam bentuk basa pernigranilin sedangkan harga y = 0,5 berkaitan dengan tingkat setengah teroksidasi yang menghasilkan polimer dalam bentuk basa emeraldin dan untuk y = 1 berkaitan dengan tingkat tereduksi penuh yang menghasilkan polimer dalam bentuk basa leukoemeraldine (Aspiet al., 2013). 4 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Gambar 2.3. Bentuk PANi pada tingkat oksidasi yang berbeda Berdasarkan Gambar 2.3 PANi yang teroksidasi, akan kehilangan atom H yang berikatan kovalen dengan atom N di sebelah cincin benzoid.Penarikan atom H tersebut menyebabkan atom N tidak stabil karena memiliki satu elektron yang tidak berpasangan (polaron). Elektron pada atom N tersebut akan berikatan dengan elektron dari atom C pada cincin benzoid, sehingga mangubah cincin benzoid menjadi kuinoid dan mengubah ikatan amina menjadi imina. Sebaliknya pada PANi yang tereduksi atom N yang mengapit cincin kuinoid akan menangkap atom H, sehingga akan mengubah cincin kuinoid menjadi cincin benzoid dan mengubah ikatan imin menjadi amin. Proses perubahan bentuk ikatan ditunjukkan pada Gambar 2.4 PANi hasil sintesa kimia berada dalam bentuk EB (Basa Emeraldin) bersifat isolator, bentuk tersebut dapat diubah menjadi ES (Salt emeraldin) yang konduktif melalui perlakuan asam atau protonasi. Gambar 2.4. Proses doping/dedoping PANi melaluiprotonasi/deprotonasi 5 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 3. Metode Pembuatan Polianilin 2 mL monomer Polianilin 6 gr Amonium Peroksidisulfat + 50 mL larutan HCl dibiarkan 1 jam + 50 mL aquades dibiarkan 1 jam Larutan Anilin HCl Larutan Amonium Peroksidisulfat Diaduk, Dibiarkan selama 1 jam Terbentuk Endapan Disaring, Dicuci dengan HCl sebanyak 3 kali, Dicuci lagi dengan aseton sebanyak 3 kali Polianilin (PANi) Dipanaskan pada oven dengan suhu 80ºC selama 2 jam Serbuk Polianilin (PANi) 6 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Penjelasan Bagan Pembuatan Polianillin : Polianilin atau yang biasa disingkat dengan PANi dapat disintesis melalui metode polimerisasi oksidasi secara kimia. Proses sintesis PANi dilakukan dengan cara mencampurkan 50 mL HCl dan 2 mL Monomer Anilin selama 1 jam. Kemudian 6 g Ammonium Peroksidisulfat (NH)4S2O8 dimasukkan ke dalam 50 mL aquades selama 1 jam. Kedua larutan tersebut dicampurkan ke dalam satu wadah kimia, diaduk dan dibiarkan selama 2 jam sampai terjadi polimerisasi sempurna dengan terbentuk endapan berwarna hijau dan terlihat terpisah, larutan HCl-Anilin berada di atas dan larutan H2O(NH)4S2O8 di bawah. Hasil yang berupa endapan tersebut kemudian dicuci dengan menggunakan HCl sebanyak 3 kali dan dicuci lagi menggunakan aseton sebanyak 3 kali sehingga terbentuk endapan PANi hidroklorid (Emeraldine Salt). Polianilin yang terbentuk tersebut dikeringkan dengan cara dipanaskan pada oven dengan suhu 80ºC selama 2 jam. 4. Karakteri stik Polianilin A. Sifat Listrik Polianilin terdapat dalam berbagai derajat oksidasi dan protonasi. Kedua hal ini menentukan bentuk dan sifat kimia polianilin. Berdasarkan derajat oksidasinya, polianilin dapat ditemukan dalam tiga bentuk, yakni - Pernigranilin (bentuk teroksidasi penuh) - Emeraldin (bentuk setengah teroksidasi) - Leukoemeraldin (bentuk tereduksi penuh) 7 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Polianilin berdasarkan sifat listriknya dibagi menjadi dua yaitu polianilin konduktif dan polianilin isolatif. Berdasarkan tingkat oksidasinya, polianilin dapat disintesis dalam beberapa bentuk isolatifnya yaitu leucomeraldine base (LB) yang tereduksi penuh, emeraldine base (EB) yang teroksidasi setengah dan pernigranilin base (PB) yang teroksidasi penuh. Dari tiga bentuk ini, EB yang paling stabil dan juga paling luas diteliti -10 karena konduktivitasnya dapat diatur dari 10 S/cm hingga 100 S/cm melalui proses doping, sedangkan bentuk LB dan PB tidak dapat dibuat konduktif. Bentuk EB