Analisis Sifat Listrik Komposit Polimer-Zeolit Terhadap Penyerapan Gas Metanol dan Etanol

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1

TINJAUAN PUSTAKA

Penggunaan polimer telah banyak digunakan di berbagai hal, salah satunya
adalah karakterisasi polimer sebagai bahan polymeric chemiresistors yang
digunakan sebagai bahan gas sensor. Penggunaan polimer ini dapat
dijadikan sebagai bahan gas sensor dengan melakukan doping beberapa
senyawa aktif sehingga terbentuk komposit polimer. Perkembangan
komposit polimer ini telah banyak dilakukan penelitian dengan memberikan
pengisi sehingga terbentuk komposit polimer-filler.
Mineral-mineral seperti zeolit dan karbon teraktivasi sering
digunakan sebagai lapisan aktif dalam sintesa dan karakteristik material
sensor yang didesain untuk mendapatkan respon analisis elektrik yang
memiliki karakter high sensitivity dan high selectivity. Mineral zeolite dan
karbon teraktivasi ini memiliki karakter berupa penyerapan yang tinggi
untuk zeolit.

Polimer merupakan material non konduktif yang dapat menjadi
konduktif dengan menambahkan karbon aktif sebagai filler sehingga
terbentuk komposit polimer karbon. Komposit polimer-karbon mempunyai
resistansi berubah apabila terkena gas. Konduktifitas komposit polimerkarbon sebagai sensor gas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu Jenis gas
yang dideteksi, volume gas, suhu dan kelembaban. Untuk mengetahui
karakteristik sensor komposit polimer-karbon, telah dibuat sensor polimer
dari 6 jenis bahan, yaitu: PEG 6000, PEG 20M, PEG 200, PEG 1540,
silicon dan squelene. Jenis gas yang diuji, yaitu: Aseton, Aseton Nitril,

Universitas Sumatera Utara

Benzena, Etanol, Metanol, Etil Aseton, Kloroform, n-Hexan dan Toluena.
(Gunawan et.al 2012)
Penelitian mengenai komposit polimer-senyawa aktif telah pula
dilakukan oleh D. Kumar. Penggunaan polimer konduktif terkonjugasi yang
didesain sehingga terbentuk layer aktif dari polimer konduktif dengan
proses elektrokimia biosensor berupa transfer elektron sehingga terbentuk
kondisi polimer dengan senyawa-senyawa aktif berupa anion dan kation. (D.
Kumar 2006)
Kemudian, penggunaan polimer sebagai pendeteksi gas-gas kimia

yang menguap juga telah menghasilkan karakteristik yang diinginkan. Hal
tersebut juga tampak dari kemampuan dari komposit polimer tersebut dalam
mendeteksi beberapa konsentrasi dari molekul-molekul gas terhadap
permukaan komposit polimer. Penelitian adanya hubungan secara linier
antara energi bebas dengan interaksi yang interaktif berupa penyerapan
molekul gas yang diuapkan melalui interaksi disperse, induksi dipol dan
interaksi yang terjadi antara dua kutub (muatan), dan interaksi antara ikatan
hidrogen. (J. W. Grate 2001)
Penggunaan polimer konduktif seperti polypyrrole, polyaniline,
polythiophene dan turunan polimernya juga digunakan sebagai layer aktif
dalam sintesis material sensor sebagai material gas sensor dengan proses
sintesis secara kimia maupun elektrokimia yang didoping melalui reaksi
redoks atau protonasi. Material ini cenderung akan memiliki senyawasenyawa aktif. Material ini juga memiliki daya sensing yang relatif tinggi
dalam waktu yang rendah. (Huai Bai dan Gaoquan Shi 2007)
Penggunaan komposit polimer-senyawa aktif juga telah dilakukan
melalui polimer terkonjugasi yang memiliki hubungan berupa interaksi
antara penerima elektron dan donor elektron. Komposit polimer-karbon
aktif ini memiliki karakteristik sebagai material transduser-aktif yang
memiliki karakteristik sensing terhadap nitrogen yang telah diuapkan
sehingga terbentuk material sensing yang atraktif. (Liming Dai 2002)

