6BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Konsep Dasar Ilmu PolimerMakromolekul adalah molekul raksasa (giant) dimana paling sedikit seribu

atom terikat bersama oleh ikatan kovalen. Makromolekul ini mungkin rantailinear, bercabang, atau jaringan tiga dimensi.2.1.1. Pembagian Makromolekul2.1.1.1. Material biologis (makromolekul alam)Contoh : karet alam, wool, selulosa, sutera dan asbes2.1.1.2. Material non biologis (makromolekul sintetik)Contoh : plastik, serat sintetik, elastomer sintetik.

Material biologis dapat menunjang tersediaanya pangan dan dibahas dalambiokimia sedang material non biologis mencakup bahan sintetik. Banyakmakromolekul sintetik memiliki struktur yang relatif sederhana, karena terdiri dariunit ulangan yang identik (unit struktural). Inilah sebabnya makromolekul disebutpolimer.

Polimer sangat penting karena dapat menunjang tersedianya pangan,sandang, transportasi dan komunikasi (serat optik). Saat ini polimer telahberkembang pesat(Van Vlack, H. Lawrence,2004).2.1.2. Polimer berdasarkan kegunaannya2.1.2.1. Polimer komersial (commodity polymers)

Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyakdipakai dalam kehidupan sehari hari. Kegunaan sehari-hari dari polimer iniditunjukkan dalam tabel 2.1.

Contoh : Polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS),polivinilklorida (PVC), melamin formaldehid

7Tabel 2.1. Contoh dan kegunaan polimer komersialPolimer komersial Kegunaan atau manfaat

Polietilena massa jenisrendah(LDPE)Polietilena massa jenisrendah(HDPE)Polipropilena (PP)Poli(vinil klorida) (PVC)

Polistirena (PS)

Lapisan pengemas, isolasi kawat, dankabel, barang mainan, botol yang lentur,bahan pelapisBotol, drum, pipa, saluran, lembaran, film,isolasi kawat dan kabelTali, anyaman, karpet, filmBahan bangunan, pipa tegar, bahan untuklantai, isolasi kawat dan kabelBahan pengemas (busa), perabotan rumah,barang mainan

2.1.2.2. Polimer teknik (engineering polymers)Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di

negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yangunggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidangtransportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa ledeng), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri danbarang-barang konsumsi.

Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, polyester2.1.3. Polimer fungsional (functional polymers)

Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuktujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil.

Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimerpeka cahaya, membran, biopolimer

82.1.4. Definisi Dan Tata Nama (Nomenklatur)Polimer Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit

ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulanganini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal daripolimer.

Monomer Sebarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Untukcontoh, etilena adalah monomer yang dapat dipolimerisasi menjadi polietilena(lihat reaksi berikut). Asam amino termasuk monomer juga, yang dapatdipolimerisasi menjadi polipeptida dengan pelepasan air.

Reaksi :Monomer polimer

Gambar 2.1. Peroses Pembentukan(Polimerisasi) Asam Amino menjadiPolipeptida.Unit ulangan dapat memiliki struktur linear atau bercabang. Unit ulangan

bercabang dapat membentuk polimer jaringan tiga dimensi( Van Vlack, H.Lawrence,2004).

n H2N C C N C C

OR

H

HR O

H

OH

n

- H2O

asam amino polipeptida

monomer Unit Ulangan terikat secarakovaken dengan unit ulangan lainnya

CH2CH2H2C CH2 nnetilena Polimer polietilena

polimerisasi

9Tabel 2.2. Polimer, monomer, dan unit ulangannya

Polietilena Monomer Unit ulangan

poli(vinil klorida) CH2 = CH2 - CH2CH2

Poliisobutilena CH2 = CHCl - CH2CHCl

Polistirena

Polikaprolaktam (nylon-6)

C H 2 C H CH2 CH

Poliisoprena (karetalam) H - N(CH2)5C - OH

H O

- N(CH2)5C -

H O

CH2 = CH - C = CH2

CH3

- CH2CH = C - CH2 -

CH3

CH2 C

CH3

CH3

CH2 C

CH3

CH3

10

2.1.5. Tata Nama (Nomenklatur)Jumlah yang sangat besar dari struktur polimer menuntut adanya sistem tata

nama yang masuk akal. Berikut ini adalah aturan pemberian nama polimer vinilyang didasarkan atas nama monomer (nama sumber atau umum), taktisitas danisomer :

Nama monomer satu kata :Ditandai dengan melekatkan awalan poli pada nama monomerContoh : Polistirena

polietilena

Politetrafluoroetilena (teflon, merk dari du Pont)

Nama monomer lebih dari satu kata atau didahului sebuah huruf atauangkaNama monomer diletakkan dalam kurung diawali poliContoh : Poli(asam akrilat)

CHCH2

CH2CH2

CF2CF2

CH2CH

CO2H

11

Poli(-metil stirena)

Poli(1-pentena)

Untuk taktisitas polimerdiawali huruf i untuk isotaktik atau s (sindiotaktik) sebelum poliContoh : i-polistirena (polimer polistirena dengan taktisitas isotaktik)

Untuk isomer struktural dan geometrikDitunjukkan dengan menggunakan awalan cis atau trans dan 1,2- atau 1,4-sebelum poli

Contoh : trans-1,4-poli(1,3-butadiena)IUPAC merekomendasikan nama polimer diturunkan dari struktur unit

dasar, atau unit ulang konstitusi (CRU singkatan dari constitutional repeating unit)melalui tahapan sebagai berikut :

o Pengidentifikasian unit struktural terkecil (CRU)o Sub unit CRU ditetapkan prioritasnya berdasarkan titik pengikatan

dan ditulis prioritasnya menurun dari kiri ke kanan (lihat penulisannama polistirena)

CH2CH

CH2CH2CH3

CH2C

CH3

12

CH CH2

o Substituen-substituen diberi nomor dari kiri ke kanano Nama CRU diletakkan dalam kurung biasa (atau kurung siku dan

kurung biasa kalau perlu), dan diawali dengan poli.Untuk tata nama polimer non vinil seperti polimer kondensasi umumnya

lebih rumit darpada polimer vinil. Polimer polimer ini biasanya dinamai sesuaidengan monomer mula-mula atau gugus fungsional dari unit ulangan( Van Vlack,H. Lawrence,2004).

2.2. Polimer KonduktifUmumnya polimer dikenal sebagai materi yang bersifat non konduktif.

Penelitian polimer telah menemukan berbagai polimer yang bersifat konduktifmaupun semi-konduktif. Polimer konduktif adalah polimer yang dapatmenghantarkan arus listrik. Hantaran listrik terjadi karena ada elektron ikatanterdelokalisasi, yang mempunyai struktur pita seperti silikon. Polimer konduktifkebanyakan semikonduktor, karena struktur pita mirip silicon. Tapi ada beberapapolimer yang mempunyai gap pita kosong sehingga bersifat seperti logam.

Pada oktober 2000 Alan Fleeger dan Shirakawa memperoleh penghargaannobel kimia dalam kerjanya dibidang polimer konduktif . Polimer banyakdipelajari karena struktur, sifat dan mekanismenya yang unik dan atraktif.Penemuan polimer yang dapat menghantarkan arus listrik, dikenal dengan polimerkonduktif pada pertengahan tahun 1970-an dan telah melahirkan penelitian yangintensif yang menunjukkan sifat-sifat elektrik pada polimer yang berkisar dariinsulating (tidak dapat menghantar), semi konduktif sampai konduktif.

