Kajian Sifat Listrik Membran Polisulfon yang Didadah Titanium Dioksida (TiO2).

i

ABSTRAK
TRI MAHANINGSIH. Kajian Sifat Listrik Membran Polisulfon Yang Didadah
Titanium Dioksida (TiO2). Dibimbing oleh JAJANG JUANSAH, M.Si dan Dr. Ir.
IRMANSYAH, M.Si.
Penelitian ini mengkaji sifat listrik membran polisulfon yang didadah TiO2 yang
meliputi kapasitansi (Cs), impedansi (Z), konduktansi (G), loss coefficient (D), serta
karakterisasi arus – tegangan. Perlakuan perbedaan konsentrasi yang diberikan TiO2 pada
polisulfon dapat mempengaruhi sifat listrik. Penambahan konsentrasi TiO2 pada membran
polisulfon dengan peningkatan frekuensi menyebabkan nilai kapasitansi, impedansi, dan
loss coefficient menurun sedangkan nilai konduktansi meningkat. Sedangkan hubungan
arus – tegangan, kurva yang dihasilkan cenderung linear pada beberapa konsentrasi sebab
semakin besar tegangan, arus yang dihasilkan semakin besar, hal ini dapat dinyatakan
bahwa membran polisulfon bersifat ohmic. Nilai konduktansi yang dihasilkan sangat
kecil (berkisar nano), sedangkan impedansinya pada orde kΩ. Pada penambahan TiO2 5%
memiliki arus yang paling besar pada karakterisasi arus – tegangan, kapasitansi, loss
coefficient, dan konduktansi yang paling tinggi, sedangkan pada impedansi yang paling
tinggi dihasilkan pada penambahan TiO2 7%. Hal ini menunjukan bahwa pada
penambahan TiO2 5% memiliki sifat listrik yang baik dibandingkan dengan penambahan
konsentrasi TiO2 yang lainnya.

Kata kunci: membran, kapasitansi, impedansi, konduktansi, karakterisasi arus – tegangan.

i

1

PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Perkembangan teknologi membran saat
ini telah berkembang pesat pada berbagai
kalangan teknologi, industri maupun kalangan
akademik. Keunggulan teknologi membran
antara lain adalah membran dapat bertindak
sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya
molekul – molekul dengan ukuran tertentu
yang saja yang dapat melewati membran,
sedangkan sisanya tertahan di permukaan
membran.
Aplikasi membran yang telah meluas
ke berbagai bidang dan dipicu fakta bahwa

pemisahan dengan membran memiliki
keunggulan dibanding dengan teknologi lain.
Pemisahan
dengan
membran
dapat
berlangsung
terus
menerus,
tidak
membutuhkan zat kimia tambahan, konsumsi
energinya rendah, mudah digabung dengan
proses pemisahan lain,
dan
mudah
ditingkatkan kapasitasinya.1
Penelitian
yang
mendasar
bagi

perkembangan teknologi membran adalah
proses pembuatan polimer yang merupakan
bahan dasar membran. Salah satu polimer
yang biasa digunakan sebagai bahan membran
adalah polisulfon (PSF). Polisulfon banyak
digunakan dalam pembuatan membran, karena
polimer tersebut memiliki sifat kestabilan
kimia yang cukup tinggi yaitu tahan terhadap
perubahan pH, daya elastisitas rendah, daya
tarik yang tinggi, dan stabil pada kondisi
temperatur ruang.1
Banyak
cara
dilakukan
untuk
meningkatkan kinerja membran polisulfon
antara lain dengan penambahan zat aditif yang
ditambahkan saat proses pembuatannya,
seperti titanium dioksida (TiO2). TiO2
merupakan nanomaterial yang bersifat

semikonduktor yang dapat menghantarkan
listrik, sifat logam yang kuat, ringan dan
memiliki kerapatan yang rendah. Peranan
TiO2 dalam bidang industri sebagai pigmen,
adsorben,
pendukung
katalik,
dan
semikonduktor.2
Penambahan
TiO2
meningkatkan kekuatan fisik membran
sehingga membran tidak terdekomposisi,
meningkatkan hidropobilitas sehingga fluks
meningkat.3 Dengan demikian, adanya
penambahan TiO2 pada membran dapat
memberikan konstribusi.
Dalam penelitian ini difokuskan pada
uji sifat kelistrikan dari membran polisulfon
hasil teknik inversi fase rendam-endap.

Metode ini merupakan metode pemecahan
partikel menjadi berukuran dalam kisaran

nano dengan menggunakan bantuan magnetic
stirrer dan ultrasonic processor agar larutan
membran yang dihasilkan menjadi membran
yang homogen. Metode inversi fase rendamendap digunakan saat proses pembuatan
larutan siap cetak yang akan dijadikan
membran.
Beberapa sifat kelistrikan yang diuji
yaitu impedansi, kapasitansi, konduktansi,
loss coefficient, dan sudut fasenya (θ) pada
frekuensi rendah dengan perlakuan variasi
konsentrasi TiO2. Dari penelitian ini
diharapkan dapat mempelajari mekanisme
transport elektron pada membran polisulfon
hasil inversi fase rendam-endap sehingga
dapat memberikan kontribusi untuk kemajuan
dalam bidang teknologi membran.
Tujuan

Penelitian
ini
bertujuan
untuk
mengukur dan mengkaji sifat listrik
(karakterisasi arus-tegangan, kapasitansi, loss
coefficient, impedansi, konduktansi, dan sudut
fase) membran polisulfon yang didadah TiO2
dalam
berbagai
konsentrasi
dengan
memvariasikan frekuensi.
Hipotesis
Membran polisulfon yang didadah
dengan TiO2 yang berbeda konsentrasinya
akan menghasilkan sifat listrik yang berbeda.
Apabila konsentrasi penambahan TiO2
semakin banyak maka dapat meningkatkan
nilai kapasitansi, konduktansi, loss coefficient,

dan menurunkan nilai impedansi.
Rumusan Masalah
Sejalan
dengan
latar
belakang,
penelitian ini diarahkan untuk mencari solusi
bagi masalah saat ini, yaitu kajian sifat listrik
membran polisulfon yang didadah dengan
TiO2 dan pelarut dimetilasetamid (DMAc).
Permasalahan dalam penelitian ini yaitu
bagaimanakah sifat listrik yang terdapat pada
membran polisulfon (polimer) yang didadah
TiO2 (semikonduktor) dengan pelarut DMAc?

TINJAUAN PUSTAKA
Membran
Membran merupakan suatu lapisan
tipis antara dua fase fluida yang bersifat
penghalang (barrier) terhadap suatu zat

tertentu, yang dapat memisahkan zat dengan
ukuran berbeda, serta membatasi laju dari
berbagai zat berdasarkan sifat fisik dan
kimianya. Skema sistem pemisahan dua fase