Universitas Sumatera Utara

Zeolit yang juga merupakan mineral yang dapat diaktivasi juga telah
digunakan sebagai bahan doping untuk komposit polimer makro/ quasi
mikroelektroda. Proses ini melalui epoksi graphite dan dimodifikasi melalui
komposit zeolite-epoksi grafit sebagai quasi-mikroelektroda. Karakteristik
yang didapat berupa tingginya sensitivitas dan selektvitas dari material ini
sehingga dapat digunakan sebagai sensor polimer komposit. (Elida et al
2013)
Senyawa nitroaromatik juga dapat dideteksi melalui penelitian
pembuatan sensor polimer yang berfungsi sebagai sensor ledakan dari
senyawa-senyawa nitroaromatik. Senyawa nitromaromatik yang dideteksi
adalah trinitrotoluena melalui sensor polimer yang didoping dengan partikel
karbon yang dilapisi dengan berbagai macam polimer organik. Proses
pendeteksi ini terlihat dari interaksi antara polimer sensor ini dengan
senyawa trinitrotoluena yang diadsorpsi oleh lapisan polimer-karbon aktif.
(Sarah J. Toal dan William C. Trogler 2006)

2.2

POLIMER

2.2.1

Polimer Konduktif

Kebanyakan dari jenis polimer merupakan insulator. Insulator merupakan
material yang tidak mampu untuk menghantarkan listrik. Tetapi, tidak
semua jenis polimer merupakan material insulator. Ada beberapa jenis
polimer yang dapat menghantarkan muatan elektron. Pada dasarnya, plastik
(contoh

polimer

paling

umum)

diketahui

polimer

tidak

dapat

menghantarkan listrik. Namun, ketika polimer tersebut didoping atau
dirusak, maka polimer tersebut akan memiliki sifat semikonduktor. Sebut
saja seperti grafit yang juga disebut sebagai salah satu jenis polimer. Grafit
memiliki sifat mampu menghantarkan listrik. Hal tersebut dikarenakan
adanya struktur dari grafit yang mampu menghantarkan listrik, dan ini
disebut dengan sistem terkonjugasi. Hal ini disebut dengan polimer
terkonjugasi.

Universitas Sumatera Utara

Polimer merupakan senyawa kimia yang memiliki rantai berulang
dari atom yang panjang, secara struktural senyawa kimia polimer ini
terbentuk dari pengikat yang berupa molekul yang sama atau identik.

Molekul yang sama ini disebut dengan monomer. Sekalipun biasanya
merupakan senyawa organik (yaitu senyawa yang memiliki rantai karbon),
ada juga jenis polimer yang inorganik. Secara umum polimer didefenisikan
sebagai substansi yang memiliki lebih dari molekul-molekul tersebut. Salah
satu contoh yang paling umum dari jenis polimer ini adalah plastik.
Polimer bukan saja berfungsi sebagai salah satu material yang
diinginkan sifat kekuatan mekanis-nya. Polimer juga sering digunakan
sebagai matrix dalam proses pembuatan komposit. Matrix berarti polimer
dapat berfungsi juga sebagai pengikat. Artinya dalam penggunaannya
polimer memiliki fungsi tertentu juga. Sebenarnya polimer terdiri dari
banyak kelas material yang memiliki fungsi seperti bukan saja pengikat
melainkan juga memiliki sifat kekuatan yang baik juga.
Dalam penelitian ini jenis polimer yang digunakan adalah polimer
polietilen glikol PEG 6000. Secara mendasar polietilen sering disingkat PE
adalah senyawa material termoplastik yang digunakan secara luas oleh
banyak orang. Secara kimiawi PEG merupakan jenis polimer sintetik yang
larut dalam air dan memiliki kesamaan struktur kimia. Beberapa sifat utama
dari PEG adalah stabil, tersebar merata, mudah menguap dan dapat
mengikat pigmen. Oleh karena itu, PEG sering digunakan dalam industri
pangan, kosmetik dan farmasi (obat-obatan).