13

Material jenis baru yang bersifat semikonduktif dan konduktif ini dapatdisebut gabungan sifat-sifat elektrik dan optik semikonduktor anorganik denganpolimer yang memiliki kelenturan mekanis. Akan tetapi mekanisme pembawamuatan dan transport muatan pada polimer semikonduktif memiliki perbedaanmendasar dengan semikonduktor anorganik.

2.2.1. Sifat polimer konduktifPolimer semikonduktif dan konduktif adalah polimer terkonjugasi yang

menunjukkan perubahan ikatan tunggal dan ganda antara atom-atom karbon padarantai utama polimer. Ikatan ganda diperoleh dari karbon yang memiliki empatelektron valensi, namun pada molekul terkonjugasi hanya memiliki tiga (kadang-kadang dua) atom lain. Elektron yang tersisa membentuk ikatan , elektron yangterdelokalisasi pada seluruh molekul. Suatu zat dapat bersifat polimer konduktifjika mempunyai ikatan rangkap yang terkonjugasi. Contoh dari polimerterkonjugasi adalah plastik tradisonal (polyethylen), sedangkan polimer konduktifantara lain : polyacetilen, polpyrol, polytiopen, polyaniline dan lain lain.(Ormecon,1995).

Polimer konduktif mulai dikembangkan pada pertengahan tahun 1970-andan telah melahirkan penelitian yang intensif untuk mempelajari sifat-sifatkelistrikan polimer konduktif dari material insulator, semikonduktor sampaikonduktor. Material jenis baru ini bersifat semikonduktif dan konduktif dengansifat elektrik dan optik mirip dengan semikonduktor anorganik namun memilikikelenturan mekanis seperti plastik/polimer. Akan tetapi mekanisme pembawamuatan pada polimer semikonduktif memiliki perbedaan mendasar dengansemikonduktor anorganik. Tidak semua polimer dapat menjadi konduktif, hanyapolimer terkonjugasi yang bisa menjadi konduktor (ikatan pada rantai berupaikatan tunggal dan rangkap yang berposisi berselangseling) (Shirakawa,2001).

Struktur ikatan tunggal atau rangkap yang berselang-seling dengan orbitalp tumpang tindih dengan orbital p lain memudahkan transfer muatan sepanjangrantai polimer yang dioksidasi parsial dengan aseptor elektron (I2, AsF5) ataureduksi parsial dengan donor elektron (Na, NH3) (Limin,2001).

14

Keuntungan dari polimer konduktif adalah merupakan material dengansifat listrk seperti logam tetapi bersifat elastis seperti plastik. Polimer konduktifmempunyai konduktifitas tinggi, transparan, prosesnya mudah dan tidak rumit,harganya murah dan sintesisnya bisa dipilih ( Levi dkk,2002).

Polimer konduktif organik adalah polimer yang mengandung ikatankonjugasi yang panjang. Ikatan terkonjugasi sepanjang rantai-rantai polimer,sehingga elektronnya terdelokalisasi (Limin, 2001).

Polimer konduktif merupakan material amorf, beberapa berbentuksemikristalin dan menunjukkan cacat material yang yang berasal dari reagensintesis atau dari pengotor ion dopan. Mobilitas muatan antar rantai, dikenalsebagai loncatan antar rantai (chain hopping), sangat dipengaruhi olehkeseragaman dan kekristalan rantai.

Konduktivitas polimer konduktif semikristalin lebih besar daripadapolimer konduktif amorf (Pratt,1996). Fluktuasikonduktivitas selama berada padalingkungan kimia merupakan sifat polimer konduktif yang digunakan dalamaplikasinya sebagai sensor gas. Polimer konduktif yang banyak dipelajari adalahpolipirol, politiofena, polianilin dan turunannya (Suprapto,2007).

2.3. Polianlin(PANi)Polianilin adalah molekul besar yang dibangun oleh pengulangan kesatuan

kimia kecil dan sederhana yang disebut monomer anilin(C6H5NH2) yang berikatankovalen . Penggabungan monomer-monomer anilin akan membentuk cincin-cincin benzoid (B) dan kuinoid (Q) yang dihubungkan satu dengan lainnya olehatom nitrogen (N) mela1ui ikatan amin dan ikatan imin.

Polianilin berdasarkan sifat listriknya dibagi menjadi dua yaitu polianilinkonduktif dan polianilin isolatif. Berdasarkan tingkat oksidasinya, polianilin dapatdisintesis dalam beberapa bentuk isolatifnya yaitu leucomeraldine base (LB) yangtereduksi penuh, emeraldine base (EB) yang teroksidasi setengah danpernigranilin base (PB) yang teroksidasi penuh .

15

Dari tiga bentuk ini, EB yang paling stabil dan juga paling luas ditelitikarena konduktivitasnya dapat diatur dari 10-10 S/cm hingga 100 S/cm melaluiproses doping, sedangkan bentuk LB dan PB tidak dapat dibuat konduktif. BentukEB dapat dibuat konduktif dengan proses doping asam protonik seperti HCl,dimana proton-proton ditambahkan ke situs-situs N=, sementara jumlah elektronpada rantai tetap. Bentuk konduktif dari EB disebut emeraldine salt (ES). Bentukdasar EB berubah menjadi ES melalui reaksi oksidasi dengan asam-asam protonikseperti HCl, sebaliknya bentuk ES dapat dikembalikan menjadi bentuk EBmelalui reaksi reduksi dengan agen reduktan seperti NH4OH.

Gambar 2.2. Reaksi protonasi-deprotonasi polianilin

Kedua proses ini disebut juga proses protonasi-deprotonasi atau doping-dedoping.Kedua bentuk emeraldine memiliki sifat listrik yang berkebalikandimana EB merupakan bentuk isolatif dan ES merupakan bentuk konduktif.Derajat konduktivitas emeraldine ini bergantung pada tingkat/konsentrasi dopanyang diberikan, yaitu jumlah proton (H+) yang dimasukkan ke dalam strukturemeraldine ( Liu G, Freund, M.S., 1997).

16

Polianilin bisa disintesis dengan menggunakan metode kimia danelektrokimia. Sintesis lain dengan kebalikan polimerisasi emulsi, polimerisasiplasma dan polimerisasi autokatalis . Sintesis kimia bisa dilakukan denganmenggunakan monomer anilin, asam dan oksidan. Asam yang biasa digunakanadalah asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H2SO4). Sebagai oksidan biasadigunakan ammonium persulfate ((NH4)2S2O8), postassium dichromate(K2Cr2O7), cerium sulfate (Ce(SO4)2), sodium vanadate (NaVO3), potassiumferricyanide (K3(Fe(CN)6), potassium iodate (KIO3) dan hydrogen peroxide(H2O2)( Conklin, J.A., Huang.,1995).

