The Influence of Sonication Duration on Thin Film of PANI-Ag/Ni on Its Crystalinity and Conductivity
Faradilla Parasmayanti1)*, Dr. Markus Diantoro, M.Si1), Nasikhudin, S.Pd, M.Sc1) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang. Jl. Semarang 5 Malang 65145 e-mail:
[email protected] Abstrak. The development of conductive polymers very rapidly at this time, as shown by the
presence of studies that annually produce new discoveries of potential application of technology development. Polyaniline (PANI) is a conductive polymer that has a single-double alternation bonds or conjugation which is composed of repetition of aniline monomers. The existence of these bonds allows the flow of electrons in the polymer chains that become conductive polyaniline. Polyaniline (PANI) is one of the most intensive polymers studied, due to the ease of synthesis process, electrical properties have high stability, conductivity can be controlled by doping and more soluble in organic solvent. Optimalization of polyaniline makes by doped polyaniline with AgNO3 which have high conductivity. Variation of sonication duration can give effect on its crystalinity and conductivity.Preparation of PANI consists of preparing of PANI-ES I then continued by making PANI-EB by adding NH4OH. PANI-EB was added with CSA to form PANIES II. After succesfully synthezed PANI-ES II is the next process in PANI and Ag then given sonication treatment varies with time. The process of PANI-Ag coating solution on nickel substrat done using dynamic spin coating method. Longer sonication variation has a goal to increase crystalinity and conductivity PANI-Ag/Ni . Then PANI-Ag/Ni can be characterized by FTIR, XRD, SEM-EDX, and conductivity measurement.Form the FTIR spectra showed that EB and ES Polyaniline has been succesfully synthesized with the existence of the corresponding wavenumber peaks. XRD histogram also showed a crystalline phase with comparable increase in the crystalinity of the films with the sonication. Similarly, the result of SEM showed that the longer the sonication time give rise to more homogeneous material. Increase sonication time improve the conductivity of the film.
Keywords: Polianilin, AgNO3, spin coating, Thin Film PANI-Ag/Ni, sonication, crystalinity, conductivity.
PENDAHULUAN Polianilin (PANI) merupakan salah satu polimer konduktif yang paling intensif diteliti, karena kemudahan pada proses sintesis, sifat listriknya memiliki kestabilan yang tinggi, konduktivitasnya dapat dikontrol melalui doping dan lebih mudah larut dalam pelarut organic(Walace,2009). Doping merupakan metode penambahan pengotor atau dopan untuk meningkatkan sifat tertentu dari suatu material. Metode doping pada penelitian ini adalah untuk meningkatkan kualitas dari polianilin. Selain itu, Film Tipis PANI-Ag merupakan cara untuk mengaplikasikan pada piranti elektronik melalui pelapisan pada substrat konduktif, salah satunya adalah perak. Pemberian variasi lama sonikasi akan mempengaruhi aspek kristalinitas dari Film Tipis PANI-Ag tersebut sehingga PANI-Ag memiliki struktur film yang lebih rapat. Selain
itu variasi tersebut juga dapat menaikkan konduktivitas dari Film Tipis PANI-Ag, sehingga Film Tipis tersebut menjadi lebih konduktif(Olad,2007). Bentuk film Ag+ Polianailin dengan metode spin coating akan berdampak lebih meningkatkan keunggulan dari film tersebut (Indah,2011). Adapun keunggulannya antara lain, yaitu dalam bentuk dua dimensi sehingga spin lebih mudah terorientasi dengan arah yang hampir sama, pertumbuhan kristal mengikuti struktur dari substrat dan interface antara bahan yang dilapiskan dengan substrat akan menimbulkan sifat baru yang tidak pernah ditemui pada Kristal(Tanigaki,2009). Metode spin coating akan memberikan hasil film dalam skala nano, selain itu prosesnya murah dan mudah dilakukan. Selanjutnya, akan ditinjau nilai spesifik konduktivitas
pada pengaruh frekuensi dan analisis struktur film tipis PANI-Ag/Ni untuk mengetahui karakteristiknya.