Polimer terkonjugasi sering dimanfaatkan dalam sistem optik dan
elektrik sensor. Dalam arti, polimer terkonjugasi atau polimer konduktif
dapat digunakan sebagai bahan sensor untuk mendeteksi dengan
menggunakan sifat optis, elektrokimia dan konduktif. Polimer konduktif
merupakan polimer yang unik karena memiliki karakteristik yang dapat
diubah ketika diberikan doping. Beberapa jenis dari polimer terkonjugasi ini
dapat dijumpai pada jenis polimer berupa poly(fluorene)s, poly(phenylene

Universitas Sumatera Utara

vinylene)s, poly(phenylene ethynelen)s, dan poly(thiophene)s, dan poly
(ethleyene glycol)s.
Poli Etilen merupakan salah satu jenis polimer yang mudah didapat
dan harganya terjangkau. Penggunaan polyethylene di Indonesia hanya
digunakan sebagai bahan pembuatan kosmetik dan obat-obatan di bidang
farmasi. Namun, penggunaannya secara ilmu kimia dan fisika masih jarang
untuk digunakan. Oleh karena itu, penulis melakukan penelitian
menggunakan poly ethylene glycol yang merupakan salah satu jenis polimer
konduktif dan didoping dengan zeolit teraktivasi sehingga dihasilkan
komposit polimer konduktif dengan tujuan untuk mendeteksi gas-gas yang

mampu diserap oleh zeolit sebagai layer aktif dan adsorbent.
Telah diketahui bahwa senyawa polietilen glikol merupakan
senyawa polimer terkonjugasi. Dalam situsnya, Wikipedia.org menuliskan
mengenai polimer terkonjugasi, yaitu 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 (terkadang dua) atom lain.
Polyethylene glycol juga sering digunakan di dalam aplikasi farmasi
dan biomedis. Senada dengan hal tersebut, Anushree Datta dalam thesisnya
mengemukakan bahwa polietilen glikol memiliki gugus monomer
hydrophilic yang memiliki kelebihan yang berbeda dalam fabrikasi dan
aplikasi dari hidrogel. Material ini saat ini sering digunakan untuk
penggunaan obat-obatan, enkapsulasi dan sebagai promoters dari adesi
polyethylene glycol. Sifat unik dari PEG banyak digunakan dalam beberapa
hal.

PEG

tidak

beracun,

sehingga

sangat

efektif

dalam

proses

pemanfaatannya dalam pembuatan komposit polimer-zeolit. Tidak memiliki
efek samping, dengan demikian PEG telah dimanfaatkan dalam berbagai
variasi termasuk pada bidang medis, termasuk obat-obatan.
Pelapisan polimer dalam penggunannya banyak digunakan dalam
pembuatan komposit. Dalam kebanyakan proses pengeringan kimia, jumlah

Universitas Sumatera Utara

polimer yang digunakan untuk itu, lebih dari 95 persen dari strip. Polimer
oleh karena itu, penting dan harus dipilih dengan hati-hati. Usmani dan
rekan kerjanya telah menghubungkan kimia Polimer untuk biokimia, dan
yang telah menyebabkan pemahaman lebih baik dan peningkatan
pengeringan kimia. Pertimbangan-pertimbangan umum sering menjadi
permasalahan dalam proses pengeringan.
Pengikat polimer diperlukan untuk memasukkan komponen kimia
dalam bentuk lapisan atau impregnasi. Matriks reagen harus hati-hati dipilih
untuk

