MAKALAH Polimer Konduktif Kelompok 2 [PDF]

Citation preview

MAKALAH KIMIA POLIMER “ POLIMER KONDUKTIF”



KELOMPOK 2



1. Yunita Rosidah 2. Oriani Lagamu 3. Wayan Adi Kresnanda 4. Nadia Safitri 5. Yulianti Sumba 6. Herawati



A 251 13 042 A 251 13 024 A 251 13 114 A 251 13 002 A 251 13 129 A 251 13 050



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGRUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS TADULAKO 2015 KATA PENGANTAR



1



Puji syukur kita ucapkan kepada ALLAH SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunian Nya kepada kelompok kami sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini dengan judul “Kimia Polimer Konduktif “.Makalah ini kami susun untuk memenuhi tugas mata kuliah pengelolaan laboratorium. Selain itu makalah juga dapat kita gunakan untuk menambah wawasan pengetahuan. Namun kami menyadari makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini kedepannya.



Palu,



2



September 2015



DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR



2



DAFTAR ISI



3



BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 1.3 Tujuan ............................................................................................................. BAB II. PEMBAHASAN 2.1 Pengertian dan Sejarah Polimer Konduktif .................................................... 2.2 Sifat Polimer Konduktif…………………...................................................... 2.3 Pembuatan Polimer Konduktif ................................................................ 8 2.4 Aplikasi penggunaan polimer konduktif ................................................... 10 2.5 Keuntungan dari Polimer Konduktif ......................................................... 12 BAB III. PENUTUP 3.1 Kesimpulan .................................................................................. DAFTAR PUSTAKA



3



4 5 5 6 7



13



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Polimer didefinisikan sebagai makromolekul yang dibangun oleh pengulangan kesatuan kimia yang kecil dan sederhana yang setara dengan monomer, yaitu bahan pembuat polimer. 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. 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. Polimer mempunyai banyak variasi sifat, dan itulah mengapa polimer mempunyai banyak sekali kegunaan dalam kehidupan sehari-hari. Di era modern, hampir setiap bagian hidup manusia melibatkan polimer. Termasuk jenis polimer antara lain plastik, elastomer, serat, cat dan bahan pelapis. Penggunaan polimer dalam perkakas rumah tangga, alat transportasi, alat komunikasi dan alat elektronika sangat besar cakupannya. Polimer konduktif adalah polimer organik yang dapat menghantarkan arus listrik. Bahan-bahan tersebut biasanya merupakan material semikonduktif



dengan



konduktivitas listrik seperti logam atau oksida logam. Polimer konduktif mempunyai bermacam-macam struktur dengan harga yang relatif murah, mudah dibuat dan dapat diproses secara mekanik (Winokur, 1995). Nilai konduksi dalam polimer konduktif dapat ditingkatkan dengan cara pemberian dopan ke dalam polimer konduktif. Ciri-ciri tersebut dapat digunakan untuk pembuatan peralatan elektronik, seperti dioda, kapasitor, transistor, sel surya, gas sensor dan lain-lain. Namun demikian, aplikasi polimer konduktif yang paling luas adalah aplikasinya sebagai bahan aktif sensor gas. Polimer konduktif mulai dikembangkan pada pertengahan tahun 1970-an dan telah



melahirkan penelitian yang intensif untuk mempelajari sifat-sifat kelistrikan



4



polimer konduktif dari material insulator, semikonduktor sampai konduktor. Material jenis baru ini bersifat semikonduktif dan konduktif dengan sifat elektrik dan optik mirip dengan semikonduktor anorganik namun memiliki kelenturan mekanis seperti plastik/polimer. Akan tetapi mekanisme pembawa muatan pada polimer semikonduktif memiliki perbedaan mendasar dengan semikonduktor anorganik. Tidak semua polimer dapat menjadi konduktif, hanya polimer terkonjugasi yang bisa menjadi konduktor (ikatan pada rantai berupa ikatan tunggal dan rangkap yang berposisi berselang-seling) Struktur ikatan tunggal atau rangkap. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Menjelaskan pengertian dari polimer konduktif dan sejarahnya ? 2. Bagaimana sifat polimer konduktif ? 3. Bagaimana pembuatan polimer konduktif ? 4. Bagaimana aplikasi penggunaan polimer konduktif ? 5. Bagaimana keuntungan dari polimer konduktif ? 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui pengertian polimer konduktif dan sejarahnya 2. Mengetahui sifat polimer konduktif 3. Mengetahui pembuatan polimer konduktif 4. Mengetahui mengaplikasikan penggunaan polimer konduktif 5. Mengetahui keuntungan dari polimer konduktif