dapat dibuat konduktif dengan proses doping asam protonik seperti HCl, dimana proton-proton ditambahkan ke situs-situs –N=, sementara jumlah elektron pada rantai tetap. Bentuk konduktif dari EB disebut emeraldine salt (ES). Bentuk dasar EB berubah menjadi ES melalui reaksi oksidasi dengan asamasam protonik seperti HCl, sebaliknya bentuk ES dapat dikembalikan menjadi bentuk EB melalui reaksi reduksi dengan agen reduktan seperti NH4OH. Kedua proses ini disebut juga proses protonasi-deprotonasi atau doping-dedoping (Gambar 1). Kedua bentuk emeraldine memiliki sifat listrik yang berkebalikan dimana EB merupakan bentuk isolatif dan ES merupakan bentuk konduktif. Derajat konduktivitas emeraldine ini bergantung pada tingkat/konsentrasi + dopant yang diberikan, yaitu jumlah proton (H ) yang dimasukkan ke dalam struktur emeraldine. Secara umum emeraldine berwarna hijau yang 0 konduktivitasnya dalam tingkat semikonduktor pada orde 10 S/cm, ordenya -9 melebihi polimer secara umum (<10 S/cm) tetapi lebih rendah dari jenis logam 4 (>10 S/cm). PANI terprotonasi, (seperti PANI hidroklorid) mengubah ES yang berwarna hijau menjadi EB nonkonduktif yang berwarna biru ketika diuji dengan amonium hidroksida . 8 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA B. Sifat Optik Absorbsivitas polianilin bergantung pada kondisi doping. PANi memiliki dua pita absorpsi spesifik yang mengalami pergeseran ketika kondisi berdoping maupun tak berdoping. Konsentrasi dopan dapat divariasikan melalui reaksi oksidasi reduksi oleh agen-agen oksidan dan reduktan. Perubahan nilai absorbansi dikontrol oleh proses difusi dopan, dimana semakin besar konsentrasi dopan maka nilai absorbansi PANi akan semakin besar juga. Dopan yang diserap lapisan PANi akan mempengaruhi nilai absorbansi yang dihasilkan terhadap variasi konsentrasi. Secara umum lapisan PANi dapat merespon konsentrasi dopan dengan skala tinggi (Maddu, 2007). Sifat optik pada film tipis menentukan karakteristik yang ditentukan oleh bagaimana interaksinya dengan cahaya. Spektrum transmitansi menunjukkan fungsi transmisi terhadap panjang gelombang. Nilai transmitansi film tipis diperoleh dalam bentuk spektrum transmitansi (dalam %) terhadap panjang gelombang. Nilai panjang gelombang tersebut dapat digunakan untuk menghitung nilai energi gelombang cahaya yang ditunjukkan pada persamaan (2.1): dengan E energi gelombang cahaya (joule), h konstanta Planck yang besarnya 6,626×10-34 Js, c kecepatan cahaya dalam ruang hampa (3x108 m/s) dan λ merupakan panjang gelombang cahaya (dalam meter).Hubungan antara transmitasni dengan absopbansi dapat diturunkan dari persamaan 2.2 9 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA T merupakan nilai transmitansi (%), I intensitas cahaya mula mula, dan I0 adalah intensitas cahaya setelah melewati film tipis. dengan α koefisien absorpsi linier (cm-1) dan xmerupakan tebal film tipis (m). C.Konduktivitas Listrik Material apabila dilihat dari konduktivitas listriknya digolongkan menjadi bahan isolator, semikonduktor dan konduktor. Bahan konduktor mudah menghantarkan arus listrik dengan konduktivitas di atas 104 S/cm. Sebagai kebalikan bahan konduktor, bahan isolator sulit menghantarkan arus listrik. Konduktivitasnya berada di bawah 10-8 S/cm. Bahan semikonduktor mempunyai konduktivitas di antara konduktor dan isolator. Nilai konduktivitasnya sangat tergantung pada kondisi lingkungan seperti temperatur. Pada temperatur tinggi, bahan semikonduktor dapat berubah menjadi bahan konduktor. Polimer sebagai salah satu material yang banyak digunakan, juga mempunyai sifat yang bervariasi dari isolator hingga konduktor tergantung komposisi atom dan jenis ikatannya. Polimer dengan rangka yang mengandung ikatan π terkonjugasi memiliki sifat listrik yang unik karena kemampuannya untuk mentransfer muatan disepanjang rantai. Salah satu contoh polimer terkonjugasi