mengurangi

atau

menghilangkan

bebas-keseragaman

dalam

konsentrasi reagen karena tidak tepat pencampuran, menetap, atau ketebalan
lapisan yang tidak seragam. Oleh karena itu, larutan berbasis emulsi polimer
dan polimer yang mudah larut dalam air secara ekstensif sedang digunakan.
Polimer harus hati-hati disaring dan dipilih untuk menghindari
gangguan dengan kimia. Sifat polimer, seperti, komposisi, kelarutan,
viskositas, konten yang solid, surfaktan, sisa inisiator, film pembentuk suhu
dan ukuran partikel harus dipertimbangkan dengan cermat. Secara umum,
polimer harus baik, ketebalan dan adhesi yang baik untuk mendukung
substrat. Selain itu, seharusnya tidak atau banyak cara untuk menangani
tujuan tersebut, selama pembuatan strip. Matrix yang dilapisi atau
impregnasi harus memiliki ukuran porositas yang diinginkan yang
memungkinkan sehingga analisis penetrasi yang diukur serta memiliki gloss
yang diinginkan, pembengkakan karakteristik, dan permukaan energetika.
Pembengkakan binder polimer atau dalam istilahnya disebut dengan
“Swelling Effect” dikarenakan penyerapan sampel cair mungkin terjadi
karena

dalam

proses

pembuatannya

terkontaminasi

dan

tidak

menguntungkan terhadap sistem. Emulsi polimer memiliki keuntungan yang
berbeda atas polimer yang mudah larut, karena berat molekul tinggi, sifat
mekanik yang unggul, dan potensi untuk penyerapan enzim. Polimerik
Binder digunakan dalam multi lapisan mencakup berbagai emulsi polimer.

Universitas Sumatera Utara

2.2.2

Polimer untuk gas sensor

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, penggunaan poly ethylene sebagai
salah satu jenis polimer konduktif dapat digunakan sebagai bahan pembuat
sensor. Namun, dalam penelitian ini, material polimer didoping dengan
menggunakan zeolit yang teraktivasi. Penggunaan zeolit sebagai layer aktif
dalam salah satu dasar pembuatan sensor merupakan hal yang sering
dilakukan. Namun, di Indonesia hanya digunakan sebagai salah satu bahan
kosmetik dan obat-obatan. Disamping itu, pemanfaatan zeolit hanya sebatas
sebagai penyerapan secara kimia.
PEG merupakan salah satu jenis polimer yang memiliki sifat toksik
yang kecil sehingga dapat digunakan dalam beberapa hal industri farmasi.
Polimer jenis ini juga sering digunakan sebagai pelumas dalam pelapisan
permukaan dalam suasana larutan dan lingkungan non-larutan. Sehingga
PEG disebut dengan polimer yang fleksibel, polimer yang mudah larut
terhadap air dan kemudian dapat digunakan sebagai surfaktan juga. Struktur
PEG ditunjukkan pada gambar 2.1 di bawah

Gambar 2.1 Struktur PEG
Sensor gas pada dasarnya sering menggunakan polimer konduktif
seperti poly aniline (PANI), poly pyrrole (PPY) dan Poly Ethylene (PE)
sebagai layer aktif dari sensor yang dibuat. Telah diketahui bahwa, jenis
polimer ini secara ideal memiliki ikatan ganda yang terkonjugasi dilihat dari
strukturnya. Hal ini mampu membuat, jenis polimer ini memiliki
konduktivitas listrik. Walaupun tidak sebesar jenis material konduktor
lainnya, jenis polimer ini apabila dilakukan doping akan menghasilkan
konduktivitas listrik yang mampu dijadikan sebagai bahan sensor. Namun,
dalam penelitian ini, layer aktif didukung oleh dua jenis material yaitu zeolit

Universitas Sumatera Utara

dan polimer yang memiliki sifat konduktif dan mampu dijadikan sebagai
pengikat. (Johannes Karl Fink 2012)