Secara umum emeraldine berwarna hijau yang konduktivitasnya dalamtingkat semikonduktor pada orde 100 S/cm, ordenya melebihi polimer secaraumum (104 S/cm). PANIterprotonasi, (seperti PANI hidroklorid) mengubah ES yang berwarna hijaumenjadi EB nonkonduktif yang berwarna biru ketika diuji dengan amoniumhidroksida ( Conklin, J.A., Huang.,1995).Tabel 2.3. Perbedaan Bentuk PANINama Lengkap (

1-y)TeroksidasiSebagian

Konduktivitas(S.cm-1)

Warna

Leucoemeraldine Base 00

TereduksiPenuh

17

Pada saat protonasi, terjadi perubahan pada atom nitrogen imine (padacincin quinoid), terjadi secara cepat relaksasi geometri, menghasilkan transisidalam quinoid menjadi benzenoid (lihat Gambar 2.2), peristiwa ini dikenal denganbipolaron. Pembawa muatan bipolaron memiliki energi yang tinggi dan terjadidalam waktu yang singkat. Penyebaran kembali muatan dan spin menghasilkansebuah polaron sebagai pembawa muatan yang lebih stabil( Conklin, J.A.,Huang).

18

Gambar 2.3. Transisi bipolaron dan polaronPolianilin (PANi) adalah salah satu bahan polimer konduktif yang banyak

dikaji pada lebih dari dua dekade terakhir karena sifat fisika dan kimianya yangkhas sehingga memiliki potensi aplikasi yang luas. Bahan polimer konduktif inisangat unik yaitu dapat mengalami perubahan sifat listrik dan optik yang dapatbalik (reversible) melalui reaksi redoks dan doping-dedoping atau protonasi-deprotonasi sehingga sangat potensial dimanfaatkan pada berbagai aplikasi.Sejauh ini, bahan polianilin telah digunakan pada berbagai aplikasi seperti sensorkimia khususnya sensor gas , piranti elektrokromik , sel fotovoltaik , LED polimerdan baterai sekunder ( Kim, E.O.dkk, 2001).

Berdasarkan tingkat oksidasinya, polianilin dapat disintesis dalambeberapa bentuk isolatifnya yaitu leucomeraldine base (LB) yang tereduksi penuh,emeraldine base (EB) yang teroksidasi setengah dan pernigraniline base (PB)

19

yang teroksidasi penuh. Dari tiga bentuk ini, EB yang paling stabil dan jugapaling luas diteliti karena konduktivitasnya dapat diatur dari 10-10 S/cm hingga100 S/cm melalui doping, sedangkan bentuk LB dan PB tidak dapat dibuatkonduktif. Bentuk EB dapat dibuat konduktif dengan doping asam protonikseperti HCl, dimana proton-proton ditambahkan ke situs-situs N=, sementarajumlah elektron pada rantai tetap. Bentuk konduktif dari EB disebut emeraldinesalt (ES) ( Conklin, J.A., Huang,1995)

Bentuk dasar EB berubah menjadi ES melalui reaksi oksidasi denganasam-asam protonik seperti HCl, sebaliknya bentuk ES dapat dikembalikanmenjadi bentuk EB melalui reaksi reduksi dengan agen reduktan seperti NH4OH,seperti ditunjukkan pada Gambar (2.2). Kedua proses ini disebut juga prosesprotonasi-deprotonasi atau doping-dedoping. Kedua bentuk emeraldine memilikisifat listrik yang berkebalikan, EB yang isolatif dan ES yang konduktif atausemikonduktif.

Derajat konduktivitas emeraldine ini bergantung pada tingkat doping yangdiberikan, yaitu jumlah proton (H+) yang didopingkan ke dalam strukturemeraldine . Sifat optiknya juga berbeda untuk kedua bentuk emeraldine, yaitu EBberwarna biru sedangkan ES berwarna hijau sehingga karakteristik absorpsioptiknya berbeda. Sifat listrik (konduktivitas) dan optik (indeks bias danabsorpsivitas) emeraldine dapat divariasikan melalui reaksi oksidasireduksi olehagen-agen oksidan dan reduktan. Karakteristik ini dapat dimanfaatkan untuksensor kimia.

Polianilin (PANi) merupakan salah satu jenis bahan polimer konduktifyang banyak dikaji pada lebih dari dua dekade terakhir karena sifat fisika dankimianya yang khas sehingga memiliki potensi aplikasi yang luas. Bahankonduktif ini sangat unik yaitu dapat mengalami perubahan sifat listrik dan optikyang dapat dibalik (reversible) melalui reaksi redoks dan doping-dedoping atauprononisasi-deprotonisasi sehingga sangat potensial dimanfaatkan pada berbagaiaplikasi (Varela, H., Torresi, 2000)

Polianilin mempunyai ikatan alternasi ikatan rangkap tunggal(terkonjugasi). Adanya ikatan tersebut memungkinkan terjadinya aliran electrondalam rantai polimer sehingga polianilin menjadi konduktif, mempunyai stabilitas

20

cukup tinggi terhadap ganggguan udara luar dan mempunyai potensi aplikasi yangsangat luas seperti sensor, baterai sekunder, LED, FET serta devais elektronik.Selain itu polianilin memiliki sifat elektromik, yaitu dapat berubah warna apabiladiberi medan listrik, tetapi sifat ini hanya dominan pada daerah tegangan positif.

Polianilin memiliki struktur elektronik yang berbeda, variasi strukturelekronik ini akan berkaitan dengan elektrokromisitas bahan tersebut. Perubahanstruktur elektronik yang terjadi akibat perubahan kadar dopan yang besar kecilnyaditentukan oleh nilai arus sintesis.Berdasarkan tingkat oksidasinya polianilindapat disintesis dalam beberapa bentuk isolatifnya yaitu leucomeraldine base (LB)yang trinduksi penuh, emeraldine base (EB) yang teroksidasi setengah danpernigraniline base (PB) yang teroksidasi penuh. Dari ketiga bentuk ini EB yangpalins stabil dan juga paling luas diteliti karena konduktivitasnya dapat diatur dari10-10 S/cm hingga 100 S/cm melalui doping, sedangkan bentuk LB dan PB tidakdapat dibuat konduktif (Mihardi,isran,2008).

Bentuk EB dapat dibuat konduktif dengan doping asam protonik sepertiHCl, dimana proton-proton ditambah ke situs situs N=, sementara jumlahelektron pada rantai tetap. Bentuk konduktif dari EB disebut emeraldine salt(ES)(Pinto,1996).

Material apabila dilihat dari konduktivitas listriknya digolongkanmenjadi bahan isolator, semikonduktor dan konduktor. Bahan konduktor mudahmenghantarkan arus listrik dengan konduktivitas di atas 104 S/cm. Sebagaikebalikan bahan konduktor, bahan isolator sulit menghantarkan arus listrik.Konduktivitasnya berada di bawah 10-8 S/cm. Bahan semikonduktor mempunyaikonduktivitas di antara konduktor dan isolator. Nilai konduktivitasnya sangattergantung pada kondisi lingkungan seperti temperatur. Pada temperatur tinggi,bahan semikonduktor dapat berubah menjadi bahan konduktor (Ormecon,1995).