5



BAB II PEMBAHASAN



2.1 Pengertian Polimer Konduktif Polimer secara umum merupakan bahan dengan kemampuan menghantarkan listrik yang rendah dan tidak memiliki respon terhadap adanya medan magnet dari luar. Tetapi melalui beberapa penelitian yang dilakukan, sebagian bahan polimer ternyata dapat ditingkatkan konduktifitas listriknya dengan menambahkan bahan asam sehingga timbul fasa kedua yang bersifat konduktif. Perkembangan penelitian bahan polimer konduktif intrinsic seperti poliasetilen, polianilin, dan poliprol telah berkembang sangat cepat sejak



pertama kali dilaporkan pada tahun 1977, bahwa poliasetilen dapat



meningkat drastis konduktivitas listriknya setelah didoping asam kuat. Salah satu bahan polimer yang konduktivitas listriknya dapat ditingkatkan lagi adalah polianilin (PANi). Ketika pertama kali ditemukan pada tahun 1840 dalam bentuk monomer anilin oleh Fritzsche, polianilin tidak banyak mendapat perhatian para peneliti sampai pada tahun 1980- an ketika terjadi perkembangan dalam dunia komponen elektronik, bahan polimer konduktif menjadi perhatian karena sifatnya yang konduktif dapat diaplikasikan sebagai material elektronik seperti kapasitor, sensor pH dan transistor. Untuk sementara, bahan polimer konduktif dari PANi ini merupakan solusi dari usaha yang selama ini dilakukan untyuk mendapatkan material elektronik alternatif dari jenis polimer (Asrori, 2000). Polimer konduktif dalam keadaan normal tidak konduktif, akan menjadi konduktif jika telah dilakukan pengurangan atau penambahan elektron, yaitu dengan cara melakukan pendopingan baik itu p-doping atau n-doping. Polimer konduktif merupakan polimer yang dapat menghantarkan arus listrik. Hantaran listrik terjadi karena ada elektron ikatan terdelokalisasi yaitu kecenderungan elektron



terluar untuk berpindah dari satu tingkatan ke tingkatan yang lain, yang



mempunyai struktur pita seperti silikon. Polimer konduktif kebanyakan semikonduktor, karena struktur pita mirip silikon. Sifat dari polianilin diantaranya adalah mudah untuk disintesis, memiliki kestabilan yang tinggi terhadap lingkungan, mudah diubah konduktivitasnya dengan cara doping dan tahan korosi. Polianilin meemiliki sifat listrik dan optik yang dapat dibalik melalui proses doping. Konduktivias polianilin berkisar antara 10-10 sampai 100 S/cm. Sejarah



6



Pada oktober 2000 Alan Fleeger dan Shirakawa memperoleh penghargaan nobel kimia dalam kerjanya dibidang polimer konduktif. Pekerjaan dengan polimer ini dimulai pada polyacetilen. Polimer banyak dipelajari karena struktur, sifat dan mekanismenya yang unik dan atraktif. Penemuan polimer yang dapat menghantarkan arus listrik, dikenal dengan polimer konduktif pada pertengahan tahun 1970-an dan telah melahirkan penelitian yang intensif yang menunjukkan sifat-sifat elektrik pada polimer yang berkisar dari insulating (tidak dapat menghantar), semi konduktif sampai konduktif. Material jenis baru yang bersifat semikonduktif dan konduktif ini dapat disebut gabungan sifat-sifat elektrik dan optic semikonduktor anorganik dengan polimer yang memiliki kelenturan mekanis. Akan tetapi mekanisme pembawa muatan dan transport muatan pada polimer semikonduktif memiliki perbedaan mendasar dengan semikonduktor anorganik. 2.2 Sifat Polimer Konduktif Polimer semikonduktif dan konduktif adalah polimer terkonjugasi yang menunjukkan perubahan ikatan tunggal dan ganda antara atom-atom karbon pada rantai utama polimer. Ikatan ganda diperoleh dari karbon yang memiliki empat elektron valensi, namun pada molekul terkonjugasi hanya memiliki tiga (kadang-kadang dua) atom lain. Elektron yang tersisa membentuk ikatan π, elektron yang terdelokalisasi pada seluruh molekul. Suatu zat dapat bersifat polimer konduktif jika mempunyai ikatan rangkap yang terkonjugasi. Contoh dari polimer terkonjugasi adalah plastik tradisonal



(polyethylen), sedangkan polimer konduktif antara lain : polyacetilen,



polpyrol, polytiopen, polyaniline dan lain lain.



