PEMBUATAN SENSOR GAS RESISTOR DAN TRANSISTOR DARI POLIMER KONDUKTIF ORGANIK: POLIANILIN, POLIPIROL, POLI-3-METILTIOFENA, DAN POLITIOFENA

(1)

PEMBUATAN SENSOR GAS RESISTOR

DAN TRANSISTOR DARI POLIMER

KONDUKTIF ORGANIK: POLIANILIN,

POLIPIROL, POLI-3-METILTIOFENA, DAN

POLITIOFENA

Oleh:

Iccha Hamidah Nilawati

(1405 100 008)

Dosen Pembimbing:

Suprapto, M.Si., Ph.D

(2)

LATAR BELAKANG



Sensor gas dapat digunakan untuk mendeteksi gas

disamping GC/GCMS



Sensor gas dapat dibuat dari logam, oksida logam,

polimer komposit, dan polimer konduktif



Polimer konduktif memiliki kelebihan yaitu:

1. Memiliki harga material yang relatif murah

2. Memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap

macam-macam uap senyawa organik

3. Dapat digunakan atau diopersikan pada suhu

ruang

TUJUAN



Membuat sensor gas resistor dan transistor berbahan polimer

konduktif organik: polianilin, polipirol, poli-3-metiltiofena,

dan politiofena

(3)

METODOLOGI



Pembuatan Larutan

Monomer*

-

Dilarutkan dengan asetonitril dengan

konsentrasi akhir 0,1M

-

Ditambahkan TBAPF

₆

Larutan 0,1M Monomer/TBAPF

₆

**



Pembuatan Elektroda Interdigital emas

PCB polivinil fiber

-

Digambar pola interdigital (resistor dan

transistor)

-

Dicuci dengan CuCl

₂

-

Dicuci dengan detergen

-

Direndam dalam larutan KAu(CN)

₄

pada

suhu konstan 60ºC

-

Dihubungkan dengan kabel

Elektroda interdigital emas



Elektropolimerisasi Lapisan

Dasar dengan Voltammetri Siklis

Lapisan Dasar Pertama

-Elektroda interdigital emas

-

Dihubungkan dengan potensiostat

-

Dicelupakan ke dalam larutan 0,1M

anilin/TBAPF

₆

-

Dilakukan voltametri siklis pada

potensial -1V sampai 2,5V dengan

scan rate

100mV/det sebanyak 50

siklis

elektroda dengan lapisan dasar anilin

Hasil

-

Difoto dengan kamera digital dan

mikroskop optik

** :larutan 0,1M anilin/TBAPF

₆

, larutan 0,1M pirol/

TBAPF

₆

, larutan 0,1M tiofen/ TBAPF

₆

, larutan

0,1M 3-metiltiofen/ TBAPF

₆

(4)

Lapisan Dasar Kedua

-Elektroda dengan lapisan dasar anilin

-

Dihubungkan dengan potensiostat

-

Dicelupakan ke dalam larutan 0,1M

pirol/TBAPF

₆

-

Dilakukan

voltametri

siklik

pada

potensial -1V sampai 2,5V dengan

scan rate

100mV/det sebanyak 3

siklik

Elektroda dengan lapisan dasar anilin-pirol

Hasil

-

Difoto dengan kamera digital dan

mikroskop optik



Elektropolimerisasi Lapisan Atas

Elektroda dengan lapisan dasar anilin-pirol

-

Dihubungkan dengan potensiostat

-

Dicelupkan ke dalam larutan larutan

0,1M monomer/TBAPF

₆

***

-

Dilakukan voltametri siklis pada

potensial -1V sampai 2,5V dengan

scan rate

100mV/det sebanyak 50

siklik

Hasil

-

Difoto dengan kamera digital dan

mikroskop optik

Sensor gas resistor/transistor

*** :larutan 0,1M anilin/TBAPF

₆

, larutan 0,1M tiofen/ TBAPF

₆

, dan larutan 0,1M

(5)



