PENGUJIAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIMERKARBON SEBAGAI BAHAN SENSOR GAS Budi Gunawan 1
ABSTRACT Polymer is an non-conductive material. This material can be transformed to be conductive material with adding carbon active as dopping. This such polymer is called composite polymer-carbon. With this electrically characteristic, composite polymer-carbon can be used as a gas sensor. The characteristic of composite polymer-carbon is influenced by several factors, such as type of gas, volume of gas, temperature of room and humidity of room. Each composite polymer-carbon has different characteristic which depend on the type of polymer. This characterization can be used to know examine the composite polymercarbon. This characterization will be explore the nature of the composite polymer-carbon that has been made from 6 types of polymer, which are; PEG6000, PEG20M, PEG200, PEG1540, Silicon and Squelene. The 6 sensors composite polymer-carbon will be tested by 9 types of gas, which are; Aceton, Aceton Nitril, Benzene, Etanol, Methanol, Ethyl Aceton, Chloroform, n-Hexan and Toluene. This characterization will be grouped into 4 clasters of characteristic, which are; the selectivity (influence type of gas), the sensitifity (influence volume of gas), the influence of temperature and the influence of humidity. The methods that are used to process the data are correspondence analysis method which is used to find correlation between polymer and gas, and regression method which is used to explore the regression between. Keywords :composit polymer-carbon, selectifity, sensitifity, correspondence analysis, regresion.
ABSTRAK Polimer adalah sebuah molekul panjang yang mengandung rantai-rantai atom yang dipadukan melalui ikatan kovalen yang terbentuk melalui proses polimerisasi. Pada umumnya polimer dikenal sebagai materi yang bersifat non-konduktif atau isolator. Kemajuan dalam riset polimer telah menemukan berbagai polimer yang bersifat konduktif maupun semikonduktif. Salah satu cara untuk membuat polimer menjadi konduktif adalah dengan menambahkan karbon aktif sebagai dopping sehingga terbentuk bahan komposit polimer-karbon. Komposit polimer-karbon yang terbentuk mempunyai karakteristik resistansi yang berubah apabila terkena gas karena mampu mengikat molekul-molekul gas yang dideteksinya sehingga mempengaruhi sifat konduktifitasnya. Karena sifat inilah komposit polimer bisa dijadikan sebagai bahan sensor gas. Sifat konduktifitas dari komposit polimerkarbon ini dipengaruhi oleh dari beberapa faktor, yaitu; jenis gas yang dideteksi, volume gas, suhu dan kelembaban. Untuk mengetahui karakteristik resistansi dari komposit polimer-karbon, telah dibuat sensor polimer dari 6 jenis bahan, yaitu; PEG6000, PEG20M, PEG200, PEG1540, Silikon dan Squelene untuk diuji karakteristik resistansinya. Sensor komposite polimer yang telah 1
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Universitas Muria Kudus PENGUJIAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIMER-KARBON SEBAGAI BAHAN SENSOR Veronica GAS Budi Gunawan
1
dibuat akan diuji dengan beberapa jenis gas, yaitu; Aseton, Aseton Nitril, Benzena, Etanol, Metanol, Etil Aseton, Kloroform, n-Hexan dan Toluena. Pengujian ini meliputi selektifitas (pengaruh jenis gas), sensitifitas (pengaruh volume gas), pengaruh suhu dan pengaruh kelembaban. Metode yang akan digunakan untuk mengolah data hasil pengujian adalah correspondence analysis untuk melihat korelasi antara polimer dan gas. Kata kunci :komposit polimer-karbon, selektifitas, sensitifitas, correspondence analysis, regresi