2.3 Pembuatan Polimer Konduktif Polianilin dapat disintesis secara elektrokimia menghasilkan produk dalam bentuk film dan sintesis secara kimia biasa akan menghasilkan polianilin dalam bentuk bubuk. Sintesis polianilin secara kimia biasa yang sering dilakukan adalah polimerisasi interfasial(antar muka) karena metode ini relatif mudah dalam pemberian doping. Secara elektrokimia polianilin dapat disintesis dengan metode galvanostatik dimana 7



proses doping terjadi bersamaan dengan polimerisasi. Pada metode ini terjadi perubahan unsur/senyawa kimia menjadi senyawa yang sesuai dengan yang diinginkan. Penggunaan metode ini oleh para peneliti dalam mensintesis bahan didasarkan oleh berbagai keuntungan



yang ditawarkan seperti peralatan yang diperlukan sangat



sederhana, yakni terdiri dari dua/tiga batang elektroda yang



dihubungkan dengan



sumber arus listrik, potensial elektroda dan rapat arusnya dapat



diatur sehingga



selektivitas dan kecepatan reaksinya dapat ditempatkan pada batasbatas yang diinginkan melalui pengaturan besarnya potensial listrik serta tingkat polusi sangat rendah dan mudah dikontrol. Polianilin diperoleh dari monomer anilin melalui proses polimerisasi. Anilin merupakan se-nyawa organik dengan komposisi C6H7N yang termasuk ke dalam kelompok senyawa aromatik yang mempunyai berat molekul 93 gr/mol, titik didih 183 – 186 oC, indeks bias 1,58 dan rapat massa 1,002 kg/liter. Bentuk molekul anilin adalah heterosiklik enam sisi dengan amina me-rupakan salah satu substansi pembentuknya. Ikatan kimia pada molekul anilin adalah ikatan kovalen dengan tiga buah ikatan rangkap. Anilin larut dalam senyawa organik seperti alkohol, benzena, kloroform dan aseton. Polianilin murni hasil sintesis kimia berbentuk basa emeraldin yang bersifat isolator. Konduktivitas listriknya diperoleh dengan cara pemberian doping yang dapat dilakukan dengan proses polimerisasi elektrokimia (Dogan, 1993) sehingga terbentuk serbuk biru kehitaman yang disebut sebagai garam emeraldin (Rosa Vera, 2003). Doping yang digunakan adalah senyawa-senyawa yang dapat bertindak sebagai elektron acceptor atau bersifat asam.



Gambar 1. Proses polimerisasi polianilin (PAni) dengan menggunakan doping HCl. Karakteristik polianilin tersebut menyebabkan bahan tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan sensor gas, sel surya, bahan alternatif elektroda batere, bahan antistatik, LED dan FET (Dogan, 1993).



8



Polianilin disintesis dengan cara mencampurkan secara bertetes tetes larutan kalium persulfat jenuh yang telah diasamkan dengan larutan HCl 1 M sampai pH = 1 pada temperatur 0C ke dalam larutan anilin yang diasamkan dengan larutan HCl 1 M sampai pH = 1 pada temperatur 0 C dalam volum yang sama dan diaduk dengan pengaduk magnetik selama 12 jam. Endapan yang berwarna hijau yang terbentuk kemudian disaring, dicuci dengan larutan HCl 1 M beberapa kali sampai filtrat tak berwarna lagi. Endapan dikeringkan di udara selama satu hari. Serbuk bentuk basa dan asam diperoleh dengan merendam endapan ini ke dalam larutan NH3 1 M dan larutan HCl 1 M selama 12 jam, yang kemudian masing-masing endapan yang direndam tersebut disaring dan dikeringkan di udara selama satu hari. Pembuatan Polyacetilen Polimer konduktif dapat dibuat dari polyacetilen. Polyacetilen merupakan polimer terkonjugasi sederhana yang mempunyai dua bentuk: yaitu bentuk cis dan trans polyacetilen. Sedangkan pembuatan polyacetilen dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu: 1. cara pemanasan 2. cara dopping. Polyacetilen bentuk trans dibuat dengan kondisi temperatur yang berbeda. Katalis Ti(O-n-C4H9)4-(C2H5)3Al.



