ELEKTROKROMISIT AS BAHAN KOMPOSIT POLIANILIN-OKSmA
TUNGSTEN.
D. R HardjoZ, O. Nurhilar, R. N. AtikahZ, F. FitrilawatiZ, RE. Siregar
ABSTRAK
ELEKTROKROMISIT AS BAHAN KOMPOSIT POLIANILIN-OKSIDA TUNGSTEN. Bahan elektrokrornik telah lama dianggap sebagai bahan yang dapat dimanfaatkan sebagai perangkat peraga, untuk jendela pintar (smart window) dll. Tujuan dari sintesis bahan elektrokromik ini ditujukan untuk dapat mengenali karakter bahan ~but terhadap spektrum cahaya. Sintesis film elektrokromik polianilin, oksida tungsten dan komposit polianilin-oksida tungsten telah dilakukan secara elektrokimia menggunakan metoda potentiostatik. Karakterisasi dengan spektroskopi UV -Visible menunjukkan bahwa sifat transmisi bahan elektrokromik ~ebut dapat dikontrol oleh keadaan oksidasinya melalui variasi beda potensial. Tampak bahwa film polianilin menjadi transparan dalam keadaan tereduksi dan berwarna gelap pada keadaan teroksidasi, sedangkan film oksida tungsten menjadi transparan dalam keadaan teroksidasi dan berwarna gelap pada keadaan tereduksi. Selanjutnya bahan kornposit polianilin-oksida tungsten menunjukkan sifat yang merupakan kombinasi dari elektrokromisitas bahan polianilin dan oksida tungsten.
ABSTRACT
ELEKTROCHROMIC PROPERTIES OF POLYANILINE-TUNGSTEN OXIDE COMPOSITE MATERIAL.
Eleclrochromic materials have been long considered as a delicate material to be utilized as display devices, smart windows, etc. The objective of this synthesis is to observe its characteristics by means of light spectrum. Eleclrochromic films of poly aniline, tungsten oxide and polyaniline-tungsten oxide have been synthesized electrochemically using potentiostatic methods. Results of characterization by means of UV -Visible spectroscopy shows that transmission property of the electrochromic films can be controlled by the variation of the applied voltage. It is observed that films of polyaniline is transparent in their reduced states and become darkly colored in oxidized states, while the reverse is true with film of tungsten oxide. Further, the films of poly aniline-tungsten oxide composite show their electrochromic properties that are combined of poly aniline and tungsten oxide electrochromicities.
KEYWORD
Electromisties, polyanilin-oxide Tungsten. Smart Window
PENDAHULUAN
komponen dalarn piranti displai [2,3, 5J dan smart windows [10, IIJ. Senyawa kompleks Prussian blue [3J, logarn transisi: oksida tungsten [2J dan senyawa organik: viologen [I2J merupakan bahan elektrokromik yang banyak dikembangkan untuk komponen piranti displai. Sedangkan bahan polimer konduktif polipirrol [11, I2J dan polianilin [I3J dilaporkan lebih banyak dikembangkan untuk komponen smart windows.
Dalarn kerangka pengembangan bahan elektrokrornik dan pengkajian sifatnya telah dilakukan penelitian sintesis bahan elektrokrornik dari kelompok logarn oksida (oksida tungsten) dan polimer konduktif (polianilin). Kombinasi kedua bahan tersebut dibuat dalarn bentuk komposit. Pengkajian sifat elektrokrornik masing-masing bahan tersebut dilakukan melalui pengukuran kurva voltammograrn siklik (CV) dan perubahan pola transmisi bahan bersangkutan pada daerah ultra-violet daD cahaya tampak sebagai fungsi tegangan elektroda.
Sifat elektrokromik suatu bahan berkaitan dengan kemampuan bahan tersebut untuk berubah warDa secara reversibel apabila dikenakan medan atau arus listrik [1.2J. Perubahan warDa tersebut terjadi karena adanya perubahan muatan pada rantai konjugasi bahan yang bersangkutan, daD perubahan muatan tersebut disebabkan antara lain oleh proses elektrokimia yang berupa reaksi oksidasi daD reduksi (redoks).