adalah polianilin. Polianilin memiliki beberapa bentuk. Salah satunya dan merupakan bentuk yang paling stabil adalah emeraldin. memiliki konduktivitas 10-7 S/cm. Tingkat konduktivitas listrik emeraldin dapat ditingkatkan dengan melakukan penambahan dopan. Pereaksian emeraldin dengan HBr menyebabkan gugus –N= terprotonasi menjadi (–NH=)+Br-. Perubahan ini menyebabkan konduktivitas listrik emeraldin naik menjadi 5 S/cm (Pinto, 1996). Stejskal dan Gilbert (2002) juga telah mempreparasi basa emeraldin dengan HCl menghasilkan suatu emeraldin terprotonasi HCl (garam emeraldin) dengan konduktivitas 4,4 ± 1,7 S/m. Reaksi emeraldin dengan HCl menghasilkan serbuk berwarna hijau tua. Polimer konduktif polianilin jika ditinjau konduktivitas listriknya termasuk dalam bahan semikonduktor, dimana konduktivitasnya berkisar antara 10-9 sampai 102 S/cm. Konduktivitas polianilin tergantung pada temperatur. Konduktivitasnya akan meningkat dengan meningkatnya temperatur. Sebaliknya, konduktivitasnya akan menurun dengan menurunnya temperatur. 10 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Polianilin termasuk polimer yang sangat sensitif terhadap kelembaban udara disekitarnya yang kemudian akan berpengaruh pada sifat listik polianilin. Dengan meningkatnya kelembaban udara, maka molekul-molekul polar air akan diabsorbsi oleh bahan polimer polianilin. Hal ini akan berpengaruh pada penurunan potensial barrier. Akibatnya resistansi pada bahan polimer polianilin akan mengalami penurunan.Keberadaan air pada polimer polianilin ini menyebabkan delokalisasi muatan. Delokalisasi muatan terjadi dengan adanya pelarutan anion dopan. Bentuk oligomer pada polianilin juga berpengaruh pada delokalisasi muatan dimana terjadi interaksi yang kuat antara oligomer dan molekul polar air yang mengakibatkan muatan elektron berdelokalisasi sepanjang rantai polimer. 5. Fungsi dan Manfaat Polianilin A.Sensor gas C.Piranti Elektronik B. Sel fotovoltaik D.LED Polimer 11 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 5.Baterai Sekunder BAB 2 JURNAL NASIONAL PENGARUH PENAMBAHAN TEMBAGA (Cu) TERHADAP SIFAT LISTRIK POLIANILIN (PANi) Astuti, Henny Prastiwi Laboratorium Fisika Material. Jurusanan Fisika. Universitas Andalas Kampus Unand. Limau Manis. Padang Email : tuty_phys@yahoo.com 1. PENDAHULUAN Polimer konduktif adalah polimer yang dapat menghantarkan arus listrik. Hantaran listrik terjadi karena adanya elektron ikatan terdelokalisasi yang mempunyai struktur pita seperti silikon. Polimer konduktif kebanyakan bersifat semikonduktor dimana struktur pitanya mirip dengan struktur pita silikon (Sze, 1985). Keuntungan dari polimer konduktif antaralain: merupakan gabungan dari sifat logam dan polimer, mempunyai konduktivitas tinggi,transparan, harga terjangkau dan mudah disintesis.(Shirakawa,2001). Polianilin (PANi) merupakan salah satu polimer konduktif yang banyak dikembangkan saat ini. Pada tahun 1989 telah dilaporkan bahwa PANi dapat menunjukkan fenomena elektronik yang sangat fleksibel yaitu dapat bersifat sebagai isolator sampai konduktor.PANi memiliki keunggulan dari segi sifat kimia dan fisika, mekanisme sintesis, serta perkembangan aplikasinya seperti baterai sekunder, sensor, LED dan bidang optoelektronik. Polimer konduktif memiliki potensi yang cukup besar untuk berbagai macam aplikasi. Bahan polimer konduktif sangat unik yaitu dapat mengalami perubahan sifat listrik dan optik yang dapat kembali (reversible) melalui reaksi redoks dan doping dedoping atau protonasi-deprotonasi sehingga sangat potensial dimanfaatkan pada berbagai aplikasi (Ansari, dkk, 2006; Bhullar, 2009). 