21

Polimer sebagai salah satu material yang banyak digunakan, jugamempunyai sifat yang bervariasi dari isolator hingga konduktor tergantungkomposisi atom dan jenis ikatannya. Polimer dengan rangka yang mengandungikatan terkonjugasi memiliki sifat listrik yang unik karena kemampuannya untukmentransfer muatan disepanjang rantai. Salah satu contoh polimer terkonjugasiadalah polianilin. Polianilin memiliki beberapa bentuk. Salah satunya danmerupakan bentuk yang paling stabil adalah emeraldin. Emeraldin atau basaemeraldin, berbentuk serbuk halus berwarna biru tua yang memiliki struktursebagai berikut:

Gambar 2.4. Bentuk Emeraldin pada PolianilinMenurut Stejskal dkk (2001), Emeraldin memiliki konduktivitas 10-7 S/cm.

Tingkat konduktivitas listrik emeraldin dapat ditingkatkan dengan melakukanpenambahan dopan. Pereaksian emeraldin dengan HBr menyebabkan gugus N=terprotonasi menjadi (NH=)+Br-. Perubahan ini menyebabkan konduktivitaslistrik emeraldin naik menjadi 5 S/cm (Pinto, 1996).

Stejskal dan Gilbert (2002) juga telah mempreparasi basa emeraldin denganHCl menghasilkan suatu emeraldin terprotonasi HCl (garam emeraldin) dengankonduktivitas 4,4 1,7 S/m. Reaksi emeraldin dengan HCl menghasilkan serbukberwarna hijautua.

Polimer konduktif polianilin jika ditinjau konduktivitas listriknyatermasuk dalam bahan semikonduktor, dimana konduktivitasnya berkisar antara10-9 sampai 102 S/cm. Konduktivitas polianilin tergantung pada temperatur.Konduktivitasnya akan meningkat dengan meningkatnya temperatur. Sebaliknya,konduktivitasnya akan menurun dengan menurunnya temperatur. Polianilintermasuk polimer yang sangat sensitif terhadap kelembaban udara disekitarnyayang kemudian akan berpengaruh pada sifat listik polianilin.

22

Dengan meningkatnya kelembaban udara, maka molekul-molekul polarair akan diabsorbsi oleh bahan polimer polianilin. Hal ini akan berpengaruh padapenurunan potensial barrier. Akibatnya resistansi pada bahan polimer polianilinakan mengalami penurunan.Keberadaan air pada polimer polianilin inimenyebabkan delokalisasi muatan. Delokalisasi muatan terjadi dengan adanyapelarutan anion dopan. Bentuk oligomer pada polianilin juga berpengaruh padadelokalisasi muatan dimana terjadi interaksi yang kuat antara oligomer danmolekul polar air yang mengakibatkan muatan elektron berdelokalisasi sepanjangrantai polimer( Varela, H., 2000).

2.4. Sintesis Polianilin (PANI)Polianilin dapat disintesis secara elektrokimia menghasilkkan produk

dalam bentuk film atau sintesis secara kimia akan menghasilkan polianilin dalambentuk bubuk. Di antara teknik elektrokimia, metode galvanostatik merupakansalah satu metode elektropolimerisasi dimana proses doping terjadi bersamaandengan polimerisasi selain jenis proses sintesis,sifat polianilin juga dipengarubioleh parameter sintesis seperti konsentrasi monomer anilin, jenis dopan dankonsentrasi yang digunakan, lama waktu, arus dan tegangan polimerisasi(Kusumawati,D.,dkk).2.4.1. Metode Elektrokimia/Proses Sintesis PANI /HCl/ZnO

Metode elektrokimia adalah metode yang didasarkan pada reaksi redoks,yakni gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi, yang berlangsung pada elektrodayang sama/berbeda dalam suatu sistem elektrokimia. Sistem elektrokimiameliputi sel elektrokimia dan reaksi elektrokimia. Sel elektrokimia yangmenghasilkan listrik karena terjadinya reaksi spontan di dalamnya disebut selgalvani. Sedangkan sel elektrokimia di mana reaksi tak spontan terjadi didalamnya disebut sel elektrolisis.

Peralatan dasar dari sel elektrokimia adalah dua elektroda, umumnyakonduktor logam yang dicelupkan ke dalam elektrolit konduktor ion (yang dapatberupa larutan maupun cairan) dan sumber arus. Karena didasarkan pada reaksiredoks, pereaksi utama yang berperan dalam metode ini adalah elektron yangdipasok dari suatu sumber listrik. Sesuai dengan reaksi yang berlangsung,elektroda dalam suatu sistem elektrokimia dapat dibedakan menjadi katoda,yakni

23

dimana elektroda dimana reaksi reduksi (katodik) berlangsung dan anoda dimanareaksi oksidasi (anodik) berlangsung (Kusumawati,D.H., dkk,2008).

Gambar 2.5. Rangkaian instrumen elektropolimerisasi elektrokimia

2.4.1.1. HCl (Asam klorida)Asam klorida adalah larutan akuatik dari gas hidrogen klorida (HCl)

Hidrogen klorida (HCl) adalah asam monoprotik, yang berarti bahwa ia dapatberdisosiasi melepaskan satu H+ hanya sekali. Dalam larutan asam klorida, H+ inibergabung dengan molekul air membentuk ion hidronium, H3O+:

HCl + H2O H3O+ + Cl

2.4.1.2. Sifat-sifat fisika

Ciri-ciri fisika asam klorida, seperti titik didih, titik leleh, massa jenis,dan pH tergantung pada konsentrasi atau molaritas HCl dalam larutan asamtersebut. Sifat-sifat ini berkisar dari larutan dengan konsentrasi HCl mendekati 0%sampai dengan asam klorida berasap 40% HCl .

24

Asam klorida sebagai campuran dua bahan antara HCl dan H2Omempunyai titik didih-konstan azeotrop pada 20,2% HCl dan 108,6 C (227 F).Asam klorida memiliki empat titik eutektik kristalisasi-konstan, berada di antarakristal HClH2O (68% HCl), HCl2H2O (51% HCl), HCl3H2O (41% HCl),HCl6H2O (25% HCl), dan es (0% HCl). Terdapat pula titik eutektik metastabilpada 24,8% antara es dan kristalisasi dari HCl3H2O (wikipedia.org).

2.4.2. Zink Oksida2.4.2.1. Zinc (Zn)

Zinc merupakan salah satu unsur kimia dengan simbol Zn, nomor atom 30,dan menempati tempat pertama pada golongan XII unsur transisi di dalam tabelperiodik unsur. Secara kimia, zinc memiliki sifat yang mirip dengan magnesium(Mg) karena memiliki ukuran atom yang hampir sama dengan bilangan oksidasi+2. Logam Zn sudah dimanfaatkan oleh manusia sejak abad ke-10 sebelummasehi (Mohlis, 2006).