1

1

PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Perkembangan teknologi membran saat
ini telah berkembang pesat pada berbagai
kalangan teknologi, industri maupun kalangan
akademik. Keunggulan teknologi membran
antara lain adalah membran dapat bertindak
sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya
molekul – molekul dengan ukuran tertentu
yang saja yang dapat melewati membran,
sedangkan sisanya tertahan di permukaan

membran.
Aplikasi membran yang telah meluas
ke berbagai bidang dan dipicu fakta bahwa
pemisahan dengan membran memiliki
keunggulan dibanding dengan teknologi lain.
Pemisahan
dengan
membran
dapat
berlangsung
terus
menerus,
tidak
membutuhkan zat kimia tambahan, konsumsi
energinya rendah, mudah digabung dengan
proses pemisahan lain,
dan
mudah
ditingkatkan kapasitasinya.1
Penelitian

yang
mendasar
bagi
perkembangan teknologi membran adalah
proses pembuatan polimer yang merupakan
bahan dasar membran. Salah satu polimer
yang biasa digunakan sebagai bahan membran
adalah polisulfon (PSF). Polisulfon banyak
digunakan dalam pembuatan membran, karena
polimer tersebut memiliki sifat kestabilan
kimia yang cukup tinggi yaitu tahan terhadap
perubahan pH, daya elastisitas rendah, daya
tarik yang tinggi, dan stabil pada kondisi
temperatur ruang.1
Banyak
cara
dilakukan
untuk
meningkatkan kinerja membran polisulfon
antara lain dengan penambahan zat aditif yang

ditambahkan saat proses pembuatannya,
seperti titanium dioksida (TiO2). TiO2
merupakan nanomaterial yang bersifat
semikonduktor yang dapat menghantarkan
listrik, sifat logam yang kuat, ringan dan
memiliki kerapatan yang rendah. Peranan
TiO2 dalam bidang industri sebagai pigmen,
adsorben,
pendukung
katalik,
dan
semikonduktor.2
Penambahan
TiO2
meningkatkan kekuatan fisik membran
sehingga membran tidak terdekomposisi,
meningkatkan hidropobilitas sehingga fluks
meningkat.3 Dengan demikian, adanya
penambahan TiO2 pada membran dapat
memberikan konstribusi.
Dalam penelitian ini difokuskan pada
uji sifat kelistrikan dari membran polisulfon
hasil teknik inversi fase rendam-endap.
Metode ini merupakan metode pemecahan
partikel menjadi berukuran dalam kisaran

nano dengan menggunakan bantuan magnetic
stirrer dan ultrasonic processor agar larutan
membran yang dihasilkan menjadi membran
yang homogen. Metode inversi fase rendamendap digunakan saat proses pembuatan
larutan siap cetak yang akan dijadikan
membran.
Beberapa sifat kelistrikan yang diuji
yaitu impedansi, kapasitansi, konduktansi,
loss coefficient, dan sudut fasenya (θ) pada
frekuensi rendah dengan perlakuan variasi
konsentrasi TiO2. Dari penelitian ini
diharapkan dapat mempelajari mekanisme
transport elektron pada membran polisulfon
hasil inversi fase rendam-endap sehingga
dapat memberikan kontribusi untuk kemajuan
dalam bidang teknologi membran.
Tujuan
Penelitian
ini
bertujuan
untuk
mengukur dan mengkaji sifat listrik
(karakterisasi arus-tegangan, kapasitansi, loss
coefficient, impedansi, konduktansi, dan sudut
fase) membran polisulfon yang didadah TiO2
dalam
berbagai
konsentrasi
dengan
memvariasikan frekuensi.
Hipotesis
Membran polisulfon yang didadah
dengan TiO2 yang berbeda konsentrasinya
akan menghasilkan sifat listrik yang berbeda.
Apabila konsentrasi penambahan TiO2
semakin banyak maka dapat meningkatkan
nilai kapasitansi, konduktansi, loss coefficient,
dan menurunkan nilai impedansi.
Rumusan Masalah
Sejalan
dengan
latar
belakang,
penelitian ini diarahkan untuk mencari solusi
bagi masalah saat ini, yaitu kajian sifat listrik
membran polisulfon yang didadah dengan
TiO2 dan pelarut dimetilasetamid (DMAc).
Permasalahan dalam penelitian ini yaitu
bagaimanakah sifat listrik yang terdapat pada
membran polisulfon (polimer) yang didadah
TiO2 (semikonduktor) dengan pelarut DMAc?

TINJAUAN PUSTAKA
Membran
Membran merupakan suatu lapisan
tipis antara dua fase fluida yang bersifat
penghalang (barrier) terhadap suatu zat
tertentu, yang dapat memisahkan zat dengan
ukuran berbeda, serta membatasi laju dari
berbagai zat berdasarkan sifat fisik dan
kimianya. Skema sistem pemisahan dua fase

1

2

oleh membran dapat diliha
ihat pada Gambar 1.
Proses pemisahan
an dengan membran
dapat terjadi karena adany
anya perbedaan ukuran
pori, bentuk, serta struktur kimianya.
Membran demikian bia
iasa disebut sebagai
membran semipermeab
abel, artinya dapat
menahan zat tertentu, teta
tapi dapat melewatkan
zat yang lainnya. Fase campuran
c
yang akan
dipisahkan disebut umpa
pan (feed), dan fase
hasil pemisahan disebutt permeat (permeate).
Sifat-sifat membran pe
perlu dikarakterisasi,
yang
meliputi
efisiensi
serta
mikrostruktumya.4
Berdasarkan bah
ahan pembuatannya,
membran dibagi menjadii dua golongan, yaitu
membran
dengan bahan
b
organik dan
anorganik. Untuk bahan
an organik membran
dibagi menjadi dua bag
agian, yaitu membran
alami dan membran sinte
ntesis. Membran alami
adalah membran yang tterdapat di jaringan
makhluk hidup. Contohn
hnya membran yang
terbuat dari selulosa dan
an turunannya seperti
selulosa nitrat dan aseta
tat. Membran sintesis
adalah membran yang ddibuat sesuai dengan
kebutuhan dan mirip dengan
den
sifat membran
alami. Contoh membra
bran sintesis adalah
polisulfon poliamida.5
Jika ditinjau da
dari sifat listriknya
membran buatan dibagi
gi menjadi dua, yaitu
membran tidak bermuatan
tan tetap dan membran
bermuatan tetap. Membra
bran tidak bermuatan
tetap disebut juga membr
bran netral. Membran
ini terdiri dari polimerr yang
y
tidak mengikat
ion-ion sebagai ion tetap
ap dan bersifat selektif
terhadap larutan kimia.
Selektifitas membr
bran netral ditentukan
oleh unsur-unsur penyusu
sun (monomer), ikatan
kimia, ukuran pori-pori,
i, daya tahan terhadap
tekanan dan temperatur
ur, serta karakteristik
sifat listriknya. Membra
bran bermuatan tetap
terbentuk karena molekul
kul-molekul ionik yang
menempel pada membra
ran secara kimia. lonion tidak dapat berpinda
dah dan membentuk
lapisan tipis bermuata
tan pada membran,
sehingga membran ini dapat
d
dilalui ion-ion
tertentu saja.6
Berdasarkan ben
entuknya, membran
terdiri atas membran sim
imetrik dan membran
asimetrik. Membran simetrik memiliki
struktur pori yang homog
ogen dan relatif sama,
ketebalannya antara 10-2200 µm. Sedangkan
membran asimetri mem
emiliki ukuran dan
kerapatan yang tidak sam
ma. Membran jenis ini
terdiri atas dua lapisan,
n, yaitu lapisan kulit
yang tipis dan rapatt (skinlayer) dengan
ketebalan kurang dari 0.5
0 µm serta lapisan
pendukung (sublayer) ya
yang berpori dengan
ketebalan 50 - 200 µm.7

Gambar 1. Skema sistem pemi
misahan dua fase oleh
membran.