PENDAHULUAN Salah satu pengembangan bahan polimer pada saat ini adalah komposit polimerkarbon. Komposit polimer-karbon merupakan bahan polimer yang didoping dengan bahan karbon aktif sehingga polimer tersebut bisa bersifat konduktor. Karena sifat konduktor inilah menjadikan komposit polimer-karbon suatu zat yang berbeda dengan polimer pada umumnya dan bisa digunakan sebagai sensor gas dengan perubahan resistansinya apabila terkena gas. [1] Komposit polimer-karbon yang dipakai sebagai bahan sensor ini mempunyai karakteristik konduktifitas yang berbeda-beda tergantung dari jenis polimer yang dipakai. Karakteristik konduktifitas dari komposit polimer-karbon ini terdiri dari karakteristik sensitifitas dan selektifitas. Karakteristik sensitifitas adalah sifat konduktifitas dari komposit polimer-karbon dalam pengaruhnya terhadap volume gas yang dideteksinya, sedangkan karakteristik selektifitas adalah sifat konduktifitas dari komposit polimer-karbon dalam pengaruhnya terhadap jenis gas yang dideteksinya. [2] Untuk mengetahui karakteristik resistansi dari komposit polimer-karbon, dalam penelitian ini telah dibuat sensor polimer yang dapat digunakan sebagai sensor gas. Sensor polimer yang akan dibuat terdiri dari 6 jenis, yaitu; Poli Etelin Glikol (PEG) 6000, PEG 1540, PEG 20M, PEG 200, silikon, dan squalane. Sebagai sample gas digunakan 9 jenis gas, yaitu; aseton, aseton nitril, benzena, etanol, metanol, etil aseton, kloroform, n-hexan dan toluena. Pengujian yang telah dilakukan adalah menguji nilai resistansi dari komposit polimer-karbon dalam pengaruhnya terhadap jenis gas yang dideteksi (karakteristik selektifitas), volume gas yang diinjeksikan (karakteristik sensitifitas) dan pengaruh kondisi lingkungan yaitu suhu dan kelembaban.
TEORI Polimer merupakan senyawa-senyawa yang tersusun dari molekul sangat besar yang terbentuk oleh penggabungan berulang dari banyak molekul kecil.
[3]
Molekul yang kecil
disebut monomer, dapat terdiri dari satu jenis maupun beberapa jenis. Polimer adalah sebuah molekul panjang yang mengandung rantai-rantai atom yang dipadukan melalui ikatan kovalen yang terbentuk melalui proses polimerisasi dimana molekul monomer bereaksi bersama-sama secara kimiawi untuk membentuk suatu rantai linier atau jaringan tiga dimensi dari rantai polimer. Polimer didefinisikan sebagai makromolekul yang dibangun oleh pengulangan kesatuan kimia yang kecil dan sederhana yang setara dengan monomer, yaitu bahan pembuat polimer.
[4]
Akibatnya, molekul-molekul polimer umumnya mempunyai massa molekul yang
sangat besar. Hal inilah yang menyebabkan polimer memperlihatkan sifat sangat berbeda dari molekul-molekul biasa meskipun susunan molekulnya sama. Pada umumnya polimer dikenal sebagai materi yang bersifat non-konduktif atau isolator. Kemajuan dalam riset polimer telah menemukan berbagai polimer yang bersifat konduktif maupun semikonduktif. Pemakaian polimer sebagai bahan sensor dipilih jenis polimer yang bersifat konduktif agar memenuhi sejumlah kriteria yang dituntut oleh suatu sensor. Salah satunya adalah bahwa polimer itu harus mampu mengikat molekul-molekul yang dideteksinya sehingga mempengaruhi sifat konduktifitasnya. [5] Bahan komposit diartikan sebagai gabungan dari 2 material atau lebih yang berbeda sifatnya dan akan membentuk sifat fisis yang baru. Komposit polimer-karbon terbentuk dari gabungan polimer dengan karbon yang membentuk sebuah material yang mempunyai sifat yang baru yaitu mempunyai resistansi tertentu dan nilai resistansinya berubah apabila terkena gas. Tidak semua polimer dapat menjadi konduktif. Hanya polimer terkonjugasi (ikatan pada rantai berupa ikatan tunggal dan rangkap yang berposisi berselang-seling) yang bisa menjadi konduktor. Peranan atom atau molekul doping adalah menghasilkan cacat dalam rantai polimer tersebut (cacat struktur). Cacat inilah yang berperan dalam penghantaran listrik. Cacat dapat bermuatan positif, negative, atau netral. Secara fisika kuantum, cacat berperilaku