Bijih zinc yang paling umum adalah sfalerit atau zinc blende, ZnS, dansmitsonit, ZnCO3 ; lainnya yaitu ZnO, dan franklinit, (Zn,Mn)O.n Fe2O3, denganrasio Zn, Mn, dan Fe2O3 bervariasi. Titik didih zinc yang rendah (907oC)memungkinkan dilakukan distilasi terhadap lelehan bijih yang sering diikutipemurnian dengan distilasi lanjut. Metalurgi bijih franklinit sangat menarik,karena pada reduksi temperatur tinggi menghasilkan zinc, mangan, dan besi. Zincdapat dipisahkan dengan distilasi, sedangkan campuran mangan-besi dapatlangsung dijadikan logam paduan atau baja. (Garmanage, 2000)

Sebagian besar, bijih zinc dipanggang untuk mengubah sulfida menjadioksidanya, kemudian dilanjutkan reduksi pada temperatur tinggi dengan karbonuntuk menghasilkan logam zinc yang kemudian dikondensasi dan dimurnikan.Persamaan reaksi yang terjadi yaitu:

ZnO(s) + C(s) Zn (s) + CO(g)

25

2.4.2.2. SumberKadar komposisi unsur zinc di kerak bumi adalah sekitar 75 ppm

(0,007%). Hal ini menjadikan zinc sebagai unsur ke-24 paling melimpah di kerakbumi. Tanah mengandung sekitar 5770 ppm seng dengan rata-ratanya 64 ppm.Sedangkan pada air laut kadar zinc adalah 30 ppb dan pada atmosfer kadarnyahanya 0,14 g/m3 (Garmanage, 2000).

Bijih-bijih zinc yang utama adalah sphalerita (sulfida), smithsonite(karbonat), calamine (silikat) dan franklinite (zinc, manganese, besi oksida). Satumetoda dalam mengambil unsur ini dari bijihnya adalah dengan cara memanggangbijih zinc untuk membentuk oksida dan mereduksi oksidanya dengan arang ataukarbon yang dilanjutkan dengan proses distilasi.

2.4.3. Sifat-sifat ZnZinc memiliki warna putih kebiruan. Logam ini rapuh pada suhu biasa

tetapi mudah dibentuk pada 100-150 derajat celcius, dapat mengalirkan listrikwalau tidak seefektif tembaga dan terbakar di udara pada suhu tinggi merahmenyala dengan evolusi awan putih oksida. Unsur ini juga menunjukkan sifatyang sangat mudah dibentuk (superplasticity). Zinc maupun zirconium tidakmemiliki sifat magnet. Tetapi ZrZn2 menunjukkan sifat kemagnetan pada suhudibawah 35 derajat Kelvin. Senyawa ini memiliki sifat-sifat kelistrikan, panas,optik dan solid-state yang unik (Garmanage, 2000).

a. Sifat KimiaZinc memiliki konfigurasi elektron [Ar]3d104s2 dan merupakan unsur

golongan 12 tabel periodik. Zinc cukup reaktif dan merupakan reduktor kuat.Permukaan logam zinc murni akan dengan mudah membentuk lapisan zinkkarbonat (Zn5(OH)6CO3) karbon dioksida. Lapisan ini membantu mencegah reaksilebih lanjut dengan udara dan air.

Zinc yang dibakar akan menghasilkan api berwarna hijau kebiruan danmengeluarkan asap zink oksida. Zinc bereaksi dengan asam, basa, dan non-logamlainnya. Zinc yang sangat murni hanya akan bereaksi secara lambat dengan asampada suhu kamar. Asam kuat seperti asam klorida maupun asam sulfat dapat

26

menghilangkan lapisan pelindung zink karbonat dan reaksi zinc dengan air yangada akan melepaskan gas hidrogen (Mohlis.2006).

Tabel 2.4. Sifat kimia ZincKarakterisasi sifat kimia ZincJari-jari ionic 74 pmTingkat oksida +2Warna ion Tak berwarnaIon terhidrat [Zn(H2O)6]2+Garam-garam terlarut Klorida, sulfatGaram sukar larut KarbonatKlorida Kovalen,

higroskopikHidroksida Basa

(Garmanage, 2000)Zinc secara umum memiliki keadaan oksidasi +2. Ketika senyawa dengan

keadaan oksidasi +2 terbentuk, elektron pada elektron terluar s akan terlepas, danion zinc yang terbentuk akan memiliki konfigurasi [Ar]3d. Pembentukan empatikatan kovalen dengan menerima empat pasangan elektron dan mematuhi kaidahoktet. Stereokimia senyawa yang dibentuk ini adalah tetrahedral dan ikatan yangterbentuk dapat dikatakan sebagai sp3. Pada larutan akuatik, kompleks oktahedral,[Zn(H2O)6]2+ merupakan spesi yang sangat dominan dibanding dengan senyawalainnya. Penguapan zinc yang dikombinasikan dengan zinc klorida padatemperatur di atas 285 C mengindikasikan adanya Zn2Cl2 yang terbentuk, yaknisenyawa zinc yang berkeadaan oksidasi +1. Tiada senyawa zinc berkeadaanoksidasi selain +1 dan +2 yang diketahui. Perhitungan teoritis mengindikasikanbahwa senyawa zinc dengan keadaan oksidasi +4 sangatlah tidak memungkinkanterbentuk.

Sifat kimiawi zinc mirip dengan logam-logam transisi periode pertamaseperti nikel dan tembaga, bersifat diamagnetik dan hampir tak berwarna. Jari-jariion zinc dan magnesium juga hampir identik. Oleh karenanya, garam keduasenyawa ini akan memiliki struktur kristal yang sama, dimana jari-jari ion

27

merupakan faktor penentu, sifat-sifat kimiawi keduanya akan sangat mirip. Zinccenderung membentuk ikatan kovalen berderajat tinggi, juga akan membentuksenyawa kompleks dengan pendonor N- dan S-. Senyawa kompleks sengkebanyakan berkoordinasi 4 ataupun 6 walaupun koordinasi 5 juga diketahui ada(Garmanage, 2000).

b. Sifat fisisZinc merupakan logam yang berwarna putih kebiruan, berkilau, dan

bersifat diamagnetik. Zinc sedikit kurang padat daripada besi dan berstrukturkristal heksagonal. Logam ini keras dan rapuh pada suhu tertentu, namun menjadidapat ditempa antara 100 sampai dengan 150 C di atas 210 C. Zinc juga mampumenghantarkan listrik. Dibandingkan dengan logam-logam lainnya, zinc memilikititik lebur (420 C) dan titik didih (900 C) yang relatif rendah. Titik lebur zincmerupakan yang terendah di antara semua logam-logam transisi selain raksa dankadmium.

Terdapat banyak sekali aloi yang mengandung zinc. Salah satu contohnyaadalah kuningan (aloi zinc dan tembaga). Logam-logam lainnya yang jugadiketahui dapat membentuk aloi dengan zinc adalah aluminium, antimon, bismut,emas, besi, timbal, raksa, perak, timah, magnesium, kobalt, nikel, telurium, dannatrium.Walaupun zinc maupun zirconium tidak bersifat feromagnetik, ZrZn2memperlihatkan feromagnetisme di bawah suhu 35 K. (Mohlis, 2006).

2.4.4. Senyawa ZnOKebanyakan metaloid dan non logam dapat membentuk senyawa biner

dengan zinc, terkecuali gas mulia. Oksida ZnO merupakan bubuk berwarna putihyang hampir tidak larut dalam larutan netral. Ia bersifat amfoter dan dapat larutdalam larutan asam dan basa kuat. Dalam larutan basa lemah yang mengandungion Zn2+, hidroksida dari seng Zn(OH)2 terbentuk sebagai endapan putih. Dalamlarutan yang lebih alkalin, hidroksida ini akan terlarut dalam bentuk [Zn(OH)4]2-Senyawa nitrat Zn(NO3)2, klorat Zn(ClO3)2, sulfat ZnSO4, fosfat Zn3(PO4)2,molibdat ZnMoO4, sianida Zn(CN)2, arsenit Zn(AsO2)2, arsenat Zn(AsO4)2.8H2Odan kromat ZnCrO4 merupakan beberapa contoh senyawa anorganik zinc. Salah

28

satu contoh senyawa organik paling sederhana dari zinc adalah senyawa asetatZn(COOCH3)2.