Pembuatan membra
ran dapat dilakukan
dengan beberapa teknik,, yyaitu dengan teknik
sintering, stretching, trac
rack-etching, inversi
fase, dan leaching. Pemilihan teknik
pembuatan membran inii sangat
s
menentukan
8
struktur membran yang dihasilkan.
d
Teknik
sintering merupakan tek
eknik penggabungan
(fusi) partikel-partikel kak
aku yang dilakukan
dengan menggunakan teka
kanan dan temperatur
tinggi atau dengan menggu
gunakan perekat pada
tekanan dan temperatur yan
ang lebih rendah.
Pori-pori dalam filte
lter ini berupa ruangruang antar partikel. Ukur
uran pori ditentukan
oleh distribusi partikeln
lnya, semakin luas
distribusi partikel maka ukuran
uk
pori semakin
besar. Teknik ini akan
kan membuat pori
berukuran antara 0.1 - 10 µm dan membran
yang
terbentuk
meru
rupakan
membran
mikrofiltrasi.
Teknik
stretching
ng
hanya
dapat
digunakan untuk membua
uat membran dengan
bahan polimer semikristal
tal seperti teflon dan
polipropilen. Teknik inii dilakukan dengan
melakukan peregangan ke segala arah
sehingga terjadi keretakann dan terbentuk poripori dengan ukuran anta
ntara 0.1 - 3 µm.
Porositas membran yang di
dibuat dengan teknik
ini lebih besar dibanding
ingkan dengan yang
dibuat dengan teknik sinter
ering.
Pada teknik track-etching,
tra
film
ditembak dengan radiasi
asi berenergi tinggi
dengan arah tegak lurus tterhadap film. Film
kemudian dimasukkan ke dalam bak asam
atau basa, sehingga mat
atriks polimer akan
membentuk goresan sepanjang
se
lintasan.
Goresan tersebut akann membentuk pori
silinder dengan distribusi
si pori yang sempit.
Ukuran pori yang terbentu
tuk yaitu antara 0.02
– 10 µm.
Salah satu tekni
nik yang banyak
dilakukan peneliti untuk pembuatan
pe
membran
yaitu menggunakan tek
eknik inversi fase.
Teknik ini dilakukan dengan mengatur
perubahan membran darii ccair ke padat. Pada
teknik inversi fase rendam
am-endap, membran
dibuat dengan melarutka
tkan suatu polimer
dalam pelarut yang sesuai
ai sehingga diperoleh
larutan yang
homogen
en. Lapisan
tipis
dari
larutan
tersebu
ebut
kemudian

2

3

dikoagulasikan dalam non pelarut (air)
sehingga terbentuk membran. Kemudian
dibuat lapisan tipis dari larutan dan
dikoagulasikan dengan air agar terbentuk
membran.7
Polisulfon (PSF)
Polisulfon adalah polimer yang banyak
digunakan sebagai bahan dasar pembuatan
membran. Hal ini dikarenakan memiliki
ketahanan yang baik terhadap temperatur
tinggi, rentang pH yang lebar 1 – 13, memiliki
resistansi yang baik terhadap klorin.3 Selain
itu, PSF memiliki elastisitas rendah, kekuatan
tarik tinggi, stabil pada temperatur ruang.
Karakter-karakter yang dimiliki PSF
tersebut disebabkan oleh struktur rantai yang
rigid, seperti pada Gambar 2. PSF bersifat
hidrofob atau tidak suka air, juga tidak larut
dalam larutan asam ataupun basa. Kelarutan
polisulfon dalam larutan alifatik rendah tetapi
masih dapat larut dalam beberapa pelarut yang
sedikit polar.9
Titanium Dioksida (TiO2)
TiO2 adalah bahan material aktif
dengan ukuran nano yang memiliki beberapa
keunggulan yakni resistensi terhadap bakteri
yang tinggi dan bersifat sangat hidropilik.
Komposisi yang terbaik untuk pembuatan
casting solution adalah (18 %-b/b) PSF; (2 %b/b) TiO2 ; (64%-b/b) DMAC; (16 %-b/b)
NMP.
Penambahan
TiO2
tersebut
meningkatkan kekuatan fisik membran
sehingga
membran
tidak
mudah
terdekomposisi, meningkatkan hidropilitas
sehingga fluks meningkat.3
Penggunaan TiO2 sintetis baik dalam
bentuk tetragonal rutile ataupun anatase
sangat banyak dipakai dalam industri antara
lain sebagai pigmen pemutih, bahan utama
keramik untuk elektronik (BaTiO3), bahan
baku untuk pembuatan TiO2 polimeric
precursor yang sangat penting untuk
pembuatan bahan-bahan keramik maju.
Bahan baku untuk membuat TiO2
sintetis banyak terdapat di alam, baik sebagai
deposit utama atau deposit batuan keras
ataupun sebagai secondary/placer deposit
(yang pada umumnya dalam bentuk pasir
pantai). Mineral-mineral yang ada di dalam
deposit tersebut ada yang berbentuk mineral
ilmenite (FeO.TiO2), rutile (tetragonal TiO2),
anatase (tetragonal TiO2), brookite (rhombic
TiO2) dan perovskite (CaO.TiO2).10

Gambar 2. Struktur kimia polisulfon.

O
CH3
H3C-C-N
CH3
Gambar 3. Struktur kimia N,N – dimetilasetamida
(DMAc).

N,N-dimetilasetamida (DMAc)
DMAc merupakan molekul sederhana
yang berada dalam fase cair pada temperatur
ruang. Dalam struktur kimia DMAc dapat
diperlihatkan pada Gambar 3. Jenis cairan
yang polar namun tidak bermuatan ini umum
digunakan sebagai pelarut polimer.9
DMAc digunakan sebagai pelarut
karena telah diketahui secara umum bahwa
DMAc dan PSF adalah pasangan pelarut
polimer yang cocok dan dapat membuat
larutan menjadi homogen1.
Sifat Listrik Membran
Berdasarkan sifat listriknya, sifat bahan
dikelompokan menjadi isolator, konduktor,
semikonduktor dan superkonduktor akan
memiliki sifat listrik yang berbeda. Jenis sifat
listrik dalam penelitian ini meliputi
karakterisasi arus-tegangan, kapasitansi, loss
coefficient, impedansi, konduktansi, dan sudut
fase (θ).
Karakterisasi arus - tegangan
Karakteristik arus-tegangan merupakan
salah satu karakteristik kelistrikan membran.
Karakteristik ini dipengaruhi oleh aliran
elektron dan ion-ion pada membran. Aliran
ion-ion berpengaruh pada aliran arus dalam
membran dan proses pemindahan lainnya.
Dari karakteristik arus-tegangan dapat
ditentukan sifat ohmic-nya suatu membran,
daya tahanan listrik dan energi diri ion yang
melintasi membran. arus dipengaruhi oleh
besamya beda tegangan dan beda konsentrasi
muatan pembawa. Semakin besar beda
konsentrasi muatan pembawa dan beda
tegangan maka semakin besar pula arus yang
mengalir pada membran.11

3

4

Rapat arus dari ion pembawa yang
bergerak di dalam larutan dan menembus
membran diberikan oleh persamaan beriku:
dP
dϕ
− Pq µ p
J P = − kT µ p
dx
dx
dN
dϕ
J n = − kT µ n
− Pq µ n
dx
dx

(1)

Keterangan:
N, P adalah konsentrasi ion pembawa muatan
negatif dan positif. T adalah suhu mutlak, J
adalah rapat arus. p, n masing-masing
merupakan mobilitas ion positif dan negatif
dengan adalah beda potensial dan k adalah
konstanta Boltzman (1,38 x 10-23 J/K),
variabel P, N dan merupakan fungsi dari x.
Kapasitansi listrik
Kapasitansi merupakan suatu ukuran
kapasitas penyimpanan muatan berdasarkan
perbedaan potensial tertentu.12 Banyaknya
muatan neto yang terakumulasi pada kapasitor
sebanding dengan tegangan yang diberikan
oleh sumber.6 Kapasitor adalah suatu piranti
yang dapat menyimpan muatan listrik dan
terdiri dari dua benda penghantar 13 yang
terisolasi, dipisahkan pada jarak tertentu dan
mempunyai luasan tertentu. Nilai kapasitansi
tidak bergantung pada muatan atau tegangan
melainkan dipengaruhi oleh faktor gemoetri
dan sifat bahan dielektriknya.14
Faktor yang menentukan geometri
yaitu luas keping sejajar dan jarak antar
kepingnya. Sifat bahan dielektrik ditentukan
oleh konstanta dielektrik bahan yang
merupakan bahan non konduktor yang tidak
memiliki elektron-elektron bebas sehingga
tidak dapat menghantarkan listrik.15 Ketika
luas area plat meningkat, maka kapasitansi
akan meningkat. Ketika jarak antar plat besar,
maka nilai kapasitansi berkurang dan ketika
nilai konstanta dielektriknya besar, maka
kapasitansinya berkurang.16
εA
C =
(2)
d
Keterangan :
C = kapasitansi (farad)
ε = permitivitas bahan (farad/m)
A = luas plat (m2)
d = jarak antara plat (m)
Michael Faraday (1791-1867) membuat
postulat bahwa sebuah kapasitor memiliki
kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan
tegangan 1 volt dapat membuat elektron
sebanyak 1 C. Besar muatan (Q) yang
tersimpan pada kapasitor sebanding dengan
beda potensialnya (V).16