Beberapa bahan yang mempunyai sifat elektrokromik antara lain adalah unsur-unsur logam transisi seperti: oksida tungsten, WO3; oksida iridium, IrO2 [2J, senyawa kompleks seperti: Prussian Blue, Fe3Fe(CN)6, methylene lue [3J, dan bahan organik seperti: viologen,
anthraquinone, pyrazoline. tetrathiafulvalene [2]. Sekitar tahun delapan-puluhan telah dilaporkan pula bahwa bahan polimer konduktif seperti polipirrol [1], polianilin[4, 5], politiofen [6, 7], poli(3-metiltiofen) [8], poli(3-oktiltiofen) [9J juga menunjukkan sifat elektrokromik.
Bahan-bahan elektrokromik ini mempunyai potensi aplikasi sebagai bahan
--I Dipresentasikan pada Pertemuan --Ilmiah gains Materi 1997 2 Jumsan Fisika, FMIP A, Universitas Padjajaran, Bandung
/SSN 14/0 -2897
Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997
METODA
DENGAN
PENELITIAN POTENSIOSTATIK
yang terbentuk dikeringkan pada suhu 1400 C selama 1 jam.
Film komposit polianilin-oksida tungsten dibuat secara potensiostatik dari larutan yang terdiri dari 0.1 M anilin, 0.025 M tungsten, 0.25 H2SO4 dan akuades. Proses pembuatan komposit ini terdiri dari dua tahap. Tahap pertama terhadap sel dikenakan tegangan sebesar 0.75 V yang diukur terhadap elektroda referensii selama 6 meRit hingga polianilin tumbuh pada permukaan elektroda ITO. Pada tahap berikutnya, tegangan sel diubah menjadi -0.30 V hingga lapisan tipis oksida tungsten tumbuh pada permukaan polianilin daD membentuk suatu lapisan tipis komposit berbentuk lapisan ganda (hi-layer film).
Selanjutnya karakterisasi elektrokromik dilakukan dengan melakukan pengukuran voltamogram siklik (CV) daD spektrum UV-Vis. Pengukuran spektrum transmisi UV -Vis dilakukan pada suhu ruang dalam larutan elektrolit 0,5 M H2SO4 dengan menggunakan spektrometer Beckman DU 7000. Sebagai sumber tegangan elektroda yang bervariasi dalam pengukuran tersebut digunakan Advantest R6142 Programmable DC Voltage/Current Generator. Pengukuran spektrum IR terhadap bahan dilakukan dengan menggunakan peralatan Shimatzu Fourier Transform Infrared Spectrophotometer FTIR-850 1.
Semua film elektrokromik dibuat secara elektrokimia dengan metoda potensiostatik (menggunakan tegangan tetap) pada suhu mango Sel elektrokimia yang digunakan berupa labu gelas berleher tiga dan bervolume 50 mi, dengan elektroda yang terdiri dari gelas oksida indium-tin (ITO) sebagai elektroda kerja (working electrode) dan platinum (Pt) sebagai elektroda lawan (counter electrode). ITO yang akan digunakan dibersihkan terlebih dabulu dengan micro-solution dalam ultrasonic bath. Begitu pula elektroda Pt dipoles dengan Al203 (alumina slurry), kemudian direndam di dalam larutan H2SO4 dan dibilas dengan aquades. Pada metoda potensiostatik, elektroda acuan yang digunakan adalah Kalomel jenuh. Sebagai sumber arns/tegangan digunakan Hukuto Denko PotentiostatiGaIvanostat HB-50 1.
Film polianilin dibuat dari larntan yang terdiri dari 0,1 M anilin yang barn didestilasi Darmstadt), 0,25 M H2SO4 (Merck-Darmstadt) dan aquaDM yang didestilasi. Sintesis dilakukan secara potensiostatik dengan tegangan sebesar 0,75 V selama 6 menit.