EKSPERIMEN BAHAN Bahan yang digunakan adalah anilin, 0.2 M HCl, aquades, Ammonium Peroxidisulphate (NH4)2S2O8, NH4OH, Aceton, AgNO3, Camphor-10-Sulfonic Acid (CSA), Klorofom dan substrat Nikel.
SINTESIS PANi EB Sintesis polianilin ES dengan menimbang bahan ammonium peroxidisulfat 5,71 gram, aniline 1,82 mL, HCl 0,2 M 50 mL dan aquades 50 mL. Langkah pertama dengan membentuk dua fasa, yaitu fasa organik dan fasa anorganik. Fasa organik terbantuk atas anilin dan HCl dan fasa anorganik terbentuk atas ammonium peroxidisulfat dan aquades. Setelah didiamkan selama satu jam, kedua larutan tersebut dicampur untuk proses polimerisasi. Proses ini berlangsung selama 24 jam, yang hasil akhirnya akan membentuk endapan berwarna hijau. Endapan polianilin ES I dicuci dengan menggunakan deionic water berkali-kali hingga sisa larutan berubah menjadi bening. Endapan ini diberikan doping NH4OH 0,2 M untuk proses deprotonasi. Laruatan tersebut distirer pada suhu ruang selama 4 jam, kemudian didiamkan hingga 24 jam. Terjadi pengulangan perlakuan berupa penyaringan dan pencucian. Endapan yang terbentuk adalah endapan polianilin EB. Polianilin EB berwarna biru, kemudian diannealing dengan suhu 80o C masingmasing sampel diannealing selama 5 jam.
SINTESIS PANI DOPING Ag Pembuatan larutan diawali dengan pencampuran dan penggerusan 1 gram Polianilin EB dan 1,227 gram CSA. Kedua bahan tersebut digerus selama 15 menit. Persiapan kedua, dengan melarutka AgNO3 pada 5 mL aceton dengan kemolaran 0,5 M. Ketiga bahan tersebut dilarutkan pada peralut kloroform sebanyak 10 mL. Untuk memecah
ikatan didalamnya, dilakukan proses sonikasi selama 15, 45,75,105 dan 135 menit. Tahap selanjutnya, larutan ini membutuhkan waktu 24 jam untuk proses protonasi kembali. Larutan tersebut kemudian disaring, larutan hasil saringan merupakan bahan utama yang dilapiskan pada substrat nikel.
SINTESIS FILM TIPIS Proses pelapisan larutan PANI-Ag melalui spin coating dengan menggunakan kecepatan angular spi 1500 rpm selama 1 menit. Proses ini, dilanjutkan dengan annealing pada suhu 120o C selama 5 jam. Film tipis PANI-Ag/Ni akan di karakterisasi kristalinitas dan konduktivitas.
KARAKTERISASI Pada penelitian ini cara pengambilan data yaitu dengan beberapa karakterisasi. Diantaranya karakterisasi FTIR dimana hasilnya berupa panjang gelombang hasil vibrasi dari gugus ikatan polianilin EB. Karakterisasi XRD untuk polianilin ES II dimana hasil yang didapatkan berupa puncakpuncak hasil dari difraksi sinar X. Karakterisasi SEM-EDAX untuk mengetahui permukaan morfologi Film tipis PANIAg/Ni.Serta karakterisasi konduktivitas untuk menghitung konduktivitasnya.
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis FTIR, hasil dari FTIR dari polianilin EB eksperimen akan menunjukkan vibrasi gugus ikatan yang ada dalam bahan. Penentuan keberhasilan dari polianilin EB hasil eksperimen dapat disesuaikan dengan model yang ada (penelitian sebelumnya). Polianilin EB dari penelitian dapat dikatakan berhasil apabila terdapat enam puncak yang menentukan gugus fungsi yang terdapat pada sampel. Enam puncak tersebut antara lain berapad pada pancang gelombang 1581 cm-1 , 1489 cm-1 , 1377 cm-1 , 1303 cm-1 , 1151 cm-1, dan 820 cm-1(Devi, 2011). Sedangkan untuk keberhasilan polianilin ES yaitu terdapat 671,23 cm-1 , 756,1 cm-1, 1215,15 cm-1 dan 3018,6 cm-1(Nazillah,2011).