Q = CV

(3)

Keterangan:
Q = muatan elektron dalam C (coulomb)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besarnya tegangan dalam V (volt)
Jika kedua ujung plat logam diberi
tegangan listrik, maka muatan-muatan positif
akan mengumpul pada salah satu kaki
(elektroda) logamnya dan pada saat yang
sama muatan-muatan negatif terkumpul pada
ujung logam yang satu lagi. Muatan positif
tidak dapat mengalir menuju ujung kutub
negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak
dapat menuju ke ujung kutub positif, karena
terpisah oleh bahan dielektrik yang nonkonduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan”
selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung
kakinya.16
Pada Gambar 4 memperlihatkan skema
kapasitor yang diberi tegangan Vs. Dan
menurut Maxwell-Wagner, model rangkaian
listrik membran dapat
dimodelkan pada
gambar 5. Perbandingan antara permitivitas
suatu bahan (ℰ) dengan permitivitas ruang
hampa (ℰ0) disebut permitivitas relatif atau
konstanta dielektrik yang dinyatakan dengan:
K =

ε
ε0

(4)

Kapasitansi total membran (C) dalam
rangkaian pada Gambar 5 dapat diperoleh
persamaan:
C =

C1G 22 + C 2 G12 + ω 2 (C1C 22 + C12 C 2 )
( G1 + G 2 ) 2 + ω 2 ( C1 + C 2 ) 2

(5)

Kapasitansi membran menurun saat frekuensi
meningkat menuju nilai maksimum yang
setara dengan kapasitansi dua kapasitor yang
dirangkai seri.7
C (ω ~ 0) =

C1C2
C1 + C2

(6)

Gambar 4. Kapasitor plat sejajar17
C1

G1

C2

G2

Gambar 5. Model rangkaian listrik untuk membran.

4

5

Xc

G=

I

1
R

(10)

Keterangan:
θ

δ

R
Gambar 6. Loss coefficient yang dibentuk antara I
dan Xc.

Loss coefficient
Loss coefficient merupakan parameter
yang menyatakan kemampuan suatu bahan
untuk menghamburkan atau melepaskan
energi dan mengkonversinya menjadi panas.18
Pada medium yang ideal, bahan dielektrik
kapasitor tidak ada energi yang hilang, namun
jika terjadi kehilangan energi, maka sudut fase
akan berkurang dan sudut loss coefficient akan
bertambah berdasarkan hubungan sebagai
berikut:
Sudut loss coefficient = 90° - sudut fase
dimana sudut fase adalah sudut θ yang
memisahkan antara arus total (I) dengan
tegangan yan diberikan.
Sudut loss coefficient merupakan sudut
yang dibentuk antara arus bolak balik total (I)
dan arus pengisian (Ic) pada kapasitor seperti
Gambar 6.14 Pada frekuensi yang diberikan,
bahan dielektrik dapat diperlihatkan sebagai
rangkaian parallel yang terdiri dari kapasitansi
dan resistansi yang ideal. Apabila tegangan
sinusoidal diberikan pada bahan dielektrik ini
maka akan menghasilkan arus pengisian.
Pada kasus kehilangan dielektrik
rendah (low loss dielectric), apabila δ kecil
maka cos θ bisa menggantikan tan δ. Untuk
dielektrik dengan kehilangan cukup besar,
hubungan berikut dapat digunakan untuk
menghitung loss coefficient:16
I
tan δ = R
(7)
IC
1
tan δ =
ωRC

R =

(8)

Konduktansi listrik
Konduktansi merupakan sebuah bentuk
sifat listrik. Nilai konduktansi berbanding
terbalik dengan nilai hambatan. Ion yang
melintasi membran merupakan kuantitas
elektrik, dinamakan sebagai arus (I).
Konduktansi dan gradient elektrokimia (VmVx) dapat digunakan untuk memprediksi arus,
tegangan membran (Vm), tegangan Nerst
(Vx) dengan persamaan:16
I = G (Vm − V x )
(9)

Vm
Is

Is arus yang diberikan (ampere), dan R
hambatan acuan (ohm).
Salah satu sifat yang dimiliki oleh
membran
yaitu
konduktivitas
listrik.
Konduktivitas muncul disebabkan adanya
interaksi antara ion dengan membran.
Pengukuran konduktansi sangat penting untuk
menentukan geometri dan dimensi pori.
Besarnya konduktansi (G) membran dapat
diperoleh dengan menggunakan persamaan:19

G = nG P

(11)

Dengan:
G = G0 exp(−

∆U
)
kT

(12)

Keterangan: n adalah jumlah pori membran
dan Gp adalah konduktansi tiap pori dengan
asumsi pori-porinya identik. Konduktansi total
membran (G) dalam model rangkaian, dapat
diperoleh dengan menggunakan persamaan:7
G=

G1G2 (G1 + G2 ) + ω 2 (C12 G2 + C22 G1 )
(G1 + G2 ) 2 + ω 2 (C1 + C2 ) 2

(13)

Konduktansi
membran
sangat
tergantung pada frekuensi, saat frekuensinya
rendah maka konduktansi membran akan
memiliki nilai minimum dan setara dengan
dua konduktor yang dihubungkan secara
seri:20
G (ω ~ 0) =

G1G 2
G1 + G 2

(14)

Sebaliknya, saat frekuensi meningkat menuju
nilai
maksimum,
maka
konduktansi
membrannya meningkat sesuai dengan
persamaan berikut:
G (ω ~ ∞ ) =

C 12 G 2 + C 22 G 1
(C 1 + C 2 ) 2

(15)

Keterangan:
G1 dan C1 merupakan konduktansi dan
kapasitansi dari sublayer, sedangkan G2 dan
C2 merupakan konduktansi dan kapasitansi
dari skin layer.
Impedansi listrik
Impedansi merupakan hambatan total
pada rangkaian arus bolak-balik atau tingkat
resistansi terhadap aliran arus listrik bolakbalik (alternating current = AC). Dalam
model rangkaian membran, impedansi listrik
membran dimodelkan dengan rangkaian
elektronik seperti Gambar 5 yang terdiri atas
sebuah kapasitor dengan resistor.5

5

6

Suatu hambatan (R) didapat untuk
menghadirkan
komponen
dissipative
(menghilangkan) respon dielektrik, sedangkan
suatu kapasitansi menggambarkan komponen
penyimpanan dielektrik bahan.6 Reaktansi
kapasitif dari dan kapasitor C adalah:
Xc =

1
jω C

(16)

Keterangan:
j merupakan bilangan imajiner. Pada
rangkaian ekuivalen, impedansi Z1 dari
resistansi R1 dan sebuah kapasitansi yang
terangkai parallel dapat diperoleh dari hukum
Kirchoff,
1
1
1
=
+
Z 1 R p 1 /( jωC p )

Rp
1 + ( jω R p C p )

(18)

Jika ditambahkan Rs secara seri pada elemen
RC dengan
digantikan dengan 2πf, maka
diperoleh:
Rp

Z = Rs +

1 /( j . 2 π . f . R p C p )

(19)

Pada impedansi kompleks Z, terdapat bagian
real (Zre) dan imajiner (Zim). Keduanya
dirumuskan dalam persamaan berikut:7
Z re = Rs +
Z im =

Rp
1 + (ω 2 .Rp2Cp2 )
R p .C p .ω

1 + (ω 2 . R p2 C p2 )

Metode Penelitian
Penelitian ini meliputi karakterisasi
sifat kelistrikan membran. Karakterisasi sifat
kelistrikan membran dilakukan dengan
mengukur karakterisasi I-V menggunakan I-V
meter dan mengukur nilai kapasitansi, loss
coefficient, konduktansi, impedansi, dan sudut
fase (θ) membran menggunakan LCR meter.