Temperatur (oC) 150 100 50 18 0 -18 -78



% tran 100 92,5 67,6 40,7 21,4 4,6 1,9



Temperatur yang menunjukan proses isomerisasi irreversibel dengan bentuk cis terjadi pada temperatur yang lebih tinggi pada 145 oC menghasilkan bentuk trans. Bentuk cis secara termodinamika kurang stabil dibandingkan dengan bentuk trans. Pada temperatur tinggi, dan secara spontan isomer cis dapat berubah menjadi trans. Konduktifitas polyacetilen dapat ditingkatkan dengan proses halogenasi. Struktur polyacetilen dapat mengalami resonansi sehingga konduktifitasnya menjadi



9



lebih besar. Adanya resonansi pada poliasetilen menyebabkan material dapat menghantarkan arus listrik. Bila klorin ditambahkan pada film, ternyata tidak menghasilkan spektrum garis, tetapi reaksi adisi klorin menghasilkan spektrum polyacetilen yang jelas. Sekarang dikenal doping-induced pita IR yang disusun dari 3 pita yaitu pada 1397, 1288 dan 888 cm-1, absorbsi kuat jelas dibanding undoped polymer. Trans polyacetilen mempunyai konduktifitas listrik yang lebih tinggi, karena trans polyacetilen mempunyai dua degenerasi keadaan dasar. Untuk memperbesar hantaran listrik polimer terkonjuasi dapat dilakukan dengan cara dopping. Cis dan trans polyacetilen merupakan semikonduktor dengan konduktifitas relatif rendah. Bahan polyacetilen dapat didoping untuk membentuk semikonduktor tipe p atau tipe n. Pada doping tinggi tingkat efektifitas sama dengan bahan logam. 2.4 Aplikasi Penggunaan Polimer Aplikasi dari polimer pun akhirnya tidak hanya sebatas pada strukturalnya saja namun juga dari segi fungsionalnya. Sehingga dapat diaplikasikan menjadi sensor, polimer light emitting diode. Polimer Konduktif dengan aplikasinya sebagai PLED atau Polimer Light Emitting Diode mulai dapat menggantikan fungsi dari LED (Light Emitting Diode) biasa. Karena PLED mempunyai kelebihan dibandingkan dengan LED biasa. Yakni memiliki kualitas yang lebih tinggi, serta komponen yang lebih efisien dari segi biaya, cahaya yang dihasilkan pun lebih terang, berukuran kecil, menyerap enegri lebih rendah, biodegradable mudah disintesis serta memiliki kecepatan switching yang tinggi dan dapat bertahan dalam kurun waktu yang lama sekitar 15.000 jam. Penggunaan material anorganik menjadi sebuah masalah ketika baterai tidak dapat diolah secara alamiah efisiensinya rendah dan biaya produksinya yang cukup tinggi. Solusi alternatif pembuatan baterai adalah dengan menggunakan material organik berupa polimer konduktif sebagai bahan baku. Akan tetapi polimer konduktif memiliki keterbatasan dalam hal konduktifitas yang relatif



rendah sehingga perlu



dilakukan pendopingan untuk meningkatkan konduktifitasnya. Sifat elektronik suatu bahan dapat ditentukan dari struktur elektronikanya. Pada suatu senyawa logam terjadi overlap antar orbital-orbital sejenis dengan atom berlainan untuk membentuk orbital molekul. Proses ini akan membuat rapatan struktur yang 10



tinggi pada logam sehingga elektron



dapat dengan mudah mengalir secara terus



menerus pada logam. Beberapa jenis polimer memiliki daya hantar listrik yang mirip dengan daya hantar listrik senyawa logam. Polimer dengan konduktivitas menjadi penelitian setelah adanya