12 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Sejauh ini, bahan PANi telah digunakan pada berbagai aplikasi seperti sensor kimia khususnya sensor gas, piranti elektronik, sel fotovoltaik, LED polimer dan baterai sekunder (Tamburri, dkk, 2012; Xin, dkk, 2007). Proses pendopingan PANi tidak hanya terbatas pada jenis produk asam-asam protonik saja, melainkan dapat juga didoping dengan logam-logam yang memiliki nilai konduktivitas cukup tinggi (Ozkazanc, dkk,2010; Jain, dkk, 2006). Selain itu, Valsangiacom dkk (2004) juga telah meneliti adanya peningkatan konduktivitas PANi dengan doping logam besi (Fe). Beberapa modifikasi sintesis PANi juga telah dilakukan oleh para peneliti, seperti dengan wet spinning technique (Mirmohseni, dkk, 2006), dengan menggunakan metode elektrokimia (Vivekanandan, dkk, 2011), maupun dengan metode polimerisasi (Chauhan, dkk, 2011;Tamburri, dkk, 2012). Pada penelitian ini PANI disintesis dalam bentuk Emeraldine Base (EB) atau EmeraldineSalt (ES), karena EB merupakan bentuk yang paling stabil dan paling banyak diteliti karena konduktivitasnya dapat diatur (Chauhan, dkk, 2011). Sintesis ini akan dilakukan dalam 2 tahap dimana tahap pertama adalah sintesis pembuatan PANi murni (PANi-ES) kemudian mendopingnya dengan serbuk tembaga. Serbuk tembaga yang digunakandalam penelitian ini adalah serbuk tembaga murni yang berasal dari pembubutan lempengan tembaga dan garam CuSO4 yang berbentuk butiran-butiran kristal. Penambahan tembaga kedalam PANi dapat mempengaruhi sifat listrik bahan secara keseluruhan. Konduktivitas adalah sifat listrik yang dianalisis dalam penelitian ini, dimana konduktivitas listrik dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 1. dengan σ adalah konduktivitas listrik suatu bahan (Ωm)-1 , ρ adalah resistivitas suatu bahan(Ωm), R adalah resistansi suatu bahan (Ω), L adalah panjang cuplikan pengukuran sampel (m) dan A adalah luas penampang sampel (m2). Selain penentuan konduktivitas, juga dilakukan penentuan energi gap dari sampel PANi murni maupun PANi yang didoping dengan serbuk Cu dan CuSO4 dengan menggunakan Persamaan 2. Dengan σ adalah konduktivitas sampel pada variasi suhu, σ0 adalah nilai konduktivitas sampel tanpa variasi suhu, kb adalah nilai Konstanta Boltzman Eg adalah energi gap dan T adalah suhu dalam Kelvin. Berdasarkan persamaan 13 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA tersebut pengukuran konduktivitas pada berbagai suhu akan menghasilkan grafik ln σ0 terhadap 1/T. Lebar celah energi Eg dapat ditentukan dari kemiringan (slope) grafik tersebut. 2. METODE PENELITIAN PANi dapat disintesis melalui metode polimerisasi oksidasi secara kimia. Metode oksidasi kimia merupakan metode sintesis yang sederhana pada suhu ruang dan menghasilkan PANi dalam skala besar. Sintesis PANi dilakukan dengan cara mencampurkan 50 mL HCl dengan 2 mL monomer anilin selama 1 jam. Sementara itu dalam waktu yang bersamaan 6 gr Ammonium Peroksidisulfat (NH)4S2O8 dimasukkan ke dalam 50 mL aquades selama 1 jam. Kedua larutan tersebut dicampurkan ke dalam satu wadah kimia, diaduk dan dibiarkan selama 2 jam sampai terjadi polimerisasi sempurna dengan terbentuk endapan berwarna hijau dan terlihat terpisah, larutan HCl-Anilin berada di atas dan larutan H2O-(NH)4S2O8. Produk yang berupa endapan kemudian dibilas dengan menggunakan HCl sebanyak 3 kali dan kemudian dibilas lagi menggunakan aseton sebanyak 3 kali sehingga terbentuk endapan PANi hidroklorid (Emeraldine Salt). Kemudian polianilin tersebut dikeringkan dengan pemanasan pada suhu 80 ºC selama 2jam. Serbuk PANi hasil sintesis didoping dengan serbuk tembaga dengan komposisi 0,1 gr,0,3 gr dan 0,5 gr. Setelah proses pendopingan dilakukan, serbuk PANi-Cu tersebut dikompaksi dengan dengan ketebalan tablet 1 mm, sehingga hasil akhir yang diperoleh berupa tablet PANi-Cu yang selanjutnya dilakukan karakterisasi sifat listriknya. Proses pengukuran tersebut menggunakan tegangan masukan Vin dipasang sebesar 12 volt,panjang cuplikan pengukuran 0,7 cm dengan luas penampang sampel adalah sebesar 0,785 cm2 . Diagram alir penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1. 