Tabel 2.5. Karakterisasi ZnO (Wikipedia, 2011)Karakterisasi

Rumus molekul ZnOMassa molar 81,408 g / molPenampilan Putih solidBau tanpa bauKepadatan 5,606 g / cm 3Titik lebur 1975 C (terurai)Titik didih 2360 CKelarutan dalam air 0,16 mg/100 mL (30 C)Band gap 3,3 eVIndeks bias (n D) 2.0041

(Wikipedia, 2011)

2.4.5. Sifat kimia ZnOZnO terjadi sebagai bubuk putih umumnya dikenal sebagai seng putih atau

sebagai zincite mineral. Mineral yang biasanya berisi sejumlah unsur mangan danlainnya dan umumnya berwarna kuning hingga merah. Kristal seng oksidaberubah dari putih ke kuning bila dipanaskan dan di udara beralih ke putih padaproses pendinginan. Hal ini disebabkan oleh kerugian yang sangat kecil darioksigen pada suhu tinggi untuk membentuk non-stoikiometrik Zn1 + xO, di manapada 800C, x = 0,00007. Seng oksida adalah oksida amfoter yaitu hampir tidaklarut dalam air dan alkohol, tetapi larut dalam (terdegradasi oleh) kebanyakanasam, seperti asam klorida:ZnO + 2 HCl ZnCl2 + H2O:Juga reaksinya terhadap basa dapat dilihat dari reaksi di bawah ini:ZnO + 2NaOH + H2O Na2(Zn(OH)4)

ZnO bereaksi lambat dengan asam lemak dalam minyak untukmenghasilkan karboksilat yang sesuai, seperti oleat atau stearat. ZnO berbentuk

29

serbuk bila dicampur dengan larutan berair dari seng klorida yang pekat dan inipaling baik sebagai hidroksi zinc klorida. Ini dapat digunakan dalam kedokterangigi. ZnO juga membentuk serbuk seperti jika direaksikan dengan asam fosfat,dan ini membentuk dasar zinc fosfat digunakan dalam kedokteran gigi.Komponen utama zinc fosfat yang dihasilkan oleh reaksi ini adalah hopeite, Zn3(PO4) 2.4H2O.

ZnO terurai menjadi uap seng dan oksigen hanya pada sekitar 1975C,cukup mencerminkan stabilitas.Pemanasan dengan karbon mengubah oksida menjadi uap seng.ZnO + C Zn + CO

2.4.6. Sifat Listrik ZnOZnO memiliki band gap relatif besar dari ~ 3,3 eV pada suhu kamar,

karena itu ZnO murni tidak berwarna dan transparan. Keuntungan yang terkaitdengan band gap yang besar termasuk tegangan yang tinggi, kemampuan untukmempertahankan medan listrik yang besar, suara elektronik yang lebih rendah,dan suhu yang tinggi dan tinggnya daya operasi. Celah pita ZnO lebih lanjut dapatdisetel dari ~ 3-4 eV oleh paduan dengan magnesium oksida atau oksidakadmium. Kebanyakan ZnO memiliki karakteristik tipe-n, bahkan tanpa adanyapendopingan .

Penjelasan alternatif telah diusulkan, berdasarkan teori perhitungan, yangtidak disengaja kotoran substitusi hidrogen bertanggung jawab. Pendopingan tipe-n mudah dicapai dengan menggantikan Zn dengan kelompok unsur golongan IIIyaitu Al, Ga, In atau menggantikan oksigen dengan kelompok unsur golongan VIIyaitu klorin atau yodium. Pendopingan ZnOyang memiliki karakteristik tipe-psulit dilakukan. Masalah ini berasal dari dopan tipe-p dengan kelarutan yangrendah dan itu adalah tidak hanya berlaku untuk ZnO, tetapi juga untuk senyawaseperti GaN dan ZnSe.

Adanya ZnO tipe-p tidak membatasi aplikasi elektronik dan aplikasioptoelektronik yang biasanya membutuhkan sambungan tipe-n dan material jenisp. Dikenal dopan tipe-p yaitu termasuk kelompok unsur Li, Na, K, kelompok-Vunsur N, P dan As; serta tembaga dan perak. Mobilitas elektron ZnO sangat

30

bervariasi terhadap suhu dan memiliki maksimum ~ 2000 cm2/ (V S) pada~ 80Kelvin. Data mobilitas lubang dengan nilai dalam kisaran 5 -30 cm2/ (V S).

2.5. Karakterisasi flm tipis PANI/HCl/ZnO2.5.1. Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM merupakan suatu mikroskop elektron yang mampu untuk menghasilkangambar beresolusi tinggi dari sebuah permukaan sampel. Gambar yang dihasilkanoleh SEM memiliki karakteristik penampilan tiga dimensi, dan dapat digunakanuntuk menentukan struktur permukaan dari sampel. Hasil gambar dari SEM hanyaditampilkan dalam warna hitam putih.

SEM menerapkan prinsip difraksi elektron, dimana pengukurannya samaseperti mikroskop optik. Prinsipnya adalah elektron yang ditembakkan akandibelokkan oleh lensa elektromagnetik dalam SEM.

SEM menggunakan suatu sumber elektron berupa pemicu elektron (electrongun) sebagai pengganti sumber cahaya. Elektron-elektron ini akan diemisikansecara termionik (emisi elektron dengan membutuhkan kalor, sehingga dilakukanpada temperatur yang tinggi) dari sumber elektron.Elektron-elektron yangdihasilkan adalah elektron berenergi tinggi, yang biasanya memiliki energiberkisar 20 keV-200 keV atau sampai 1 MeV. Dalam prinsip pengukuran inidikenal dua jenis elektron, yaitu elektron primer dan elektron sekunder. Elektronprimer adalah elektron berenergi tinggi yang dipancarkan dari katoda (Pt, Ni, W)yang dipanaskan. Katoda yang biasa digunakan adalah tungsten (W) ataulanthanum hexaboride (LaB6). Tungsten digunakan karena memiliki titik leburyang paling tinggi dan tekanan uap yang paling rendah dari semua meta, sehinggamemungkinkannya dipanaskan pada temperatur tinggi untuk emisi elektron.Elektron sekunder adalah elektron berenergi rendah, yang dibebaskan oleh atompada permukaan. Atom akan membebaskan elektron sekunder setelah ditembakanoleh elektron primer Elektron sekunder inilah yang akan ditangkap oleh detektor,dan mengubah sinyal tersebut menjadi suatu sinyal gambar.

Proses pemindaian (scanning process) SEM secara singkat dapat dijelaskansebagai berikut. Sinar elektron, yang biasanya memiliki energi berkisar dari

31

beberapa ribu eV hingga 50 kV, difokuskan oleh satu atau dua lensa kondensermenjadi sebuah sinar dengan spot focal yang sangat baik berukuran 1 nm hingga5 m.