seolah-olah sebagai partikel. Cacat dapat berpindah sepanjang rantai, sehingga menimbulkan aliran muatan. Elektron atau hole juga dapat meloncat dari satu posisi cacat ke posisi cacat yang lain (cacat tidak berpindah), sehingga timbul pula aliran listrik. [6] Sensor komposit polimer-karbon dibuat dari campuran polimer dengan karbon aktif. Sensor komposit polimer-karbon mampu merespon rangsangan yang berasal dari berbagai senyawa kimia atau reaksi kimia. Saat campuran dipapar dengan uap bahan kimia, maka uap PENGUJIAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIMER-KARBON SEBAGAI BAHAN SENSOR Veronica GAS Budi Gunawan
3
bahan kimia akan mengenai permukaan polimer dan berdifusi ke campuran bahan polimer dengan karbon dan menyebabkan ukuran permukaan polimer bertambah luas karena adanya efek ‘swelling’. [7] Penggunaan komposit polimer-karbon sebagai sensor gas, akan mengalami efek yang disebut ‘swelling’ atau efek mengembang jika terkena gas. Efek ‘swelling’ atau mengembang ini sebanding lurus dengan konsentrasi gas yang dideteksi. Dengan efek mengembang ini memungkinkan perubahan luas permukaan komposit polimer-karbon jika terkena gas. Ilustrasi gambar efek ‘swelling’ pada polimer diperlihatkan seperti pada gambar 1;
(a)
(b)
Gambar 1 Efek ‘swelling’ pada polimer; (a) sebelum mengembang, (b) sesudah mengembang
Perubahan luas permukaan ini mempengaruhi perubahan resistansi dari polimer sehingga dengan perubahan resistansi ini bisa mempengaruhi juga nilai konduktivitas polimer yang merupakan kebalikan dari resitivitasnya. Dengan perubahan resistansi ini bisa dipakai sebagai keluaran sensor yang akan dibaca oleh instrumentasi elektronik.
EXPERIMEN Metodologi penelitian yang digunakan dalam tesis ini adalah experimental yaitu dengan menguji 6 jenis komposit polimer-karbon dengan sampel penguji berupa 9 jenis gas. Faktor yang akan diuji ada 4, yaitu; pengaruh jenis gas (selektifitas), pengaruh volume gas (sensitifitas), pengaruh suhu dan pengaruh kelembaban sebagai pengaruh kondisi lingkungan. Akuisisi data digunakan untuk membaca data hasil pengujian tiap sensor dari ruang pengujian pengujian. Pengambilan data ini dilakukan secara bersama-sama dari deret polimer yang diuji. Rangkaian akusisi data ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu; rangkaian pengkondisi sinyal (RPS), konversi analog ke digital (ADC), mikrokontroller, interface serial dan komputer. Diagram blok akuisisi data diperlihatkan pada gambar 2
Gambar 2 Blok diagram akuisisi data
Skema instrumentasi pengujian secara keseluruhan terdiri dari bagian ruang pengujian, bagian akuisisi data dan komputer. Gambar skema instrumentasi pengujian diperlihatkan pada gambar 3;
Gambar 3 Skema instrumentasi pengujian
Sensor komposit polimer-karbon yang akan diuji ditempatkan didalam ruang pengujian secara berderet. Ruang pengujian dihubungkan dengan tabung penetral yang berupa silica gel yang berfungsi sebagai pengering dan pembersih sisa-sisa gas yang menempel pada sensor sebelum dialirkan gas penguji yang lain. Sebagai masukan gas penguji, ruang pengujian diberi jalan masuk untuk menginjeksikan gas penguji ke dalam ruang pengujian. Untuk memberi pengaruh kondisi lingkungan pada ruang pengujian, dihubungkan dengan ruang pengujian kedua yang berfungsi untuk menghembuskan udara dengan temperatur dan kelembaban tertentu. Ruang pengujian kedua berupa ruang pengujian kosong yang bisa dikondisikan untuk diberi udara panas atau udara lembab. Untuk pembacaan hasil resistansi sensor, ruang pengujian pengujian dihubungkan dengan rangkaian akuisisi data. Sinyal hasil pengujian masing-masing sensor kemudian dibaca oleh rangkaian akuisisi data yang kemudian diteruskan ke komputer melalui komunikasi serial RS 232 untuk ditampilkan sekaligus disimpan datanya.
PENGUJIAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIMER-KARBON SEBAGAI BAHAN SENSOR Veronica GAS Budi Gunawan
5
HASIL & PEMBAHASAN 1. Pengujian terhadap jenis gas (selektifitas) Pada pengujian selektifitas, sensor polimer diuji dengan beberapa jenis gas yaitu; aseton, aseton nitril, benzena, etanol, etil aseton, kloroform, metanol, n-hexane, dan toluena dengan volume injeksi yang sama dan pada suhu serta kelembaban yang sama. Data rata-rata hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 1; Tabel 1. Data rata-rata resistansi polimer terhadap injeksi beberapa jenis gas PEG6000 PEG20M PEG200 PEG1540 SILICON SQUELENE (Ohm)
(Ohm)
(Ohm)
(Ohm)
(Ohm)
(Ohm)
Aseton
319
397
5245
4887
2468
4499
AsetonNitril
421
648
6170
5971
5231
6218
Benzena
319
547
5403
2719
4762
5022
Kloroform
357
572
6462
3034
5084
6569
Etanol
338
548
5635
2278
5078
6176
EtilAseton
357
472
7270
5152
3373
2974
Metanol
357
463
5536
2766
4157
4392
nHexane
317
423
4104
2436
4161
4585
Toluena
337
443
5336
2590
4462
6035
Untuk melihat korelasi antara polimer dengan gas sampel dilakukan pengolahan data dengan correspondence analysis menggunakan R program, hasil mapping correspondence análysis ditunjukkan pada gambar 4;
Gambar 4 Mapping CA selektifitas polimer
Analisa : Pada gambar Mapping CA diatas, saat sensor polimer diinjeksi dengan gas sampel, dapat dilihat bahwa PEG6000 dengan PEG20M dan Silicon dengan Squelene memiliki kemiripan. Sedangkan PEG1540 dan PEG200 masing-masing memiliki reaksi yang berbeda dan tidak saling berhubungan. Dari 9 gas terkelompokkan menjadi tiga bagian berdasarkan posisi kedekatan antar gas. Kelompok pertama terdiri dari aseton, dan aseton nitril. Kelompok kedua terdiri dari metanol, benzena, etanol, kloroform, toluena dan n-hexane. Kelompok ketiga terdiri dari satu jenis gas etil aseton. Dari mapping CA diatas terlihat bagaimana setiap gas berhubungan dengan setiap polimer. Dari ketiga kelompok gas tersebut ada beberapa jenis polimer yang mempunyai jarak yang dekat untuk masing-masing kelompok. Untuk kelompok gas pertama (aseton dan aseton nitril) polimer yang paling dekat adalah PEG1540. Kelompok gas kedua (metanol, benzena, etanol, kloroform, toluena dan n-hexane) jenis polimer yang dekat adalah PEG6000, PEG20M, PEG200, squelene dan Silicon. Kelompok ketiga (etil aseton) ada dua polimer yang mempunyai jarak kedekatan yang sama yaitu; PEG1540 dan PEG200. Kedekatan jarak ini menunjukkan kemampuan deteksi polimer yang lebih baik untuk jenis gas yang jaraknya dekat dengan polimer tersebut. 2. Pengujian terhadap volume gas (sensitifitas) Pada pengujian sensitivitas, sensor polimer diuji dengan beberapa jenis gas dengan volume injeksi yang berbeda pada suhu dan kelembaban yang sama. Untuk melihat perubahan resistansi polimer terhadap injeksi gas, dibuat ploting grafik dan persamaannya. Grafik resistansi sensor polimer terhadap injeksi tiap gas diperlihatkan pada gambar 5 sampai gambar 13; Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi aseton
Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi aseton nitril
9000
20000
8500
19000
8000
y = 268.33x3 - 2338x2 + 6869.7x + 1106
7500
18000 16000 15000
6500
14000
6000
13000
y = 154.17x 3 - 1349.5x2 + 3818.3x + 2388
Resistansi
Resistansi
5500 5000 4500 4000
3
2
y = 268.17x - 2376.5x + 6802.3x - 2226
3500
12000 11000 10000
y = 370.17x3 - 3186x2 + 9191.8x - 470
9000 8000
y = 225.67x3 - 2013x2 + 5843.3x + 955
7000
3000
6000
2500
3
y = 352.67x - 3108x2 + 8849.3x - 3626
5000
2000
4000
1500 1000
y = 1745.2x3 - 15260x2 + 43656x - 25072
17000
y = 124.67x 3 - 1208.5x 2 + 4072.8x + 2080
7000
3000
y = 31.167x 3 - 282x2 + 839.83x - 211
y = -58.25x 2 + 385.95x - 3.25
2000
500
1000
0
0
R rata2 awal
R rata2 10ml
R rata2 20ml
R rata2 25ml
y = 63.5x3 - 558.5x2 + 1574x - 701
R rata2 awal
R rata2 10m l
PEG 20M
PEG 200
PEG1540
R rata2 20ml
R rata2 25ml
Volume injeksi
Volume injeksi PEG 6000
y = 74.833x3 - 674.5x2 + 1966.7x - 1048
Silicon
Squelene
Gb. 5 Grafik polimer terhadap injeksi aseton
PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
PEG1540
Silicon
Squelene
Gb. 6 Grafik polimer terhadap injeksi aseton nitril
PENGUJIAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIMER-KARBON SEBAGAI BAHAN SENSOR Veronica GAS Budi Gunawan
7
Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi etanol
Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi benzena 24000
24000 22000
y = 2742.8x 3 - 24661x 2 + 71981x - 44994
20000
20000
18000
18000
16000
16000 Resistansi
Resistansi
22000
14000 12000 10000
14000 y = 215.33x 3 - 1877.5x 2 + 5356.2x + 1317
12000
y = -45.333x 3 + 403.5x 2 - 836.17x + 6384
10000
8000
3
2
y = 93.833x - 835x + 2554.2x + 3198
y = 118x 3 - 843x2 + 2106x + 4525
8000
6000
3
2
y = 373.5x - 3318x + 9536.5x - 4124
6000
y = 276.33x 3 - 2512x 2 + 7384.7x - 2681 4000 2000
y = 2583x 3 - 23635x 2 + 69939x - 43818
4000 y = 216.17x 3 - 1891.5x2 + 5295.3x - 3301 y = -72.667x 3 + 442.5x 2 - 357.83x + 366
y = 194.33x 3 - 1742.5x 2 + 5020.2x - 3153
2000
0
y = 86.5x 3 - 782x 2 + 2297.5x - 1224
0 R rata2 awal
R rata2 10ml
R rata2 20ml
R rata2 25ml
R rata2 awal
R rata2 10m l
Volume injeksi PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
R rata2 20ml
R rata2 25m l
Volume injeksi
PEG1540
Silicon
Squelene
Gb. 7 Grafik polimer terhadap injeksi
PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
PEG1540
Silicon
Squelene
Gb. 8 Grafik polimer terhadap injeksi etanol
benzene Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi etil aseton
Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi cloroform 24000
24000 22000 20000
20000
18000
18000
16000
16000
y = 215.33x 3 - 1877.5x 2 + 5356.2x + 1317
14000 12000