Hal ini menunjukkan bahwa Polianilin ES II berhasil disintesis. Pola difraksi hasil XRD Film Tipis PANIAg/Ni adalah untuk melihat kristalinitas dari film tipis yang terbentuk. Pada penelitian Safenaz tahun 2012 puncak-puncak polianilin terjadi pada 2θ 5,2o[8]. Dan hasil difraksi XRD pada Film Tipis PANI-Ag/Ni dengan waktu sonikasi 15 menit, 45 menit, 75 menit, 105 menit dan 135 menit terjadi pada 2θ 5,2092o , 5,1585o , 5,1684o , 5,1472o , dan 5,1311o.
Gambar 1: (a) PANI EB (b) PANI ES
Dalam pengamatan muncul kesamaan dari beberapa sintesis polianilin EB yang terbentuk, adapun perbedaan yang terbentuk bukan merupakan puncak-puncak yang tajam. Puncak utama yang teramati adalah 1548 cm1 , 1488 cm-1, 1308 cm-1, 1171cm-1 dan 827 cm-1 merupakan ketetapan yang harus dimiliki puncak Polianilin Emeraldine Base untuk menunjukkan kesesuaian terbentuknya Polianilin dedoping(Wankhede.2013). Pada Gambar 1 ditunjukkan puncakpuncak utama dalam rentang yang hampir sama, yakni pada panjang gelombang 1593,2 cm-1, 1492,9 cm-1, 1456,26 cm-1 , 1300,02 cm1 , 1166,93 cm-1 dan 817,82 cm-1. Puncak pada panjang gelombang 1593,2 cm-1 merupakan getaran yang dihasilkan olehC=N, regangan pada cincin quinoid, getaran pada 1492,9 cm-1 hasil vibrasi dari C=C, regangan pada cincin benzoid, getaran pada 1456,26 cm-1 hasil N-H, regangan cincin benzoid, getaran pada 1300,02 cm-1 menunjukkan ikatan aromatik C-N, getaran pada 1166,93 cm-1 merupakan hasil bidang bengkokan hasil vibrasi C-H, dan 817,82 cm-1 menunjukkan ikatan C-H keluar pada bidang. Pada spektra diatas terdapat empat puncak yang sesuai yakni 3028,24 cm1 , 1234,44 cm-1, 792,74 cm-1 dan 684, 73 cm-1.
Gambar 2 Pola Difraksi XRD Film Tipis PANI-Ag/Ni Puncak PANI-Ag terbentuk pada 2θ 38,2o, 44,3o, 64,5o dan 77,4o (Wankhede.2013). Pada pola difraksi PANI-Ag/Ni yang telah dilakukan puncak-puncak yang terjadi adalah 2θ 44,3104o, 44,3983o, 44,2976o, 44,3946o dan 44,3715o. Hal ini menunjukkan bahwa PANI-Ag/Ni berhasil disintesis. Kristalinititasnya pun nampak semakin naik sebanding dengan waktu sonikasi yang semakin lama. Nampak bahwa tinggi puncak dari masing-masing Film Tipis PANI-Ag/Ni tersebut semakin lama semakin tinggi sebanding dengan semakin lama waktu sonikasi hal ini terjadi karena semakin lama waktu sonikasi bahan akan semakin kristalin.
bahan Film Tipis PANI-Ag/Ni semakin kristalin..