(17)

Dari persamaan (17) diperoleh:
Zp =

berukuran 4 x 12 cm, aluminium foil,
magnetic stirrer, tisu, lap, gunting, penggaris,
kamera, alat tulis, hot plate stirrer, timbangan,
gelas piala, dan HIOKI 3522-50 LCR meter,
dan alat I-V meter tipe Keithley 2400.

(20)
(21)

ω = frekuenasi sudut
R = hambatan (ohm)

C = kapasitor (farad)

BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu
Penelitian
ini
dilaksanakan
di
laboratorium Biofisika, Departemen Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian
dilaksanakan selama 10 bulan yaitu pada
bulan November 2010 - September 2011.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini antara lain polisulfon, pelarut
DMAc, aquades, dan TiO2. Alat yang
dipergunakan adalah cawan petri, gelas kimia,
tabung reaksi, pipet volumetrik, spatula, labu
erlenmenyer, plat kaca, plat kapasitor

Pelaksanaan Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini diawali
dengan persiapan penelitian, persiapan
eksperimen, eksperimen, analisa dan serta
dilanjutkan dengan pembahasan hasil dalam
bentuk skripsi.
Persiapan penelitian
Pada kegiatan tahap ini dilakukan
pencarian literatur seperti buku, jurnal,
skripsi,
dan
sebagainya
untuk
mempersiapkan dasar - dasar teori, perumusan
fisika dan matematika yang berhubungan
dengan penelitian.
Persiapan eksperimen
Persiapan eksperimen yang dilakukan
antara lain persiapan alat, persiapan bahan,
dan perancangan sistem.
1. Persiapan alat
Plat kapasitor yang digunakan dalam
penelitian ini dibuat dari dua buah PCB yang
berukuran (12 x 4) cm.
2. Persiapan bahan
Membran polisulfon yang dibuat
dengan memvariasikan konsentrasi zat
aditifnya yang mengandung konsentrasi
larutan polisulfon 12 %. Zat aditif dan pelarut
yang digunakan pada pembuatan membran
berupa TiO2 dan DMAc. Teknik yang
digunakan dalam pembuatan membran
polisulfon menggunakan teknik inversi fase
rendam-endap.
Polisulfon yang telah dicampur dengan
TiO2 dan pelarut DMAc dimasukkan ke dalam
gelas kimia 100 ml, dan ditutup dengan
aluminium foil, kemudian larutan tersebut
didiamkan selama ± 24 jam (dalam suhu
ruang) hingga terbentuk larutan polisulfon.
Setelah didiamkan selama 24 jam, larutan
membran distrirring dengan stirrer selama 1,5

6

6

Suatu hambatan (R) didapat untuk
menghadirkan
komponen
dissipative
(menghilangkan) respon dielektrik, sedangkan
suatu kapasitansi menggambarkan komponen
penyimpanan dielektrik bahan.6 Reaktansi
kapasitif dari dan kapasitor C adalah:
Xc =

1
jω C

(16)

Keterangan:
j merupakan bilangan imajiner. Pada
rangkaian ekuivalen, impedansi Z1 dari
resistansi R1 dan sebuah kapasitansi yang
terangkai parallel dapat diperoleh dari hukum
Kirchoff,
1
1
1
=
+
Z 1 R p 1 /( jωC p )

Rp
1 + ( jω R p C p )

(18)

Jika ditambahkan Rs secara seri pada elemen
RC dengan
digantikan dengan 2πf, maka
diperoleh:
Rp

Z = Rs +

1 /( j . 2 π . f . R p C p )

(19)

Pada impedansi kompleks Z, terdapat bagian
real (Zre) dan imajiner (Zim). Keduanya
dirumuskan dalam persamaan berikut:7
Z re = Rs +
Z im =

Rp
1 + (ω 2 .Rp2Cp2 )
R p .C p .ω

1 + (ω 2 . R p2 C p2 )

Metode Penelitian
Penelitian ini meliputi karakterisasi
sifat kelistrikan membran. Karakterisasi sifat
kelistrikan membran dilakukan dengan
mengukur karakterisasi I-V menggunakan I-V
meter dan mengukur nilai kapasitansi, loss
coefficient, konduktansi, impedansi, dan sudut
fase (θ) membran menggunakan LCR meter.

(17)

Dari persamaan (17) diperoleh:
Zp =

berukuran 4 x 12 cm, aluminium foil,
magnetic stirrer, tisu, lap, gunting, penggaris,
kamera, alat tulis, hot plate stirrer, timbangan,
gelas piala, dan HIOKI 3522-50 LCR meter,
dan alat I-V meter tipe Keithley 2400.

(20)
(21)

ω = frekuenasi sudut
R = hambatan (ohm)

C = kapasitor (farad)

BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu
Penelitian
ini
dilaksanakan
di
laboratorium Biofisika, Departemen Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian
dilaksanakan selama 10 bulan yaitu pada
bulan November 2010 - September 2011.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini antara lain polisulfon, pelarut
DMAc, aquades, dan TiO2. Alat yang
dipergunakan adalah cawan petri, gelas kimia,
tabung reaksi, pipet volumetrik, spatula, labu
erlenmenyer, plat kaca, plat kapasitor

Pelaksanaan Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini diawali
dengan persiapan penelitian, persiapan
eksperimen, eksperimen, analisa dan serta
dilanjutkan dengan pembahasan hasil dalam
bentuk skripsi.
Persiapan penelitian
Pada kegiatan tahap ini dilakukan
pencarian literatur seperti buku, jurnal,
skripsi,
dan
sebagainya
untuk
mempersiapkan dasar - dasar teori, perumusan
fisika dan matematika yang berhubungan
dengan penelitian.
Persiapan eksperimen
Persiapan eksperimen yang dilakukan
antara lain persiapan alat, persiapan bahan,
dan perancangan sistem.
1. Persiapan alat
Plat kapasitor yang digunakan dalam
penelitian ini dibuat dari dua buah PCB yang
berukuran (12 x 4) cm.
2. Persiapan bahan
Membran polisulfon yang dibuat
dengan memvariasikan konsentrasi zat
aditifnya yang mengandung konsentrasi
larutan polisulfon 12 %. Zat aditif dan pelarut
yang digunakan pada pembuatan membran
berupa TiO2 dan DMAc. Teknik yang
digunakan dalam pembuatan membran
polisulfon menggunakan teknik inversi fase
rendam-endap.
Polisulfon yang telah dicampur dengan
TiO2 dan pelarut DMAc dimasukkan ke dalam
gelas kimia 100 ml, dan ditutup dengan
aluminium foil, kemudian larutan tersebut
didiamkan selama ± 24 jam (dalam suhu
ruang) hingga terbentuk larutan polisulfon.
Setelah didiamkan selama 24 jam, larutan
membran distrirring dengan stirrer selama 1,5