Uji Sensor Gas Terhadap

Turunan Minyak Bumi

Resistor

-Sensor gas resistor

-

Dihubungkan dengan potensiostat

-

Dilakukan LSV pada potensial

-2,5V sampai +-2,5V dengan

scan

rate

100mV/det terhadap udara****

-

Diukur resistansi

-

Dihitung resistansi relatifnya

Hasil

Transistor

-Sensor gas transistor

-

Dihubungkan dengan potensiostat

dan

power supply

-

Dilakukan LSV pada potensial

-2,5V sampai +-2,5V dengan

scan

rate

100mV/det terhadap udara****

-

Diukur resistansi pada potensial

gate

0V dan 16V

-

Dihitung resistansi relatifnya

Hasil

**** :perlakuan yang sama untuk bensin, biosolar, dan minyak tanah sebanyak 1ml pada

wadah kaca persegi berukuran 500ml

(6)

HASIL DAN PEMBAHASAN



Pembuatan Elektroda Interdigital

Gambar 1. Elektroda interdigital (a) resistor, (b) transistor, (c) elektroda

interdigital dibandingkan dengan uang

(c)

(7)



Analisis Voltametri Siklis

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 -0,002 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 A rus ( A ) Potensial (V) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 A ru s (A ) Potensial (V) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 A rus ( A ) Potensial (V) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -0,015 -0,010 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 A ru s (A ) Potensial (V) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -0,020 -0,015 -0,010 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 A ru s (A ) Potensial (V)

(a)

(e)

(d)

(c)

(b)

Gambar 2. Voltamogram (a) anilin/TBAPF

₆

; (b) pirol/TBAPF

₆

di atas anilin; (c)

anilin/TBAPF

₆

di atas anilin-pirol; (d) 3-metiltiofena/TBAPF

₆

di atas

anilin-pirol; (e) tiofena/TBAPF

₆

di atas anilin-pirol dalam asetonitril

dengan

scan rate

100mV/det.

Monomer Potensial Oksidasi (V) Anilin 0,65; 0,82; dan 1,02 Anilin di atas anilin-pirol 0,55

Pirol 0,39

Pirol di atas anilin 0,84 3-Metiltiofena 0,66 3-Metiltiofena di atas

anilin-pirol

0,75

Tiofena 0,86

Tiofena di atas anilin-pirol 1,6

Tabel 1. Potensial Oksidasi beberapa monomer dalam asetonitril

(8)

-1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 A ru s (A ) Potensial (V) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 A ru s (A ) Potensial (V) -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 -0,0005 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 A ru s ( A ) Potensial (V) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -0,015 -0,010 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 A ru s (A ) Potensial (V) -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 A rus ( A ) Potensial (V) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 -0,020 -0,015 -0,010 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 A ru s (A ) Potensial (V)

(a)

(e)

(d)

(c)

(b)

(f )

Gambar 3. Voltamogram (a) pirol/TBAPF

₆

; (b) pirol/TBAPF

₆

di atas anilin ; (c)

3-metiltiofena/TBAPF

₆

di atas anilin-pirol; (d) 3-metiltiofena/TBAPF

₆

di

atas anilin-pirol; (e) tiofena/TBAPF

₆

di atas anilin-pirol, dalam

(9)

-3 -2 -1 0 1 2 3 0,000435 0,000440 0,000445 0,000450 0,000455 0,000460 A ru s (A ) Potensial (V) -3 -2 -1 0 1 2 3 -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 A ru s( A ) Potensial (V) -3 -2 -1 0 1 2 3 -0,02 -0,01 0,00 0,01 A ru s (A ) Potensial (V) -3 -2 -1 0 1 2 3 0,00044 0,00046 A ru s (A ) Potensial (V)



Resistansi Awal

Resistor

-Sensor Gas

Resistansi R

0

(Ω)

Polianilin-polipirol

635134,00

Polianilin di atas

polianilin-polipirol

970,87

Poli-3-metiltiofena di atas

polianilin-polipirol

396,83

Politiofena di atas

polianilin-polipirol

381604,00

Tabel 2. Resistansi Awal dari Sensor

Gas Resistor

(a)

(d)

(b)

(c)

Gambar 5. Resistansi awal dari sensor gas resistor (a) lapisan dasar

polianilin-polipirol (b) polianilin di atas polianilin-polianilin-polipirol; (c) poli-3-metiltiofena

di atas polianilin-polipirol; (d) politiofena di atas polianilin-polipirol.

(10)

Transistor

-(c)

(a)

(b)

Gambar 6. Resistansi awal dari sensor gas transistor (a) polianilin di atas

polianilin-polipirol;

(b)

poli-3-metiltiofena

di

atas

polianilin-polipirol; (c) politiofena di atas polianilin-polipirol, dengan A pada

potensial

gate

0V dan B pada potensial

gate

16V.