14 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan konduktivitas Perbandingan nilai konduktivitas sampel PANi murni dan PANi yang didoping dengan serbuk tembaga (PANi-Cu) dengan variasi suhu dapat dilihat pada Tabel1. 15 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Berdasarkan nilai konduktivitas yang ada pada Tabel 1, maka dapat dibuat perbandingan hubungan suhu terhadap konduktivitas antara sampel PANi murni dengan PANi-Cu seperti Gambar 2. Pada Tabel 1 dan Gambar 2, terlihat bahwa konduktivitas sebanding dengan suhu yang diberikan, dimana semakin tinggi suhu maka nilai konduktivitas dari masingmasing sampel juga mengalami kenaikan, baik sampel yang tidak didoping maupun yang didoping dengan Cu. Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh, terlihat bahwa nilai konduktivitas sampel PANi murni mengacu kepada nilai konduktivitas PANi murni tanpa perlakuan doping yang ada pada penelitianpenelitian sebelumnya yaitu berkisar antara 10-10 S/cm sampai 100 S/cm (Indah dkk, 2010). Sementara hasil penelitian ini diperoleh dengan variasi suhu berkisar antara 0,61 x 10-4 S/cm sampai dengan 7,4 x 10-4 S/cm. Kenaikan konduktivitas juga disebabkan oleh kenaikan suhu, dimana atom-atom yang menyusun sampel tersebut bervibrasi. Getaran yang terjadi pada atom-atom tersebut menimbulkan jarak antar atom yang semakin besar, sehingga atom tidak mudah mengikat elektron dan mengakibatkan elektron mudah bergerak bebas. Gerakan elektron bebas ini akan meningkatkan konduktivitas listrik dari sampel tersebut (Parno, 2006).Selain pengaruh suhu, kenaikan konduktivitas juga disebabkan oleh doping atau penyisipan serbuk Cu pada PANi. Hal ini disebabkan oleh konduktivitas Cu jauh lebih besar dibanding PANi murni. Semakin besar konsentrasi doping yang diberikan nilai konduktivitas semakin meningkat. Lain halnya dengan sampel PANi yang didoping dengan serbuk 0,1 gr serbuk Cu, dimana terjadi penurunan konduktivitas jika dibandingkan dengan PANi murni. Hal ini berkemungkinan disebabkan oleh sebaran partikel dari serbuk Cu ke dalam serbuk PANi tidak merata. Pada penelitian sebelumnya juga dijelaskan bahwa penambahan dopan berupa logam juga dapat meningkatkan konduktivitas PANi seperti yang dilakukan oleh Valsangiacom dkk (2004), dimana nilai konduktivitas yang diperoleh dari proses pendopingan PANi 16 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA dengan serbuk besi (Fe) adalah sebesar 10 mW/cm2. Berdasarkan penelitian yang lain, secara keseluruhan konduktivitas polimer (PANi) yang mengalami proses pendopingan ini dipengaruhi olehbeberapa faktor, yaitu konsentrasi dopan yang ditambahkan, homogenitas dopan dalam PANi, derajat kristalinitas, dan morfologi polimer serta reaksi kimia yang terjadi antara dopan dengan polimer itu sendiri (Bhullar, 2009). Penentuan Energi Gap Berdasarkan data yang diperoleh pada Tabel 2 dapat dibuat grafik hubungan ln฀ terhadap 1/T antara PANi dengan PANi-Cu seperti pada Gambar 3. 17 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Energi gap dari setiap sampel PANi-Cu tersebut dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2. Energi gap yang diperoleh sampel PANi murni dengan PANi-Cu yang dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai energi gap antara PANi dengan PANi-Cu Penambahan konsentrasi Cu terhadap PANi dapat meningkatkan konduktivitas komposit PANi-Cu. Hal ini disebabkan oleh sifat logam dari Cu itu sendiri yang mempunyai mobilitas elektron yang tinggi sehingga mudah menghantarkan arus. Berbanding terbalik dengan konduktivitasnya, dimana peningkatan konsentrasi Cu menurunkan energi gap.Hubungan antara energi gap dengan konduktivitas adalah, semakin sempit energi gap maka, elektron akan lebih mudah untuk tereksitasi sehingga meningkatkan mobilitas elektron tersebut, artinya konduktivitas juga meningkat. 