KESIMPULAN
Gambar 3 Morfologi Permukaan Film Tipis PANI-Ag/Ni waktu sonikasi 135 menit
Konduktivitas (s/cm)
Pada hasil SEM nampak morfologi Film Tipis Polianilin murni adalah beruba serat berporos dan granul. Sedangkan untuk morfologi Film Tipis PANI-Fe/Ag adalah serat berporos merata pada seluruh permukaan film(Tai.2010). Sedangkan pada hasil uji morfologi permukaan film tipis Pani-Ag/Ni nampak adanya serat-serat yang tersebar merata pada seluruh sampel. Hal ini menunjukkan bahwa sampel telah homogen. 1000 800 600 400 200 0 0 15 30 45 60 75 90 105120135 Waktu Sonikasi (menit) Gambar 4 Grafik Nilai Konduktivitas Film Tipis PANI-Ag/Ni Larutan PANI yang didoping dengan perak akan menyebabkan naiknya konduktivitas. Perak merupakan bahan logam dengan kristalinitas dan konduktivitas yang sangat tinggi. Pada Tabel 4.4 menunjukkan nilai konduktivitas naik sebanding dengan lama waktu sonikasi akan membuat ukuran kristal akan semakin kecil sehingga kristalinitas akan semakin besar. Dimana semakin kristalin suatu bahan akan semakin naik konduktivitas bahan tersebut. Pada Gambar 4.8 nampak bahwa semakin lama waktu sonikasi menyebabkan bahan semakin konduktif hal in i terjadi karena
Pengaruh lama sonikasi terhadap kristanilitas adalah semakin lama waktu sonikasi akan semakin meningkatkan kristalinitas Film Tipis PANI-Ag/Ni. Hal ini ditunjukkan pada hasil difraksi XRD yakni terjadi peningkatan puncak pada 2 =5,20. Puncak ini menunjuukan meningkatnya puncak dari polianilin. Nilai kristalinitas bahan pun juga meningkat yakni paling rendah pada Film Tipis PANI-Ag/Ni dengan waktu sonikasi 15 menit dan paling tinggi yakni pada Film Tipis PANI-Ag/Ni dengan waktu sonikasi 135 menit.Pengaruh lama sonikasi terhadap konduktivitas bahan adalah semakin lama waktu sonikasi akan semakin konduktif. Adapun nilai hasil konduktivitas hasil uji menggunakan I-V Meter adalah 336,41338 s/cm , 568,69882s/cm , 582,56952 s/cm, 612,44488 s/cm dan 853,04822 s/cm
DAFTAR RUJUKAN Wallace, G. Gordon, Spinks, M Geoffrey, Kane-Maguire, Teasdale, Peter.R.2009. Conductive Electroactive polymers Iintelligent Polymer System. Perancis:CRC Pres. Olad, Ali, & Nabavi, Reza. (2007). Application of Polyaniline for the Reduction of Toxic Cr(VI) in Water. Journal of Hazardous Materials, 147, 845–851. Indah Purwaningtyas. Devi. 2011. Fabrikasi Film Tipis PANI-Fe/Ag melalui Medode Spin Coating serta Karakterisasi Struktur dan Dielektisitas.Malang. Universitas Negeri Malang. Tanigaki Nobuta, Heck Claire, dkk. 2009. Oriented Thin Film of PANI by Friction Transfer Method. Mol. Cryst Liq Cryst, Vol 505 pp 80-86. Avaliable online. DOI 10.80/15421400902942169. Maddu.Akhiruddin, Wahyuni Setyanto. Tri, dkk. 2008. Sintesis dan Karakterisasi Nanoserat Polianilin. Jurnal Nanosains dan Nanoteknologi Vol.1 pp 2. ISSN 1979-0880. Intutut Pertanian Bogor Mutoharoh.Nazilah. 2011. Fabrikasi Film Tipis PANI-Cu/Ag melalui Medode Spin Coating serta Karakterisasi Struktur dan Dielektisitas.Malang.
Universitas Negeri Malang. [7] Varma, S.J. et al. 2010.An Investigation on the High Temperature Respon of Highly Conducting Polyaniline Films.International Conference on Advance in Polymer Technologhy, Feb. 26-27,2010,India,Page No. 119. India. Wankhede, Y.B, dkk. 2013. Synthesis and Characterization of Silver Nanoparticles Embedded in Polyaniline Nanocomposite.
Advantace Material Letters. 2013, 4(1), 89-90. DOI: 10.5185/amlett.2013.icnano.108. Reda. M. Safenaz, M.A. Sheikha. 2012. Synthesis and Electrical Properties of Polyaniline Composite with Silver Nanoparticles.Advances in Materials Physics and Chemistry,2012, 75-81. Tai, H., et al., J. Mater. Sci. Technol., 2010, 26(7), 605-613.