Sinar tersebut melewatibeberapa pasang gulungan pemindai (scanning coils)di dalam lensa obyektif, yang akan membelokkan sinar itu dengan gaya rasterdiatas area berbentuk persegi dari permukaan sampel. Selagi elektron-elektronprimer mengenai permukaan, mereka dipancarkan secara inelastis oleh atom-atomdi dalam sampel. Melalui kejadian penghamburan ini, sinar elektron primermenyebar secara efektif dan mengisi volume berbentuk air mata, yang dikenalsebagai volume interaksi, memanjang dari kurang dari 100 nm hingga sekitar 5nmke permukaan. Interaksi di dalam wilayah ini mengakibatkan terjadinya emisielektron sekunder, yang kemudian dideteksi untuk menghasilkan sebuah gambar.Elektron-elektron sekunder akan ditangkap oleh detektor, dan mengubah sinyaltersebut menjadi suatu sinyal gambar. Kekuatan cahaya tergantung pada jumlahelektron-elektron sekunder yang mencapai detektor. Prinsip keja SEM sepertiterlihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Skema SEM (Marlina, 2007)

SEM memiliki beberapa keunggulan, seperti kemampuan untukmenggambar area yang besar secara komparatif dari spesimen, kemampuan untukmenggambar materi bulk, dan berbagai mode analitikal yang tersedia untuk

32

mengkur komposisi dan sifat dsar dari spesimen. Tergantung dari instrumen,resolusi dapat jatuh di suatu tempat diantara kurang dari 1 nm dan 20 nm.Pembesaran gambar dari resolusi SEM yang tinggi dipengaruhi oleh besarnyaenergi elektron yang diberikan. Semakin kecil panjang gelombang yang diberikanoleh elektron, energinya semakin besar, sehingga resolusinya juga semakin tinggi.

Prepasi sampel pada SEM harus dilakukan dengan hati-hati karenamemanfaatkan kondisi vakum serta menggunakan elektron berenergi tinggi.Sampel yang digunakan harus dalam keadaan kering dan bersifat konduktif(menghantarkan elektron). Bila tidak, sampel harus dibuat konduktif terlebihdahulu oleh pelapisan dengan karbon, emas, atau platina. Instrumentasi SEMseperti pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Instrumentasi SEM

Syarat agar SEM dapat menghasilkan citra yang tajam permukaan bendaharus bersifat sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron sekunderketika ditembak dengan berkas elektron. Benda yang akan di uji harus dilapisi

33

dengan logam. Jika benda yang akan diamati berasal dari logam tidak perludilapisi dengan logam lagi (Mikrajuddi A. dan Khairurrijal, 2009).

Morfologi permukaan polianilin pada substrat kaca preparat dapat diamatilangsung dengan menggunakan mikroskop elektron (SEM). Morfologi permukaansampel polianilin diambil menggunakan SEM dengan perbesaran40.000.Morfologi permukaan ditunjukkan pada Gambar 2.8, tampak citra SEMmemperlihatkan struktur nano polianilin berbentuk serat dengan diameterbeberapa puluh nanometer dan panjang beberapa ratus nanometer serta sangatberpori (highly porous).

Pada citra SEM, dapat diamati dengan jelas nanoserat-nanoserat ini salingbersilangan membentuk struktur yang sangat berpori. Struktur nanoserat initerbentuk melalui proses polimerisasi yang terjadi secara difusi pada bidang batasdua fasa, organik-air (aqueous). Dengan serat-serat berukuran nanoskopikmengakibatkan struktur polianilin sangat berpori yang memungkinkan molekul-molekul uap atau gas dapat menembus (penetrasi) lebih dalam dan berinteraksidengan hampir seluruh serat-serat polianilin. Akibatnya, semua serat (fiber)polianilin dapat berkontribusi terhadap proses sensing untuk memperolehsensitivitas sensor yang lebih baik.

Gambar 2.8. Citra SEM permukaan polianilinMorfologi permukaan polianilin pada substrat kaca preparat dapat diamati

langsung dengan menggunakan mikroskop elektron (SEM). Morfologi permukaansampel polianilin diambil menggunakan SEM dengan perbesaran 40.000.Morfologi permukaan ditunjukkan pada Gambar 2.8, tampak citra SEM

34

memperlihatkan struktur nano polianilin berbentuk serat dengan diameterbeberapa puluh nanometer dan panjang beberapa ratus nanometer serta sangatberpori (highly porous). Pada citra SEM,dapat diamati dengan jelas nanoserat-nanoserat ini saling bersilangan membentuk struktur yang sangat berpori(Maddu,2008).

(a)

(b)Gambar 2.9. Struktur permukaan hsil Karakterisasi SEM :(a)lapisan PANI/HClperbesaran 1500x,(b)lapisan PANI/HCl/Fe3O4 perbesaran 1500x

Dari Gambar.2.9a. dan b dapat dilihat bahwa terdapat poripori (porositas)yang merata pada permukaan sampel. Perbedaan warna pada gambar tidakmencerminkan ragam unsur didalam sampel. Sedangkan untuk nanokompositPANi/HCl/Fe,dengan perbesaran yang berbeda tetap terlihat keberadaan pori padasampel yaitu daerah berwarna hitam. Ukuran dan distribusi partikel Fe3O4 tidakdapat terdeteksi pada hasil SEM ini (Putri,dkk,2008).

35

2.5.2. X-Ray FluorescenceJenis XRF yang pertama adalah WDXRF (Wavelength-dispersive X-ray

Fluorescence) dimana dispersi sinar-X didapat dari difraksi dengan menggunakananalyzer yang berupa kristal yang berperan sebagai grid. Kisi kristal yang spesifikmemiliki panjang gelombang yang sesuai dengan hukum bragg.X-Ray fluoresensi digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk

penelitian dalam petrologi batuan beku, sedimen, dan metamorf pertambangan (misalnya, mengukur kadarnya) produksi semen material keramik dan kaca kajian lingkungan (misalnya, analisis partikel pada filter udara) Industri minyak bumi (misalnya kandungan sulfur dari minyak mentah dan

produk minyak bumi) bidang analisis dalam studi geologi dan lingkungan

Gambar 2.10. X-Ray Fluorescence

X-Ray fluoresensi sangat cocok untuk penyelidikan yang melibatkananalisis kimia unsur mayor (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) dalam batuandan sedimen analisis kimia unsur jejak (dalam kelimpahan > 1 ppm; Ba, Ce, Co,Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn).