6

7

jam dan disonikasi selama 2 jam agar
membran yang dihasilkan homogen.
Langkah
selanjutnya,
membran
dituangkan ke permukaan kaca yang kedua
sisi kanan dan kiri telah diisolasi. Selanjutnya
membran direndam pada larutan aquades agar
menghasilkan membran. Membran polisulfon
yang dihasilkan ada 6 sampel dan satu sampel
dijadikan sebagai kontrol, yang dilakukan
dengan memvariasikan konsentrasi TiO2
sebanyak 5 konsentrasi berbeda yaitu 0, 0.5,
1, 3, 5, dan 7 %.
3. Perancangan sistem
Pengukuran
karakterisasi
I-V
menggunakan alat I-V meter, sedangkan
pengukuran kapasitansi, loss coefficient,
konduktansi, impedansi, sudut fase (θ)
menggunakan LCR Hi-Tester Hioki 5322-50
yang diangkai dengan plat kapasitor.
Rangkaian sistem pengukuran ini ditunjukkan
pada Gambar 7.
Eksperimen
Membran yang diukur adalah membran
polisulfon menggunakan sampel yang sudah
dibuat oleh rekan peneliti. Membran dipotong
berukuran (12 x 4) cm.
Pengambilan data
1. Karakterisasi arus - tegangan membran
polisulfon.
Pengukuran karakterisasi arus tegangan peralatan yang digunakan yaitu
menggunakan sepasang plat kapasitor yang
mengapit membran polisulfon. Pengujian
karakterisasi I-V menggunakan I-V meter,
software Keithley 2400, komputer.
Pengukurannya dilakukan dengan
memasukkan nilai tegangan awal, tegangan
akhir (-5 volt hingga 5 volt) dan banyaknya
data 50, dengan sweep delay sebesar 100. Dari
proses ini, secara otomatis akan didapat hasil
pengukuran karakterisasi arus - tegangan.
2.

Karakterisasi sifat listrik membran
polisulfon.
Sifat listrik membran yang akan diukur
meliputi kapasitansi (Cs), impedansi (Z),
konduktansi (G), loss coefficient (D), dan
sudut fase (θ). Membran tersebut diletakan
diantara dua buah plat elektroda yang terbuat
dari logam Cu. Kedua elektroda diberikan
sumber tegangan tetap (Cv) sebesar 1 V
dengan delay 9,00 s. Pada tahapan
selanjutnya, dilakukan pengaturan parameter
yang diukur pada layar LCR meter.

membran

Gambar 7. Skema sistem pengukuran sifat listrik
dengan LCR meter.

Parameter
diukur
dengan
memvariasikan frekuensi yaitu 10 Hz, 20 Hz,
80 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 80
kHz, dan 100 kHz. Selain itu, Variabel yang
diukur berupa kapasitansi (Cs), impedansi (Z),
konduktansi (G), loss coefficient (D), dan
sudut fase (θ) yang digunakan untuk
menghitung impedansi imajiner (Zim), dan
impedansi
real
(Zreal).
Langkah
pengoperasiannya dimulai dengan cara
menekan tombol pada layar yang sesuai
dengan variabel yang akan diukur. Setelah itu
catat data ketika menampilkan data yang
ketiga agar data tersebut menunjukan nilai
yang stabil.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Polisulfon merupakan polimer yang
banyak dipakai pada membran ultrafiltrasi,
yang cenderung bersifat hidrofobik, serta
memiliki kelarutan yang rendah tetapi masih
bisa larut dalam larutan polar.21 Dalam
pembuatan membran, polisulfon dicampur
dengan pelarut polimer DMAc. Campuran
DMAc
dengan
polisulfon
merupakan
pasangan yang compatible yang dapat
membuat larutan menjadi homogen.1
Dalam penelitian ini, membran yang
telah dilarutkan dengan DMAc didadah
dengan salah satu bahan yang bersifat
semikonduktor yaitu TiO2. Sifat listrik yang
telah diuji dalam penelitian ini yaitu
mengkarakterisasi arus-tegangan, kapasitansi,
loss coefficient, impedansi, konduktansi,
dengan berbagai frekuensi.
Dari hasil yang diperoleh didapatkan
grafik sifat listriknya terhadap variasi
frekuensi. Plat kapasitor yang telah digunakan
dalam karakterisasi sifat listrik yaitu
menggunakan dua buah pelat sejajar yang
dibuat dari keping PCB tembaga karena
tembaga memiliki sifat konduksi yang baik.
Kedua pelat tersebut telah disisipi membran
polisulfon yang dihubungkan ke alat
karakterisasi sifat listrik.

7

7

jam dan disonikasi selama 2 jam agar
membran yang dihasilkan homogen.
Langkah
selanjutnya,
membran
dituangkan ke permukaan kaca yang kedua
sisi kanan dan kiri telah diisolasi. Selanjutnya
membran direndam pada larutan aquades agar
menghasilkan membran. Membran polisulfon
yang dihasilkan ada 6 sampel dan satu sampel
dijadikan sebagai kontrol, yang dilakukan
dengan memvariasikan konsentrasi TiO2
sebanyak 5 konsentrasi berbeda yaitu 0, 0.5,
1, 3, 5, dan 7 %.
3. Perancangan sistem
Pengukuran
karakterisasi
I-V
menggunakan alat I-V meter, sedangkan
pengukuran kapasitansi, loss coefficient,
konduktansi, impedansi, sudut fase (θ)
menggunakan LCR Hi-Tester Hioki 5322-50
yang diangkai dengan plat kapasitor.
Rangkaian sistem pengukuran ini ditunjukkan
pada Gambar 7.
Eksperimen
Membran yang diukur adalah membran
polisulfon menggunakan sampel yang sudah
dibuat oleh rekan peneliti. Membran dipotong
berukuran (12 x 4) cm.
Pengambilan data
1. Karakterisasi arus - tegangan membran
polisulfon.
Pengukuran karakterisasi arus tegangan peralatan yang digunakan yaitu
menggunakan sepasang plat kapasitor yang
mengapit membran polisulfon. Pengujian
karakterisasi I-V menggunakan I-V meter,
software Keithley 2400, komputer.
Pengukurannya dilakukan dengan
memasukkan nilai tegangan awal, tegangan
akhir (-5 volt hingga 5 volt) dan banyaknya
data 50, dengan sweep delay sebesar 100. Dari
proses ini, secara otomatis akan didapat hasil
pengukuran karakterisasi arus - tegangan.
2.

Karakterisasi sifat listrik membran
polisulfon.
Sifat listrik membran yang akan diukur
meliputi kapasitansi (Cs), impedansi (Z),
konduktansi (G), loss coefficient (D), dan
sudut fase (θ). Membran tersebut diletakan
diantara dua buah plat elektroda yang terbuat
dari logam Cu. Kedua elektroda diberikan
sumber tegangan tetap (Cv) sebesar 1 V
dengan delay 9,00 s. Pada tahapan
selanjutnya, dilakukan pengaturan parameter
yang diukur pada layar LCR meter.

membran

Gambar 7. Skema sistem pengukuran sifat listrik
dengan LCR meter.

Parameter
diukur
dengan
memvariasikan frekuensi yaitu 10 Hz, 20 Hz,
80 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 80
kHz, dan 100 kHz. Selain itu, Variabel yang
diukur berupa kapasitansi (Cs), impedansi (Z),
konduktansi (G), loss coefficient (D), dan
sudut fase (θ) yang digunakan untuk
menghitung impedansi imajiner (Zim), dan
impedansi
real
(Zreal).
Langkah
pengoperasiannya dimulai dengan cara
menekan tombol pada layar yang sesuai
dengan variabel yang akan diukur. Setelah itu
catat data ketika menampilkan data yang
ketiga agar data tersebut menunjukan nilai
yang stabil.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Polisulfon merupakan polimer yang
banyak dipakai pada membran ultrafiltrasi,
yang cenderung bersifat hidrofobik, serta
memiliki kelarutan yang rendah tetapi masih
bisa larut dalam larutan polar.21 Dalam
pembuatan membran, polisulfon dicampur
dengan pelarut polimer DMAc. Campuran
DMAc
dengan
polisulfon
merupakan
pasangan yang compatible yang dapat
membuat larutan menjadi homogen.1
Dalam penelitian ini, membran yang
telah dilarutkan dengan DMAc didadah
dengan salah satu bahan yang bersifat
semikonduktor yaitu TiO2. Sifat listrik yang
telah diuji dalam penelitian ini yaitu
mengkarakterisasi arus-tegangan, kapasitansi,
loss coefficient, impedansi, konduktansi,
dengan berbagai frekuensi.
Dari hasil yang diperoleh didapatkan
grafik sifat listriknya terhadap variasi
frekuensi. Plat kapasitor yang telah digunakan
dalam karakterisasi sifat listrik yaitu
menggunakan dua buah pelat sejajar yang
dibuat dari keping PCB tembaga karena
tembaga memiliki sifat konduksi yang baik.
Kedua pelat tersebut telah disisipi membran
polisulfon yang dihubungkan ke alat
karakterisasi sifat listrik.