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, yaitu melihat pengaruh penambahan serbuk tembaga terhadap sifat listrik polianilin (PANi) diperoleh kesimpulan bahwa,penambahan komposisi serbuk Cu PANi mempengaruhi sifat listrik dari PANi. Pengukuran konduktivitas dengan variasi suhu, menunjukkan peningkatan konduktivitas terhadap kenaikan suhu. Semakin banyak komposisi serbuk Cu yang ditambahkan nilai energi gapnya semakin menurun. Nilai energi gap PANi yang dihasilkan melalui doping dengan Cu berkisar antara 0,32-0,8 eV. 18 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Preparation characterization, and its potential applications of PANi/graphene oxide nanocomposite. 1. PENDAHULUAN Saat ini,struktur nano / mikro dan aplikasi mereka menerima cukup banyak perhatian karena banyak menghasilkan properti yang luar biasa. Aplikasi penting khas seperti baterai lithium ion dengan energi tinggi, superkapasitor, katalis, sel surya, sensor kimia, biosensor dan bidang biomedis. Sebagai perangkat sederhana dan khas, sensor kimia memiliki potensiaplikasi di berbagai bidang, seperti pemantauan lingkungan, deteksi bahan peledak, diagnosa medis, dan sebagainya. Graphene, sebagai salah satu bahan fungsional yang memiliki konduktivitas listrik tinggi, luas permukaan yang besar, dan biaya produksi yang rendah. Graphene telah dieksplorasi untuk aplikasi dalam fabrikasi perangkat nanoelectronik, perangkat penyimpanan energi, sensor,elektroda transparan dan nanocomposites. Secara khusus, komposit dari graphene dan polimer yang menarik di bidang ilmiah dan industri karena sifatnya yang sinergis atau komplementer. Saat ini, penelitian tentang graphene dan composites telah terutama difokuskan pada persiapan, modifikasi dan aplikasi yang berbeda. Telah banyak penelitian dan pembuatan nanokomposite dari grafen maupun grafen oksida dengan material lain, salah satu yang paling banyak yaitu nankomposit grafen dalam pembuatan superkapasitor. Nanokomposit dari grafen yang paling banyak adalah dengan polimer konduktor (conducting polymer/CP). Polianilin (PANI) adalah CP khas dengan stabilitas lingkungan yang baaik. PANi merupakan salah satu polimer konduktor yang dapat digunakan dalam nanokomposit bersama dengan PANi. . Struktur nanokomposit PANI / GO dapat dibuktikan dengan pengukuran UVvis, FTIR, dan XRD. Nanokomposit memiliki kapasitansi elektrokkimia lebih tinggi dan stabilitas yang lebih baik dari masing-masing komponen sebagai superkapasitor bahan elektroda, menunjukkan efek sinergis dari PANI dan GO. Hingga kini, banyak referensi melaporkan komposit graphene atau graphene oksida dan polianilin dengan meningkatkan beberapa sifat khususnya elektrokimia. Dan sebagian besar aplikasi ini terutama difokuskan pada superkapasitor. Dalam rangka untuk mendapatkan beberapa sensor kimia dan biosensor dengan sensitivitas yang terkendali yaitu dengan menggunakan struktur kawat nano polimer konduktif, yang menunjukkan respon yang baik untuk beberapa uap kimia. Kami juga menyiapkan beberapa polianilin / anorganik nanokomposit, dan diamati kesensitifan untuk beberapa gas, dan komposit dan aplikasi mereka dalam sensor kimia. Dalam rangka untuk lebih memperluas nanokomposit untuk pembuatan beberapa sensor kimia dan 19 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA biosensor, dipersiapkan GO / polianilin nanokomposit dan mempelajari perilaku penginderaan gas untuk beberapa gas yang khas. 2. METODE PENELITIAN 2.1 metode preparasi a. bahan-bahan yang digunakan 1. grafit 2. potassium permanganate (KMnO4) 3. aniline 4. ammonium peroksidisulfat 5. asam hidroklorida 6. asam sulfur kering 7. asam nitrat 8. ammonia a. Preparasi grafen oksida (GO) Mencampurkan asam sulfur kering dan asam nitrat dengan perbandingan 3:1. Kemudian menambahkan 1-3 gram grafit. Menambahkan kalium permanganat (KMnO4). Kemudian campuran itu disonikasi dalam wadah untuk 0,5-1 jam pada suhu ruang. Setelah lebih dari 