Sensor Gas

Resistansi R

₀

(Ω)

Potensial

gate

0V

Potensial

gate

16V

Polianilin di atas

polianilin-polipirol

216,92

180,18

Poli-3-metiltiofena di

atas polianilin-polipirol

_219133,00

_323474,00

politiofena di atas

polianilin-polipirol

1294340,00

369005,00

Tabel 3. Resistansi Awal dari Sensor Gas Transistor

-3 -2 -1 0 1 2 3 0,00042 0,00044 0,00046 0,00048 0,00050 A ru s (A ) Potensial (V) A B -3 -2 -1 0 1 2 3 -0,055 -0,050 -0,045 -0,040 -0,035 -0,030 -0,025 -0,020 -0,015 -0,010 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 A ru s (A ) Potensial (V) A B -3 -2 -1 0 1 2 3 0,000455 0,000460 0,000465 0,000470 0,000475 0,000480 0,000485 A ru s (A ) Potensial (V) A B

(11)



Uji Sensor terhadap Turunan Minyak Bumi

Resistor

-Gas yang diuji

Resistansi

(Ω)

Resistansi

Relatif

|R

₀

-R

_t

|/R

₀

Udara (R

₀

)

635134

-Bensin (R

_t

)

453877

0,29

Biosolar (R

_t

)

-548673

1,86

Minyak tanah (R

_t

)

347455

0,45

Gambar 7. Resistansi lapisan dasar polianilin-polipirol

terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan

D minyak tanah.

Tabel 4. Tabel Perubahan Resistansi dari

Lapisan Dasar Polianilin-Polipirol

terhadap Udara, Bensin, Biosolar,

dan Minyak Tanah

-3 -2 -1 0 1 2 3 0,00040 0,00042 0,00044 0,00046 0,00048 0,00050 0,00052 0,00054 0,00056 0,00058 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D -3 -2 -1 0 1 2 3 -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 A ru s( A ) Potensial (V) A B C D

Gambar 8. Resistansi polianilin di atas polianilin-polipirol

terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan D

minyak tanah.

Gas yang diuji

Resistansi

(Ω)

Resistansi Relatif

|R

₀

-R

_t

|/R

₀

Udara (R

₀

)

970,87

-Bensin (R

_t

)

578707

595,07

Biosolar (R

_t

)

730695

751,62

Minyak tanah (R

_t

)

564953

580,90

Tabel 5. Tabel Perubahan Resistansi dari Polianilin di

atas Polianilin-Polipirol terhadap Udara,

Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah

(12)

-3 -2 -1 0 1 2 3 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D

Gambar

9. Resistansi

poli-3-metiltiofena

di

atas

polianilin-polipirol terhadap A udara, B

bensin, C biosolar, dan D minyak tanah.

Gas yang diuji

Resistansi

(Ω)

Resistansi Relatif

|R

₀

-R

_t

|/R

₀

Udara (R

₀

)

396,825

-Bensin (R

_t

)

2070,85

4,22

Biosolar (R

_t

)

2024,91

4,10

Minyak tanah (R

_t

)

2027,97

4,11

Tabel 6. Tabel Perubahan Resistansi dari

Poli-3-metiltiofena

di

atas

Polianilin-Polipirol

terhadap Udara,

Bensin,

Biosolar,

dan

Minyak Tanah

-3 -2 -1 0 1 2 3 0,00044 0,00046 0,00048 0,00050 0,00052 0,00054 0,00056 0,00058 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D

Gambar 10.

Resistansi politiofena di atas

polianilin-polipirol terhadap A udara, B bensin, C

biosolar, dan D minyak tanah.

Gas yang diuji

Resistansi

(Ω)

Resistansi Relatif

|R

₀

-R

_t

|/R

₀

Udara (R

₀

)

381604

-Bensin (R

_t

)

945993

1,48

Biosolar (R

_t

)

5850110

14,33

Minyak tanah (R

_t

)

600590

0,57

Tabel 7. Tabel Perubahan Resistansi dari Politiofena

di atas Polianilin-Polipirol terhadap Udara,

Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah

(13)

Transistor

-Gambar 11. Resistansi polianilin di atas polianilin-polipirol pada potensial gate 0V terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan D minyak tanah.