Film oksida tungsten dibuat secara potensiostatik pada tegangan -0.300 V terhadap elektroda referensi SCE selama 45 menit dari 0,03 M larutan asam wolframat. Larutan tersebut dibuat dengan melarntkan bubuk tungsten (Alfa Aesar) dalam 30 % H202 (Merck-Darmstadt), kemudian diencerkan dengan aquaDM yang didestilasi. Film
HAS IL- HAS IL P E NE L mAN
Perbandingan struktur dari film P ANI an
Gambar
(a) (b)
Spektrum infra merah film PANT (a) daD Film komposit PANI -Oksida tungsten yang dibuat secara elektrokimia
(a)
Vq... (mV)
Gambar 2. Kurva CV (a) Film (b) Oks tungsten dalam 0.5 M H2SO4 film komposit PANI-Qksida tungsten diperlibatlkan oleb basil penguikuran spektrum infra merah (IR). Secara umum spektrum IR kedua bahan tersebut memiliki pola yang mirip, seperti yang ditunjukkan pada GB.I. Pengujuan
elektrokromisitas sampel dilakukan dalam sel 230
Tungsten, daD (c) Komposit PANI-Oksida dengan laju scan 50 mV/s
elektrokimia yang berisi larutan 0.5 M H2SO4 dengan menggunakan bahan Pt sebagai elektroda lawannya sedang SCE digunakan sebagai c!cktroda referensi. Pengukuran CV dilakukan dengan menggunakan somber tegangan merk Hokuto Denko PotentiostatlGalvanostat lIB-50 I
/SSN /410 -2897
Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 yang dikendalikan dengan fuction generator merk Hokuto Denko HB-I04. Kurva CV untuk film P ANI, Oksida tungsten, dan komposit masing masing ditunjukkan pada Gb. 2(a), (b), dan (c).
Dalam kurva CV, film P ANI tampak memiliki 3 puncak oksidasi, masing masing pada tegangan 0.21 V, 0.5 V, daD 0.71 V. Selain itu terdapat juga 3 puncak reduksi, masing masing pada tegangan 0.10 V, 0.395 V, dan 0.64 V. Selanjutnya filam oksida tungsten terlihat memiliki kurva CV yang berlawanan terhadap
kurva film P ANI, yaitu berupa perubahan arus yang besar pada saat tegangannya berharga negatif. Hasil ini memperlihatkan bahwa sifat elektrokromik P ANI berlawanan jika dibandingkan dengan sifat elektrokromik film oksida tungsten.
Kurva CV film komposit PANI-Oksida tungsten pada Gb. 2(c) menunjukkan suatu gabungan antara Gb. 2(a) dan Gb. 2(b), sehingga ia memiliki karakteristik dari film P ANI dan film Oksida-tungsten. Pada tegangan negatif, Film
Selanjutnya, elektrokromisitas film komposit PANI-Qksida tungsten merupakan kombinasi daTi elektrokromisitas film P ANI dan film oksida tungsten. Hasil awal ini akan membuka peluang bagi rekayasa elektrokromisitas bahan untuk suatu keperluan aplikasi.
DAFTAR PUSTAKA
tungsten (berwarna birD tungsten) dan pada tegangan positif memiliki karakteristik PANI (berwama birD P ANI).
Film PANI dalam larutan 0.5 M H2SO4 mengalami perubahan WarDa secara berurutao (gradasi) dari rolling transparan, hijau, hijau kebiruan dan birD. Secara kuantitatifnhal tersebut diperlihatkan oleh basil pengukuran spektroskopi pada gb. 3(a). Perubahan wama pada film PAN! tersebut berkaitao dengan keadaan redoksnya (reduksi-oksidasi). Film menjadi transparan pada keadaan tereduksi dan berwarna majemuk pada berbagai keadaan oksidasi.
Film PAN! dalam larutao 0.5 M H2SO4 akan mengalami perubahan wama secara berurutan dari birD tua, birD muda, daD belling, jika diberikan tegangan dari -3.0 V hingga 0.5 V.