96 jam, campuran diencerkan dengan air suling (akuades), diikuti dengan menyaring, dan mencuci nya dengan air sampai tidak ada sisa asam. Kemudian diperoleh suspense GO. 20 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Gambar diagram alir preparasi Grapen Oksida (GO) b. Preparasi GO / polianilin (PANi) nanokomposit Menambahkan 50-60 mL suspense GO kedalam bejana. Kemudian menambahkan anilin equimolar dan ammonium peroksidisulfat untuk membentuk larutan homogeny. Kemudian larutan disonikasi selama 10-30 menit, dan ditempatkan dalam suhu ruangan selama 24 jam. Kemudian larutan berwarna biru kehitaman dari polinailin/GO di dalam air mulai didapatkan. Setelah reaksi selesai, produk padat yang dihasilkan dicuci dengan air suling berulang kali untuk menghilangkan sisa-sisa zat yang tidak digunakan lagi. Setelah itu, Hasil produk dari nanokomposit GO / polianilin diperoleh. 21 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Gambar diagram alir pembuatan nankomposit GO/PANi c. pembuatan sensor prototype GO / PANi nanokomposit di atas disiapkan pertama kali disebarkan di dalam air deionisasi (sekitar 0,1-0,2% wt.), yang digunakan sebagai lapisan penginderaan sensor QCM . Sensor QCM yang dibuat sebagai berikut: kristal AT-potong 6.000 MHz dibilas berulang kali dengan etanol dan air deionisasi dan ke mu dia n dik erin gka n pad a suh u ka mar . Du a mic roli ter larutan GO / PANi disalurkan ke permukaan elektroda menggunakan mikropipet . Setelah perangkat dikeringkan pada suhu kamar, sebuah modifikasi GO / PANi sensor QCM diperoleh 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengukuran pertama menggunakan metode TEM (Transmission Electron Microscopy). Yaitu dengan menyiapkan sampel GO, PANi, dan nanomokposit GO/PANi. 22 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Gambar 1 (a) GO , (b) PANi, (c) nanokomposit GO/PANi Dari gambar 1(a) terlihat bahwa GO berupa lembaran yang sangat tipis. Gambar 1(b) menujukkan bahwa struktur PANi yang menyerupai kawat nano. Kemudian dari gambar 1(c) memperlihatkan bahwa permukaan GO tertutupi oleh lapisan halus dana tipis dari PANi, dan . Selain itu, dilakukan analisis dengan SEM (Scanning Electron Microscope) untuk membandingkan hasil diatas. Seperti yang ditunjukkan dari gambar 2, lebih jelas terlihat permukaan nanokomposit GO / PANi. Hasil ini konsisten dengan informasi dari gambar TEM yang diperoleh. Hasilnya masih menunjukkan bahwa sebagian besar permukaan GO dilapisi dengan lapisan tipis dan halus polianilin, dan beberapa daerah permukaan dari lembaran GO terdapat endapan kawat nano polianilin. Kemudian dilakukan uji FTIR dan UV-Vis dari nanokomposit GO/PANi. 23 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Gambar 3 menunjukkan bahwa beberapa karakteristik pita utama polianilin jelas teramati pada nanokomposit GO / PANi. Seperti, pita di 3233, 3406, 3475 cm-1 yang dikaitkan dengan peregangan N-H di cincin quinoid dari dasar emeraldine dan emeraldine salt , 1591, 1604 cm-1 yang dikaitkan dengan peregangan C = C di cincin quinoid basis emeraldine dan garam emeraldine, 1303, 1315 cm-1 yang dikaitkan dengan peregangan masing-masing C-N C = N. Hasil ini menggambarkan bahwa produk yang dihasilkan mengandung polianilin. Gambar 4 menunjukkan bahwa terdapat dua puncak dalam 432, 760 nm dalam spektrum UV-Vis di nanokomposit GO / PANi, mirip dengan PANi. Ini juga menggambarkan bahwa dihasilkan produk yang terdapat polianilin. Sejauh ini, untuk nanokomposit GO / PANi, sebagian besar penelitian telah difokuskan pada aplikasi di baterai lithium ion dengan energi tinggi, superkapasiotr, dll. Namun, ada sedikit referensi di sensor kimia, meskipun beberapa laporan tentang sensor kimia dan biosensor telah dilaporkan. Untuk membuktikan kesensitifan sensor gas yang telah dimodifikasi dengan nanokomposit GO/PANi dilakukan beberapa pengujian terhadap beberapa macam gas kimia. 