7

8

Karakterisasi Arus - Tegangan Membran
Polisulfon.
Hasil penelitian yang diperlihatkan
pada Gambar 8 merupakan kurva arus tegangan membran polisulfon yang didadah
TiO2 pada berbagai konsentrasi. Berdasarkan
literatur, membran polisulfon merupakan
polimer yang bersifat isolator, dan hasil
karakterisasi arus - tegangan berbentuk linear
sehingga menandakan bahwa membran
polisulfon merupakan membran netral.
Dengan kelinieran grafik, maka dapat
diterapkan hukum Ohm dan nilai konduktansi
listrik berbanding lurus dengan
gradien
arus – tegangan. Apabila semakin besar
konsentrasi TiO2, maka semakin besar arus
pada membran polisulfon, hal ini dapat
dijelaskan dengan adanya aliran ion-ion
ataupun elektron yang merupakan pembawa
aliran arus listrik.20
Berdasarkan hasil penelitian, dengan
memperlihatkan kurva tersebut ternyata
membran polisulfon dengan konsentrasi TiO2
5% ada perbedaan yang signifikan. Hal ini
menandakan
bahwa
TiO2
merupakan
nanomaterial
yang
memiliki
sifat
semikonduktor. Asumsi awal bahwa semakin
besar konsentrasi TiO2 maka semakin banyak
ion dan elektron yang bergerak melintasi
membran
sehingga
kemiringan
kurva
meningkat. Dengan demikian yang terjadi
semakin besar arus yang dihantarkan dalam
larutan untuk menembus membran polisulfon.
Namun dari hasil yang diperoleh tidak
demikian, ternyata pada polisulfon dengan
5%
menunjukkan
konsentrasi
TiO2
kemiringan kurva yang tertinggi, kemudian
kurva semakin menurun pada penambahan
14
12
10
8

30

6
4
2
0
-5

-4

-3

-2

-1-2 0

1

2

3

4

5

-4
-6

Kapasitansi Listrik Membran Polisulfon.
Berdasarkan
prinsip kerja pada
kapasitor yaitu suatu kapasitor terdiri dua
keping konduktor sejajar yang terpisah.
Ketika konduktor-konduktor dihubungkan
pada ujung-ujung sumber tegangan, sumber
tegangan akan memindahkan muatan positif
menuju konduktor yang satu dan muatan
negatif pada konduktor yang lain. Ketika
suatu dielektrik diletakkan diantara kepingkeping kapasitor, medan listrik dari kapasitor
mempolarisasikan
molekul
molekul
dielektrik.

Tegangan (volt)

Kapasitansi ( nF)

Arus ( A)

16

konsentrasi
1%,
konsentrasi
0,5%,
konsentrasi 7%, dan kurva yang terendah pada
konsentrasi 3%.
Arus yang dihasilkan pada penambahan
konsentrasi 5% berkisar sampai 15,237455
A, dapat dikatakan membrannya memiliki
kemampuan menghantarkan listrik lebih baik
dibandingkan dengan konsentrasi 0,5%, 1%,
3%, dan 7%. Hal ini dimungkinkan oleh
adanya batasan maksimum perbandingan
polisulfon dan penambahan konsentrasi TiO2.
Pada penambahan konsentrasi TiO2 5%
memiliki arus – tegangan yang paling besar
dibandingkan dengan yang lain, kemungkinan
pada penambahan TiO2 partikel TiO2 yang
terbentuk dengan membran menjadikan pori –
porinya lebih homogen sehingga arus yang
melewati membran menjadi paling besar
dibandingan dengan penambahan konsentrasi
TiO2 yang lain.
Jika diperhatikan pada Gambar 8, pada
kurva bias maju dengan bias mundur
menghasilkan kemiringan kurva yang
berbeda. Kurva pada bias maju, arus yang
dihasilkan lebih besar dibandingkan pada bias
mundur. Ketika pada bias maju arusnya
berkisar hingga 15 µA sedangkan pada bias
mundur hanya berkisar 6 µA, hal tersebut
terjadi pada tegangan sumber 5 volt.

25
20
15
10
5
0

-8

1

PSF + TiO2 0.5%

PSF + TiO2 1%

PSF + TiO2 3%

PSF + TiO2 5%

PSF + TiO2 7%

Gambar 8. Karekterisasi arus-tegangan membran
polisulfon yang didadah TiO2 pada
berbagai konsentrasi.

10

100

1000

10000

100000

frekuensi (Hz)
PSF control
PSF + TiO2 1%
PSF + TiO2 5%

PSF + TiO2 0.5%
PSF + TiO2 3%
PSF + TiO2 7%

Gambar 9. Hubungan kapasitansi membran dan
frekuensi.

8

frekuensi 20 Hz

25
20

Loss coefficient

Kapasitansi (nF)

9

15
10
5
0
0

0.5

1

3

5

7

4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0

Konsentrasi TiO2 (%-b/b)

1

Gambar 10. Hubungan konsentrasi TiO2 dan nilai
kapasitansi membran.

100

10000

Frekuensi (Hz)
PSF control
PSF + TiO2 1%
PSf + TiO2 5%

PSF + TiO2 0.5%
PSF + TiO2 3%
PSF + TiO2 7%

Berdasarkan Gambar 9 maka semakin
bertambah nilai frekuensinya, nilai kapasitansi
yang terjadi pada membran semakin menurun.
Hal ini sesuai dengan pemodelan dari
Maxwell - Wagner yang menyatakan bahwa
nilai kapasitansi semakin menurun secara
eksponensial ketika frekuensinya meningkat.
Dengan demikian, adanya bahan
dielektrik diantara plat kapasitor akan
menimbulkan
muatan-muatan
yang
memperlemah medan listrik. Akibatnya
muatan dalam kapasitor semakin berkurang
dan kemampuan kapasitor untuk menyimpan
muatan semakin kecil.22
Dengan adanya peningkatan frekuensi
akan mengakibatkan gelombang yang
ditransmisikan setiap detiknya semakin
banyak. Pada grafik, membran polisulfon
yang didadah TiO2 dengan konsentrasi 5%
memiliki nilai kapasitansi yang paling tinggi,
setelah itu kemampuan tersebut menurun dan
dilanjutkan
dengan
konsentrasi
1%,
konsentrasi
0,5%,
polisulfon
kontrol,
konsentrasi 7%, dan yang terendah pada 3%.
Selain itu, grafik tersebut menunjukan
penurunan nilai kapasitansi yang tajam pada
frekuensi dibawah 1 kHz, namun pada
frekuensi diatas 1 kHz kapasitansi mengalami
penurunan yang landai dan kecil. Hal ini
dikarenakan kemungkinan nilai kapasitansi
memiliki perubahan yang signifikan pada
rentang frekuensi tersebut.

muatan menjadi menurun. Gambar 11
menunjukan pada frekuensi dengan rentang 10
kHz - 0,1 kHz mengalami pengurangan loss
coefficient yang tajam dan pada rentang diatas
1 kHz pengurangan yang terjadi cenderung
tidak ada perubahan sehingga lebih stabil.
Pada kasus ini, loss coefficient terbesar
juga terjadi pada konsentrasi 5%, setelah itu
menurun pada konsentrasi 0,5%, konsentrasi
7%, konsentrasi 1%, konsentrasi 3%, dan loss
coefficient terendah pada membran kontrol.
Pada membran kontrol memiliki
loss
coefficient
terendah dikarenakan pada
membran ini tidak didadah dengan TiO2
sehingga kemampuan kapasitor menyimpan
muatan tidak banyak kehilangan energi.