y = -45.333x3 + 403.5x 2 - 836.17x + 6384
Resistansi
Resistansi
y = 437.83x3 - 4978x2 + 21608x - 11999
22000
y = 2583x 3 - 23635x 2 + 69939x - 43818
y = 169.17x3 - 1539x2 + 4658.8x + 1722
14000 12000
y = -4.8333x3 + 10x2 + 116.83x + 5784
10000
10000 3
y = 289.83x3 - 2635.5x2 + 7745.7x - 2932
2
y = 373.5x - 3318x + 9536.5x - 4124 y = 86.5x 3 - 782x 2 + 2297.5x - 1224
8000
8000
y = 90.667x3 - 812x2 + 2339.3x - 1240
6000
6000 4000
4000
y = 194.33x 3 - 1742.5x 2 + 5020.2x - 3153
2000
y = 201.33x3 - 1782.5x2 + 5091.2x - 3191
2000
0
0
R rata2 awal
R rata2 10ml
R rata2 20ml
R rata2 25ml
R rata2 awal
R rata2 10ml
Volume injeksi PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
R rata2 20ml
R rata2 25ml
Volume injeksi
PEG1540
Silicon
Squelene
PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
PEG1540
Silicon
Squelene
Gb.9 Grafik polimer terhadap injeksi etil
Gb. 10 Grafik polimer terhadap injeksi
asetat
kloroform
Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi metanol
Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi n-hexane
30000
30000
28000
28000
y = 182.17x 3 - 3646x2 + 22008x - 13475
26000
26000
24000
24000
22000
22000
20000
20000 18000 y = 170x 3 - 1521x 2 + 4416x + 1946
16000 14000
3
2
y = 70x - 518.5x + 1271.5x + 5083
12000
y = 358.33x 3 - 3253.5x2 + 9573.2x - 4210
10000
y = 192.33x3 - 1523.5x2 + 4320.2x + 2022
16000 14000
y = -109x 3 + 820.5x2 - 1548.5x + 6743
12000
y = 415.83x 3 - 3782.5x2 + 11102x - 5267
10000
y = 73.333x3 - 721.5x 2 + 2489.2x - 1463
8000
Resistansi
Resistansi
18000
y = 2350.3x3 - 21950x2 + 67550x - 42881
6000
y = 115.5x3 - 1048.5x2 + 3095x - 1784
8000 6000
4000
3
4000
2
y = 194.67x - 1738x + 5004.3x - 3142
2000
y = 175.17x3 - 1601.5x2 + 4731.3x - 2986
2000
0
0 R rata2 awal
R rata2 10ml
R rata2 20ml
R rata2 25ml
R rata2 awal
R rata2 10ml
Volume injeksi PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
PEG1540
R rata2 20ml
R rata2 25ml
Volume injeksi Silicon
Squelene
PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
PEG1540
Silicon
Squelene
Gb.11 Grafik polimer terhadap injeksi
Gb.12 Grafik polimer terhadap injeksi n-
methanol
hexane
Grafik dan persamaan garis 6 polimer thd injeksi toluena 30000 28000 y = 2586.2x3 - 23963x2 + 72294x - 45848
26000 24000 22000 20000 Resistansi
18000 16000
y = 178.67x 3 - 1535x 2 + 4427.3x + 1940
14000 y = 40.333x3 - 336x 2 + 1004.7x + 5197
12000
y = 461x 3 - 4146x2 + 11976x - 5823
10000
y = 199.67x 3 - 1802x 2 + 5326.3x - 3346
8000 6000 4000
y = 186.33x 3 - 1683x2 + 4903.7x - 3088
2000 0 R rata2 awal
R rata2 10ml
R rata2 20ml
R rata2 25ml
Volume injeksi PEG 6000
PEG 20M
PEG 200
PEG1540
Silicon
Squelene