publikasi



tentang



pengembangan



senyawa-senyawa



organic



dengan



menghantarkan arus listrik seperti sifat logam. Contoh polimer yang dapat menghantarkan arus listrik antara lain adalah poliasitelina, polipirole, dan polianilina. Prinsip kerja polimer konduktif adalah adanya ikatan rangkap terkonjugasi pada suatu rantai polimer. Sehingga atom karbon mengikat atom karbon lain dengan ikatan tunggal dan ganda secara bergantian (selang-seling) yang dapat mempengaruhi sifat konduktif pada polimer terkonjugasi. Penambahan senyawa kimia berupa doping akan menambah kerapatan elektron sehingga terjadi perubahan konduktifitas polimer dari semikonduktif menjadi konduktif. Polimer konduktif bisa menjadi salah satu alternative bahan penyimpan energi listrik karena sifatnya yang ringan, fleksibel, murah dan gampang untuk diproduksi. Selain itu penggunaan polimer dari alam merupakan salah satu solusi untuk pemanfaatan bahan-bahan ramah lingkungan. Polimer sebagai bahan penyimpan



energi



listrik ini dibuat dengan



menggunakan metode Swelling sonic dan Asam Sonic. Swelling atau pengembangan selulosa merupakan suatu metode yang digunakan untuk mendapatan serat selulosa yang tergenerasi, delignifikasi, dan modifikasi selulosa pada kondisi fase reaksi homogeny maupun heterogen. Sampel selulosa yang diperoleh dari hasil swelling dengan ultrasonic kemudian di doping dengan aniline. Hasilnya adalah berupa komposit yang dikeringkan setelah di cuci dengan HCl. Selulosa memiliki ikatan silang antar molekul yang menghalangi suatu molekul untuk masuk dan mengaktifkan gugus hidroksil pada selulosa sehingga aniline bisa masuk ke dalam selulosa. Sonifikasi dilakukan untuk mempermudah dan mempercepat proses swelling (penggembungan). Dari hasil penelitian ini semakin besar konsentrasi aniline yang ditambahkan, sifat konduktifitas bahan yang dihasilkan semakin besar. 2.5 Keuntungan Polimer Konduktif 1. Merupakan gabungan dari sifat logam dan plastik 2. Konduktifitas tinggi 3. Terang/ tembus cahaya/ transparan 4. Prosesnya mudah dan tidak rumit 5. Harganya murah 11



6. Sintesisnya bisa dipilih



12



BAB III PENUTUP



3.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan dari makalh ini yaitu sebagai berikut : 1. Polimer konduktif merupakan polimer yang dapat menghantarkan arus listrik. Hantaran listrik terjadi karena ada elektron ikatan terdelokalisasi yaitu kecenderungan elektron



terluar untuk berpindah dari satu tingkatan ke



tingkatan yang lain, yang mempunyai struktur pita seperti silikon. 2. Suatu zat dapat bersifat polimer konduktif jika mempunyai ikatan rangkap yang terkonjugasi. Contoh dari polimer terkonjugasi adalah plastik tradisonal (polyethylen), sedangkan polimer konduktif antara lain : polyacetilen, polpyrol, polytiopen, polyaniline dan lain lain. 3. Polimer konduktif dapat dibuat dari polyacetilen. Polyacetilen merupakan polimer terkonjugasi sederhana yang mempunyai dua bentuk: yaitu bentuk cis dan trans polyacetilen. 4. Polimer Konduktif dengan aplikasinya sebagai PLED atau Polimer Light Emitting Diode mulai dapat menggantikan fungsi dari LED (Light Emitting Diode) biasa. Karena PLED mempunyai kelebihan dibandingkan dengan LED biasa. 5. Keuntungan polimer konduktif Merupakan gabungan dari sifat logam dan plastik, Konduktifitas tinggi, Terang/ tembus cahaya/ transparan, Prosesnya mudah dan tidak rumit, Harganya murah, Sintesisnya bisa dipilih



13



DAFTAR PUSTAKA



Fessenden dan Fessenden, (1991) Kimia Organik, Erlangga, Jakarta Rositawati, Dwi Nugraheni. 2004. “ Pengaruh Doping Dan Annealing Terhadap Konduktivitas Stejskal, J and Gilbert, R.G, 2002, Polyaniline Preparation of A Conducting Polymer, J. Pure Appl. Chem., 74: 857 – 867



14