Gas yang diuji Resistansi

(Ω) Resistansi Relatif |R₀-R_t|/R₀ Udara (R₀) 216,920 -Bensin (R_t) 518419 2388,91 Biosolar (R_t) -8184780 37732,80 Minyak tanah (R_t) 441964 2036,45 Tabel 8. Tabel Perubahan Resistansi dari Polianilin di atas

Polianilin-Polipirol pada potensialgate0V terhadap Udara, Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah

Gambar 12. Resistansi polianilin di atas polianilin-polipirol pada potensial gate 16V terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan D minyak tanah.

(Ω) Resistansi Relatif |R₀-R_t|/R₀ Udara (R₀) 180,180 -Bensin (R_t) 503700 2794,53 Biosolar (R_t) 263382 1460,77 Minyak tanah (R_t) 482188 2675,14 Tabel 9. Tabel Perubahan Resistansi dari Polianilin di atas

Polianilin-Polipirol pada potensial gate 16V terhadap Udara, Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah

-3 -2 -1 0 1 2 3 0,00044 0,00046 0,00048 0,00050 0,00052 0,00054 0,00056 0,00058 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D -3 -2 -1 0 1 2 3 0,00046 0,00048 0,00050 0,00052 0,00054 0,00056 0,00058 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D

(14)

Gambar 13. Resistansi poli-3-metiltiofena di atas polianilin-polipirol pada potensial gate 0V terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan D minyak tanah.

Gas yang diuji Resistansi (Ω) Resistansi Relatif

|R₀-R_t|/R₀

Udara (R₀) 219133

-Bensin (R_t) 8536940 2,90

Biosolar (R_t) 256406 0,17

Minyak tanah (R_t) 493026 1,25 Tabel 10. Tabel Perubahan Resistansi dari Poli-3-metiltiofena di

atas Polianilin-Polipirol pada potensial gate 0V terhadap Udara, Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah

Gambar 14. Resistansi poli-3-metiltiofena di atas polianilin-polipirol pada potensial gate 16V terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan D minyak tanah.

Gas yang diuji Resistansi (Ω) Resistansi Relatif

|R₀-R_t|/R₀

Udara (R₀) 323474

-Bensin (R_t) 106304 0,67

Biosolar (R_t) 832785 1,57

Minyak tanah (R_t) 537501 0,66 Tabel 11. Tabel Perubahan Resistansi dari

Poli-3-metiltiofena di atas Polianilin-Polipirol pada potensial gate 16V terhadap Udara, Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah

-3 -2 -1 0 1 2 3 -0,050 -0,045 -0,040 -0,035 -0,030 -0,025 -0,020 -0,015 -0,010 -0,005 0,000 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D -3 -2 -1 0 1 2 3 -0,025 -0,020 -0,015 -0,010 -0,005 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D

(15)

Gambar 15. Resistansi politiofena di atas polianilin-polipirol pada potensial gate 0V terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan D minyak tanah.

(Ω) Resistansi Relatif |R₀-R_t|/R₀ Udara (R₀) 1294340 -Bensin (R_t) 207542 0,60 Biosolar (R_t) 468055 0,64 Minyak tanah (R_t) 812559 0,37 Tabel 12. Tabel Perubahan Resistansi dari Politiofena di atas Polianilin-Polipirol pada potensial gate 0V terhadap Udara, Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah

Gambar 16. Resistansi politiofena di atas polianilin-polipirol pada potensial gate 16V terhadap A udara, B bensin, C biosolar, dan D minyak tanah.

(Ω) Resistansi Relatif |R₀-R_t|/R₀ Udara (R₀) 369005 -Bensin (R_t) 106234 1,88 Biosolar (R_t) 293373 0,20 Minyak tanah (R_t) 769722 1,09 Tabel 13. Tabel Perubahan Resistansi dari Politiofena di atas

Polianilin-Polipirol pada potensial gate 16V terhadap Udara, Bensin, Biosolar, dan Minyak Tanah -3 -2 -1 0 1 2 3 0,00046 0,00048 0,00050 0,00052 0,00054 0,00056 0,00058 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D -3 -2 -1 0 1 2 3 0,00046 0,00048 0,00050 0,00052 0,00054 0,00056 0,00058 A ru s (A ) Potensial (V) A B C D

(16)