Gb.13 Grafik polimer terhadap injeksi toluena 3. Pengujian terhadap pengaruh suhu Pada pengujian pengaruh suhu, sensor polimer diuji didalam ruang pengujian dengan kondisi suhu yang bervariasi. Untuk melihat prosentase kenaikan resistansi masing-masing polimer terhadap kenaikan suhu dibuat prosentase rata-rata dari selisih setiap kenaikan suhu. Data rata-rata prosentase kenaikan resistansi polimer pengaruh suhu diperlihatkan pada tabel 3; Tabel 3. Prosentase rata-rata kenaikan resistansi polimer pengaruh suhu
Polimer
Aset
Aseton
Benz
Klorof
Eta
EtilAs
Meta
nHex
Tolu
%rat
on
Nitril
ena
orm
nol
eton
nol
ane
ena
a2
11%
14%
4%
4%
5%
4%
5%
7%
4%
6%
7%
27%
24%
0%
3%
2%
0%
1%
3%
22%
22%
17%
17%
10%
19%
PEG600 0 PEG20 M
23 PEG200
14%
31%
21%
16%
PEG154 0
% 28
18%
31%
37%
31%
%
36%
12%
35%
31%
29%
0%
3%
3%
3%
4%
2%
2%
5%
3%
3%
5%
2%
12%
4%
1%
2%
1%
7%
8%
5%
PENGUJIAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIMER-KARBON SEBAGAI BAHAN SENSOR Veronica GAS Budi Gunawan
9
SILICO N SQUEL ENE
Dari data rata-rata prosentase kenaikan polimer pengaruh suhu dapat dilihat secara umum semua polimer mengalami kenaikan resistansi karena pengaruh kenaikan suhu lingkungan. Dari semua jenis polimer, rata-rata kenaikan terbesar adalah polimer PEG1540 dan terkecil adalah silikon. Sedangkan urutan kenaikan terbesar sampai terkecil adalah; PEG1540, PEG20M, PEG200, PEG6000, squelene dan silikon. Grafik prosentase kenaikan resistansi ke6 polimer karena pengaruh suhu pada injeksi setiap gas ditunjukkan pada gambar 14;
40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Aseton
AsetonNitril
Benzena
PEG6000
Kloroform
PEG20M
Etanol
PEG200
EtilAseton
PEG1540
Metanol
SILICON
nHexane
Toluena
SQUELENE
Gb.14 Grafik prosentase kenaikan resistansi polimer terhadap perubahan suhu pada injeksi tiap gas 4. Pengujian terhadap pengaruh kelembaban Pada pengujian pengaruh kelambaban, sensor polimer diuji didalam ruang pengujian dengan kondisi kelembaban yang bervariasi. Untuk melihat prosentase kenaikan resistansi masing-masing polimer terhadap kenaikan kelembaban dibuat prosentase rata-rata dari selisih setiap kenaikan kelembaban. Data rata-rata prosentase kenaikan resistansi polimer pengaruh suhu diperlihatkan pada tabel 4; Tabel 4. Prosentase rata-rata kenaikan resistansi polimer pengaruh kelembaban Aset
Aseton
Benz
Klorof
Etan
EtilAs
Meta
nHex
Tolu
%rat
Polimer
on
Nitril
ena
orm
ol
eton
nol
ane
ena
a2
PEG600
0,40
3,51
5,17
6,36
4,00
%
%
%
%
4,24
4,72
2,14
5,72
0 PEG20 M
%
4,11 6,60%
7,70 %
%
5,87 0,70%
7,86 11,26%
1,96
%
%
3,29%
6,62 3,90%
12,22
%
3,01%
%
%
%
%
5,56
11,87
7,96
1,40
0,00
6,19
PEG200
%
13,03%
%
1,68%
%
%
%
%
%
%
PEG154
12,0
12,93%
32,30
28,59
40,4
9,26%
31,46
39,11
42,9
27,6
Aset
Aseton
Benz
Klorof
Etan
EtilAs
Meta
nHex
Tolu
%rat
Polimer
on
Nitril
ena
orm
ol
eton
nol
ane
ena
a2
0
5%
%
%
6%
%
%
1%
7%
SILICO
14,5
1,73
1,44
1,66
1,61
0,23
3,69
N
7%
%
%
%
%
SQUEL
4,46
1,71
16,84
7,15
5,71
%
%
%
%
ENE
%
5,73%
%
1,64%
1,22 6,12%
%
%
4,63%
5,77 3,80%
%
4,32%