Hal ini secara kuantitatif diperlihatkan pada GB. 3(b). Berbeda dengan film PAN!, film oksida tungsten akan berwarna birD pada keadaan tereduksi dan transparan pada keadaan teroksidasi. Film P ANI yang berwarna hijau kebiruan, setelah disisipi oleh oksida tungsten menjadi komposit PANI-Oksida tungsten yang tetap berwarna hijau kebiruan. Selanjutnya film komposit tersebut di dalam larutao elektrolit 0.5 M H2SO4 memiliki WarDa yang tergantung pada tegangan elektroda. Secara kuantitatif hat tersebut diperlihatkan pada Gb. 3(c). Pada tegangan -1.4 V film komposit tampak berwarna birD seperti pada film oksida tungsten murni. Ketika tegangan dinaikkan menjadi -0.6 V, film komposit tersebut menjadi transparan kebiruan dan menjadi lebih transparan lagi bila tegangan elektrodanya dinaikkan menjadi 0 V. Selanjutnya jika tegangan elektroda dinaikkan berturut turut menjadi 0.5 V,
1.4 V, daD 2.0 V, warDa film komposit kembali menjdai biru seperti WarDa PANI mumi. Jadi film komposit PANI-Oksida tungsten tetap berwarna gelap (biru) baik pada tegangan negatif maupun positif daD tampak transparan pada tegangan 0 V. Hasil ini sesuai dengan basil yang telah diperoleh dari pengukuran kurva CV seperti yang telah ditunjukkan pada GB. 2.
KESIMPULAN
Berdasarkan basil percobaan yang telah dilakukan. maka film P ANI yang disintesis menunjukkan sifat elektrokromisitas yang anodik, yaitu berubah WarDa apabila diberikan tegangan positif. sedangkan film oksida tungsten menunjukkan sifat elektrokromisitas yang katodik.
[1] GAZARD M., DUBOIS J. C., CHAMPAGNE M., GARNIER F., and TOURILLON G., Journal De Physique Colloque C3, 44, (1983) 537.
[2] SKOTHEIM T. A. (ed), Handbook of Conducting Polymers vol. I and II. Marcel and Dekker, New York, (1986).
[3] Hirai Y., Tani C., App. Phys. Lett. 43, (1983)
704
[4] ITAYA K., AKAHOSm H., TOSlllMA S., J. Electrochem. Soc. 129, (1982) 1498.
[5] KOBAYASm T., YONEYAMA H.and TAMURA H., J: Electroanal. Chern. 177, (1984) 281.
[6] FOOT P. J. S. and SIMON R., J. Phys. D: Appl. Phys. 22, (1989) 1598.
[7] WALTMAN R. J., DIAZ A. F., BARGON J., J. Electrochem. Soc. 131, (1984) 1452. [8] LEVENTIS N., CHUNG Y. C., J. Mater
Chern. 2(3), (1992) 289.
[9] YOSHINO K., NAKAJIMA S., FUn M. and SUGITOMO R, Polym. Commun. 28, (1987) 309.
[10] GARNIER F., TOURILLON G., GAZARD M. and DUBOIS J. C., J: Electroanal. Chern.
148, (1983) 299.
[11]LEVENTIS N., CHUNG Y. C., Chern. Materials 4, (1992) 1415.
[12] SKERRETT P. J., Popular Science July (1993) p80.
[13) STINSON S., Chemical and Engineering News 70, (1992) 20.
[14] MCGRAW-HILL Encyclopedia of Science and Technology vol. 4. 5th Ed. New York: McGraw-Hili, (1982)
[15]LEVENTIS N., CHUNG Y. C., J: Electrochem. Soc. 137, (1990) 3321.
[16]JELLE B.P, HAGEN G., HESJEVIK S. M. and ODEGARD R., Electrochimica Acta, 38,
(1994) 1643.
[17]YAKUSm K., LAUCHLAN L. J., CLARKE T. C., and STREET G. B., J. Chern. Phys. 79, (1983) 4774.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Maten J 997 ISSN 1410 -2897
[18] FITRILA W A TI, "Optoelectronic Properties of Polypyrrole Films", MSc Thesis, Macquarie University -Australia, (1993).
[19]SFlENP. K., HUANGH. T., and TSEUNG A. C. C., J. Eleclrochern. Soc. 139, (1992) 1840 [20]SFlEN P. K. and TSEUNG A. C. C., J.
Mater. Chern. 2, (1992) 1141.
[21JPATll.. A. 0., FlEEGER J. and WUDL F., Chern. Rev. 88, (1988) 183.
[22]HYODO K., Eleclrochirnica Acta, 39, (1994) 265.