24 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Gambar 5.7 Gambar 5.7menunjukkan bahwa nanokomposit GO / PANi menunjukkan respon yang baik untuk beberapa gas organik yang menunjukkan kepekaan yang berbeda untuk gas yang berbeda pada kondisi pengujian yang sama. Oleh karena itu,nanokomposit GO / PANi akan memiliki banyak aplikasi potensial penting dalam sensor kimia atau biosensor, yang pantas untuk penelitian lebih lanjut dalam rincian, khususnya peningkatan sensitivitas mereka, selektivitas, dan teknologi pengolahan dengan beberapa pendekatan yang lebih sederhana. 2.3. kesimpulan Singkatnya, GO disiapkan dengan menggunakan metode oksidasi kimia pada suhu kamar, dan Komposit GO / PANi diperoleh dengan polimerisasi in-situ anilin dengan suspense GO. Dilakukan uji karakterisasi menggunakan TEM (mikroskop elektron transmisi), SEM (mikroskop elektron), XRD (difraksi sinarX), Fourier-Transform Infrared (FTIR) spektrum, dan UV-Vis. Hasil ini menunjukkan bahwa sebagian besar permukaan GO lembar ditutupi dengan lapisan halus dan tipis polianilin, dan beberapa domain dari lembaran GO jelas teramati. Untuk menguji permukaan dan sifat antarmuka GO / PANi nanokomposit, prototipe sensor kimia dibuat berdasarkan nanokomposit GO / PANi dan perangkat QCM. GO / PANi nanokomposit menunjukkan respon yang baik untuk beberapa jenis gas organik. Oleh karena itu, nanocomposites GO / PANi akan memiliki aplikasi potensial dalam sensor kimia, biosensor atau perangkat nanoelektronik yang fleksibel. 25 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Daftar pustaka Ansari, R.& Keivani, MB. 2006. Polyaniline conducting electroactive polymers: thermal and Environmental Stability Studies. E-Journal of Chemistry. Vol. 3. No. 4. Pages 202-217. Bhullar, G.K. 2009. Synthesis and Characterization of Conducting Polymer Polyaniline. Thesis. Thapar University. India. Jing Zheng, dkk. 2011. Preparation, characterization, and its potential applications of PANi/Graphene Oxide nanocomposite. SciVerse ScienceDirect. China 26 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Glosarium Absorbansi bentuk interaksi gelombang cahaya dan atom atau molekulnya. Delokalisasi elektron-elektron yang berperan serta dalam lebih dari satu ikat an secara serempak (simultan). Deprotonasi pelepasan proton (ion hidrogen) ke atom, molekul atau ion, biasanya untuk menghasilkan kation Dopan sejumlah kecil bahan ditambahkan ke semikonduktor untuk meningkatkan konduksi listrik. Doping proses yang bertujuan menambah ketidakmurnian (impuritya) kepada semikonduktor sangat murni (juga disebut intrinsik) dalam rangka mengubah sifat listriknya. Ekuimolar suatu bahan/material yang memiliki nilai molaritas yang sama Elektrofil reagen yang tertarik pada elektron. Energy gap kumpulan garis pada tingkat energi yang sama akan saling berimpit. hidrokarbon senyawa yang terdiri dari unsur atom karbon (C) dan atom hidrogen (H). Oligomer mengandung sejumlah kecil unit monomer polimer rantai berulang dari atom yang panjang, terbentuk dari pengikat yang berupa molekul identik yang disebut monomer Polimerisasi proses bereaksi molekul monomer bersama dalam reaksi kimia untuk membentuk tiga dimensi jaringan atau rantai polimer. Protonasi penambahan proton (ion hidrogen) ke atom, molekul atau ion, biasanya untuk menghasilkan kation Sintesis suatu integrasi dari dua atau lebih elem yang ada yang menghasilkan suatu hasil baru Sonikasi metode ekstraksi suatu material dengan cara memberikan suatu gelombang ultrasonic suspensi campuran heterogen dari zat cair dan zat padat yang dilarutkan dalam zat cair tersebut. 27 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Transmitansi fraksi antara intensitas radiasi masuk terhadap intensitas yang keluar dari material dengan ketebalan tertentu 28 JURUSAN FISIKA – UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Indeks 29