Loss Coefficient Membran Polisulfon
Dari enam sampel yang diamati faktor
kehilangan energi terhadap peningkatan
frekuensi, loss coefficient yang dihasilkan
semakin menurun. Hal tersebut dapat
dijelaskan berdasarkan persamaan 8 yang
menerangkan hubungan antara frekuensi
terhadap loss coefficient.
Semakin meningkat frekuensi maka
semakin banyak energi yang ditransmisikan
dan dikonversi menjadi panas. Penyebab
proses tersebut, akan berdampak pada
kemampuan kapasitor untuk menyimpan

Konduktansi Listrik Membran Polisulfon
Menurut model rangkaian membran
Maxwell – Wagner, konduktansi listrik
membran sangat tergantung pada frekuensi.
Saat frekuensinya rendah maka konduktansi
membran akan memiliki nilai minimum dan
saat frekuensinya besar maka konduktansi
juga semakin meningkat.
Hal ini juga terjadi jika membran
polisulfon yang didadah TiO2 dengan
konsentrasi semakin banyak maka membran
tersebut menjadi konduktif dan memiliki daya
hantar listrik. Pada Gambar 13 dapat dilihat

Gambar 11. Loss coefficient
frekuensi.

membran dan

Loss coefficient

3.5

frekuensi 20 Hz

3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0

0.5
1
3
5
7
Konsentrasi TiO2 (b/b) %

Gambar 12. Hubungan konsentrasi TiO2 dan nilai
loss coefficient.

9

10

Konduktansi (nS)

100000
10000
1000
100
10
1

100

10000

Frekuensi (Hz)
PSF control
PSF + TiO2 1%
PSF + TiO2 5%

PSF + TiO2 0.5%
PSF + TiO2 3%
PSF + TiO2 7%

Gambar 13. Hubungan konduktansi membran dan
frekuensi.

3500

frekuensi 20 Hz
Impedansi ( k )

Konduktansi (nS)

10000

rentang 1 kHz mengalami penurunan secara
tajam.
Dengan
adanya
penambahan
konsentrasi TiO2 semakin banyak maka
membran
yang
sebelumnya
bersifat
nonkonduktif akan menjadi konduktif yang
mempunyai daya hantar listrik yang besar,
sehingga elektron yang mengalir akan
semakin mudah ketika melewati membran dan
impedansi yang dihasilkan semakin kecil.
Lain halnya dengan data eksperimen,
dengan penambahan konsentrasi TiO2 5%
menunjukan impedansi yang paling rendah
dan
dimungkinkan
pada
penambahan
konsentrasi 5%, berada pada rentang frekuensi
resonansi sehingga
memiliki
nilai

1000
100
10

3000
2500
2000
1500
1000

1
0

0.5

1

3

5

500

7

0

Konsentrasi TiO2 (b/b) %

1

Gambar 14. Hubungan penambahan TiO2 dan
konduktansi membran.

Impedansi Listrik Membran Polisulfon.
Impedansi merupakan hambatan total
pada rangkaian listrik arus bolak - balik.
Berdasarkan Gambar 15 Penurunan impedansi
yang paling tinggi terjadi pada konsentrasi 7%
dan menurun pada konsentrasi 3%,
konsentrasi
0,5%,
polisulfon
kontrol,
konsentrasi 1%, dan yang paling rendah pada
konsentrasi 5%, hal tersebut berdasarkan
kenaikan frekuensi. Penurunan impedansi
pada frekuensi dengan rentang diatas 1 kHz
cenderung landai dan berada di bawah

PSF control
PSF + TiO2 1%
PSF + TiO2 5%

10000
PSF + TiO2 0.5%
PSF + TiO2 3%
PSF + TiO2 7%

Gambar 15. Hubungan impedansi membran dan
frekuensi.

Impedansi imajiner

0
-200 1
-400

10

100

1000

10000

-600
-800
-1000
-1200
-1400
-1600

Impedansi real
PSF control
PSF + TiO2 1%
PSf + TiO2 5%

PSF + TiO2 0.5%
PSF + TiO2 3%
PSF + TiO2 7%

Gambar 16. Model cole-cole untuk impedansi
membran polisulfon.
3000
Impedansi (kΩ)

bahwa konduktansi meningkat paling besar
terjadi pada konsentrasi 5% yang memiliki
kemampuan menghantarkan listrik paling
besar, dilanjutkan pada nilai konduktansi yang
menurun pada penambahan konsentrasi 7%,
konsentrasi 3%, konsentrasi 1%, konsentrasi
0.5%, dan yang paling rendah pada membran
kontrol.
Dari enam sampel pada Gambar 14
dengan frekuensi 20 Hz,
maka
jika
dibandingkan antara membran yang didadah
berbagai
konsentrasi
TiO2 dengan
membran kontrol, membran kontrol berada
pada nilai konduktansi yang paling rendah.
Karena pada membran ini tidak ada unsur
penambahan zat aditifnya sehingga membran
bersifat nonkonduktif.

100
frekuensi (Hz)

frekuensi 20 Hz

2500
2000
1500
1000
500
0
0 0.5 1
3
5
7
Konsentrasi TiO2 (%-b/b)

Gambar 17. Hubungan penambahan TiO2 dan
impedansi membran.

10

11

hambatan
yang
paling
kecil
dan
mengakibatkan impedansi yang dihasilkan
sangat
kecil
dibandingkan
dengan
penambahan konsentrasi yang lain. Dengan
perbedaan konsentrasi ini, dimungkinkan oleh
adanya batasan maksimum perbandingan
polisulfon dan konsentrasi TiO2.
Nilai impedansi dapat diperlihatkan
pada Gambar 16, bahwa membran tersebut
bersifat konduktif atau resistif yaitu dengan
menentukan impedansi real dan impedansi
imajiner yang disebut impedansi kompleks.
Nilai impedansi mutlak dapat diperoleh
dengan menentukan besarnya sudut fase
terhadap variasi frekuensinya.
Semakin besar frekuensinya maka
sudut fase yang dihasilkan semakin kecil dan
menghasilkan impedansi real besar serta
imajinernya semakin kecil. Perolehan hasil
eksperimen dari Gambar 16, pada konsentrasi
7% memiliki nilai impedansi kompleks yang
paling tinggi.

Dari seluruh grafik yang dihasilkan,
Pada rentang frekuensi dibawah 10 kHz, nilai
kapasitansi, loss coefficient, impedansi
menurun dengan tajam dan diatas rentang 10
kHz hasilnya cenderung stabil tidak ada
perubahan yang signifikan.
Saran
Para peneliti selanjutnya diharapkan
memperhatikan kondisi lapisan tembaga pada
plat kapasitor sudah tergores atau tidak,
karena berkaitan dengan data pengukuran.
Penelitian ini dapat dilakukan lebih lanjut
pada membran polisulfon dengan penambahan
konsentrasi TiO2 5% hingga 7%. Dalam
pembuatan membran diharapkan dilakukan
minimal 3 kali perulangan agar data yang
diperoleh lebih akurat. Pengujiannya dapat
dengan melakukan uji XRD, SEM, atau FTIR, karena pada konsentrasi 5% memiliki
sifat listrik yang spesifik.

DAFTAR PUSTAKA
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan satuan yang digunakan
bahw