36

Gambar 2.11. Spektrum XRF untuk sampel film PANI/HCl/Fe2O3

Hasil XRF memperlihatkan keberadaan unsur Fe dan O di permukaansampel, yang dapat dilihat pada Gambar 2.12, namun tidak dapat dipastikan fasaapa yang terbentuk karena perbandingan Fe dan O bervariasi. Pada spektrum EDXini kita dapat mendeteksi keberadaan puncak C pada 0,277 keV, N pada 0,382keV, O pada 0,525 keV, Cl pada 2,621 keV dan puncak spektrum Fe pada 6,398keV. Tetapi selain unsur-unsur dari sampel nanokomposit PANi/HCl/Fe3O4,terdapat pula beberapa unsur lain sebagai impuritas dalam substrat karbon, sepertiAluminium dan Natrium. Unsur H tidak dapat dideteksi karena terlalu ringan.Puncak C merupakan puncak spektrum tertinggi, selain karena sampel banyakmengandung unsur C, yaitu dari PANi(C6H5NH2)y, Asetonitril (CHCN), danTMAH(C4H13NO), juga dikarenakan substrat yang digunakan adalah karbon(grafit). Spektrum tertinggi kedua adalah spektrum unsur Cl, hal ini dikarenakandoping yang dipergunakan pada nanokomposit adalah HCl (Putri,dkk,2008).2.5.3. Karakteristik Sifat Listrik Film Polianilin

Konduktivitas listrik adalah ukuran dari suatu bahan untukmenghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan padaujung-ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah,menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik merupakan sifat penting suatu

37

bahan sehubungan dengan medan magnet luar. Ketika suatu medan listrikdiberikan pada sebuah dielektrik, akan terjadi polarisasi terhadap dielektriktersebut. Tetapi jika medan tersebut diberikan ke daerah yang memiliki muatanbebas tersebut akan bergerak dan timbul arus listrik sebagai ganti polarisasimedium tersebut. Tidak seluruhnya zat merupakan konduktor listrik dandiantaranya zat-zat yang menghantarkan listrik tidak semua mengikuti hokumOhm. Masih banyak campuran antara logam yang menunjukkan perilakusuperkonduktor.

Thin film (Film tifis) adalah suatu lapisan yang sangat tipis dari suatubahan (organik, inorganik, logam maupun campuran logam-organik /organometallic) yang memiliki sifat - sifat konduktor, semikonduktor,superkonduktor maupun insulator dengan ketebalan dari orde Angstrom ()hingga mikrometer (1 = 10-10 m).

Sifat bahan sangat bergantung dari struktur kristal dan komposisikimiawinya. Struktur kristal berkaitan erat dengan sifat fisis bahan yaitu sifatkemagnetan, kelistrikan, panas, optik dan superkonduktivitas, selain itu perbedaankomposisi pada paduan merupakan salah satu indikator yang membawa pengaruhcukup besar terhadap sifat fisis bahan maupun kualitas bahan. Hubungan yangkonduktivitas dengan komposisi bahan ini telah menjadi fokus utama dalamkajian fisika material. Kajian dan penelitian tentang struktur dan konduktivitasnyapenting dilakukan untuk mengetahui tingkat kristalinitas, fase kristal, kisi-kisikristal, posisi atom, jarak atom terdekat, sudut antar atom serta fraksinya padaproses polimerisasi.

38

Gambar 2.12. LCR MeterLCR Meter adalah sebuah perangkat elektronik yang digunakan untuk

mengukur induktansi (L), kapasitansi(C), dan resistansi(R) dari suatu komponen.Sebenarnya prinsip kerja dari alat ini nilai sebenarnya dari beberapa jenispengukuran tidak diukur melainkan yang diukur adalah impedansi, impedansidiukur secara internal dan dikonversikan ke layar penampil pengukuran yangdikonversikan ke kapasitansi atau nilai induktansi yang sesuai.

Pembacaan akan cukup akurat jika kapasitor atau induktor perangkat yangdiuji tidak memiliki impedansi komponen resistif yang signifikan. Selain itu alatini dapat digunakan untuk pengukuran induktansi atau kapasitansi, dan jugaresistansi seri yang sama dari kapasitor dan faktor Q dari komponen induktif.Perangkat yang diuji (DUT) dikenakan ke sumber tegangan AC. Pengukurantegangan dan arus yang melalui DUT. Dari pengukuran perbedaan rasio ini dapatmenentukan besarnya impedansi. Sudut fase antara tegangan dan arus juga akandiukur (juga dikenal sebagai amplitudo). Dari perhitungan impedansi yang telahdigabungkan, kapasitansi atau induktansi yang setara atau sama, dan resistensi,dari DUT dapat dihitung lalu ditampilkan.

Pembacaan juga akan menampilkan hasil yang baik untuk rangkaian yangdirangkai paralel atau seri untuk kedua komponen. Asumsi pengukuran LRmemiliki elemen dalam yang seri (seperti yang ditemui dalam sebuah kumparaninduktor) dan bahwa prngukuran CR dilakukan dari komponen atau elemen secara

39

paralel (seperti yang akan dihadapi dalam mengukur kapasitor dengan dielektrikbocor). Kegunaan LCR meter juga dapat digunakan untuk menilai variasiinduktansi terhadap posisi rotor yang memiliki magnet permanen.

Seperti yang telah dikatakan, bahwa induktansi merupakan salah satuutama yang diukur oleh LCR meter. Induktansi itu sendiri didapatkan dariperubahan aliran arus yang melalui rangkaian dan beberapa perangkat sepertiresistor. Hal ini disebut dengan gaya gerak listrik, karena arus listrikmenghasilkan medan magnet maka hal ini akan mengurangi terjadinya perubahannilai yg terhitung saat ini. LCR akan mengukur rasio fluks magnet.

Didalam pengukuran kapasistansi (C), atau muatan listrik. Pengukuranakan menghitung jumlah muatan yang disimpan pada suatu titik tertentu, yangbiasa dikenal dengan potensial listrik. Pengukuran diukur dalam volt, hal inimenunjukkan muatan listrik statis.

Pengukuran dengan LCR meter dapat dilakukan dengan sangat cepat,tergantung dari komponen yang diukur. Pada dasarnya, setelah sumber teganganAC diberikan, lalu tegangan dan arus diukur (keduanya). Tetapi untuk pengukuranini akan kurang bekerja dengan baik jika mengukur komponen yang sudah dirakitmenjadi alat, dan akan bekerja dengan baik jika pengukuran dilakukan secarasendiri-sendiri atau per komponen dari komponen itu sendiri.

Pemaduan logam akan memperbaiki sifat polimer sesuai dengan yang kitainginkan. Logam paduan membeku pada rentang suhu yang besarnya bergantungpada komposisi logam pemadunya. Sedangkan pemaduan logam sendiri tujuanyaadalah memperbaiki sifat-sifat logam baik sifat fisis dan sifat mekanik supayalebih baik dan sesuai dengan maksud dan tujuan kita memadukan logam tersebut.

Pemaduan terhadap dua senyawa untuk mendapatkan sifat-sifat sepertimeningkatkan kekuatan, kekerasan, daya tahan terhadap kejutan, meningkatkankekuatan terhadap beban yang berubah-ubah, menurunkan titik leleh,meningkatkan pengaruh terhadap bahan kimia.

40

Untuk sistem komponen tunggal, semua fase mempunyai komposisi yangsama pada suatu kesetimbangan dengan variable temperatur dan tekanan. Jikaunsur murni ditambah unsur logam lain (pemadu) sehingga terbentuk paduan,maka banyak unsur pemadu menjadi variable yang harus diperhitungkan.Disamping kedua variable tersebut, perubahan struktur mikro paduan padakeadaan padat dapat mempengaruhi sifat-sifat paduan. Oleh karena itu strukturmikro dari fase paduan dalam kondisi setimbang pada komposisi dan temperaturetertentu perlu diketahui. Diagram fase dapat digunakan untuk menggambarkanstruktur paduan yang terdapat dalam suatu kesetimbangan( B.J Beumer, 1985).