Dari data rata-rata prosentase kenaikan polimer pengaruh kelembaban dapat dilihat secara umum semua polimer mengalami kenaikan resistansi karena pengaruh kenaikan kelembaban lingkungan. Dari semua jenis polimer, rata-rata kenaikan terbesar adalah polimer PEG1540 dan terkecil adalah silikon. Sedangkan urutan kenaikan terbesar sampai terkecil adalah; PEG1540, PEG200, PEG20M, squelene, PEG6000, dan silikon. Grafik prosentase kenaikan resistansi polimer karena pengaruh kelembaban pada injeksi setiap gas ditunjukkan pada gambar 15;
50.00% 45.00% 40.00% 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% Aseton
AsetonNitril
PEG6000
Benzena
Kloroform
PEG20M
PEG200
Etanol
EtilAseton
PEG1540
Metanol
SILICON
nHexane
Toluena
SQUELENE
Gb.15 Grafik prosentase kenaikan resistansi polimer terhadap perubahan kelembaban pada injeksi tiap gas
KESIMPULAN Dari hasil pengujian sensor polimer terhadap 4 faktor, dapat disimpulkan: 1. Bahan PEG6000, PEG20M, PEG200, PEG1540, silicon dan squelene bisa dibuat menjadi sensor gas dengan memberi additif karbon aktif menjadi komposite polimer-karbon. 2. Sensor komposit polimer karbon yang dibuat mendeteksi gas dengan perubahan nilai resistansi apabila terkena gas.
PENGUJIAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIMER-KARBON SEBAGAI BAHAN SENSOR Veronica GAS Budi Gunawan
11
3. Sensor komposit polimer-karbon mempunyai resistansi yang berbeda-beda tergantung dari jenis bahan polimernya. 4. Pada mapping CA beberapa polimer meunjukkan kesamaan reaksi saat diuji dengan beberapa gas sampel. Dari mapping CA juga terlihat korelasi antara polimer dengan jenis gas yang menunjukkan semakin dekat posisi antara polimer dengan gas semakin baik pendeteksian polimer terhadap gas tersebut. 5. Resistansi sensor akan naik sebanding dengan kenaikan volume injeksi, kenaikan suhu dan kelembaban dengan persamaan garis polinomial orde 2 dan orde 3 dan sebagian linier
DAFTAR PUSTAKA Jiri Janata And Mira Josowicz (2002), Conducting Polymers In Electronic Chemical Sensors. Hua Bai and Gaoquan Shi (2006), Gas Sensors Based on Conducting Polymers. Atkins, P. W. (1990), Physical Chemistry. 4th ed. New York: W.H. Freeman. Elias, H.-G. (1987), Mega Molecules. Berlin: Springer-Verlag Department Of Chemical Engineering Brigham Young University (2006), Modeling And Data Analysis Of Conductive Polymer Composite Sensors. Frank Zee and Jack Judy (1999), Mems Chemical Gas Sensor Using A Polymer-Based Array, Published at Transducers ’99 - The 10th International Conference on Solid-State ensors and Actuators on June 7-10, Sendai, Japan Kohlman, R. S. and Epstein, Arthur J. (1998), Insulator-Metal Transistion and Inhomogeneous Metallic State in Conducting Polymers. Skotheim, Terje A.; Elsenbaumer, Ronald L., and Reynolds, John R., Editors. Handbook of Conducting Polymers. 2nd ed. New York: Marcel Dekker; pp. 85-122.