2.3

MATERIAL KOMPOSIT

Material komposit adalah bahan yang diperoleh melalui kombinasi bahan
yang berbeda untuk mencapai sifat yang masing-masing bahan tidak ada.
Material komposit dibuat bertujuan untuk menciptakan bahan komposit
yang memiliki sifat-sifat yang berasal dari bahan pembuatnya. Bahan
komposit dibuat melalui cara yang berbeda, ada yang mengalami reaksi
secara alami, perubahan fasa atau melalui fenomena lainnya. Contohnya
adalah serat karbon yang diperkuat oleh polimer. Pembuatan material
komposit dapat disesuaikan dengan mencari bahan-bahan yang diinginkan
sifatnya dan diperkuat dengan sifat bahan yang diinginkan. Oleh karena
sifatnya yang memiliki karakteristik tertentu, komposit merupakan material
rekayasa yang paling komersial.
Material komposit sering dibuat dengan menggabungkan dua jenis
bahan yaitu, pengisi atau filler dan pengikat atau polymer matrix. Filler pada
umumnya sering digunakan serat yang bertujuan untuk mendapatkan sifatsifat tertentu, sedangkan polimer bertujuan bukan hanya sebagai pengikat
melainkan sifat yang diinginkan juga digunakan.
Kebanyakan pembuatan bahan komposit hanya bertujuan untuk
mendapatkan berat yang lebih ringan, kekuatan yang lebih tinggi, tahan
terhadap korosi dan memiliki biaya pembuatan yang murah. Secara umum,
komposit dibuat untuk mendapatkan material yang memiliki karakteristik
dari kekuatan mekanis yang tinggi dengan biaya yang murah. Padahal,
kemampuan material komposit bukan hanya pada bidang kekuatan mekanis,
melainkan bisa juga digunakan dalam material listrik. Hal ini yang menjadi
daya jual dalam perkembangan material komposit sebagai salah satu
material pengganti logam yang sifatnya konduktif.
Rekayasa material komposit sebagai bahan pengganti material listrik
sekarang ini telah banyak digunakan. Dengan mengambil konsep komposit

Universitas Sumatera Utara

konduktif membentuk material elektrik yang banyak kita kenal sekarang ini.
Konsep ini sering kita jumpai dalam material seperti sensor. Perkembangan
ini dapat kita lihat pada begitu banyaknya jenis sensor yang telah dibuat
seperti cadmium-sulfida yang dijadikan sebagai bahan sensor cahaya;
carbon nano tube yang sering dijadikan sebagai bahan pengganti konduktor;
serat karbon yang juga memiliki sifat mekanik dan elektrikal yang baik.
Sifat komposit pada penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan
sensor yang merupakan jenis material semikonduktor. Disinggung dari segi
materialnya, sensor yang yang dibuat berdasarkan komposit yang berasal
dari kombinasi polimer dan zeolit. Polimer yang digunakan merupakan
polimer etilen glikol dengan sebutan PEG sebagai matrix dan zeolit aktif
sebagai pengisi atau filler. Filler yang digunakan berupa serat partikel
dengan ukuran 100 mesh. Maka, komposit yang akan dibuat akan
menghasilkan sifat semikonduktor yang seperti diinginkan.

2.3.1

Komposit dengan Matrix Polimer

Komposit merupakan kombinasi dari beberapa material yang berbeda secara
komposisi, dimana masing-masing material yang dikombinasikan memiliki
perbedaan satu sama lain. Perbedaan ini ketika dikombinasikan justru
membentuk sifat yang diinginkan, sebut saja seperti sifat listrik, sifat
mekanik dan beberapa sifat lainnya dari bagian komposit. Material
komposit dibuat terdiri dari dua atau lebih material yang berbeda fasa.
Material tersebut berupa material pengisi dan pengikat atau matrix. Matrix
pada komposit merupakan bagian terpenting dalam pembentukan komposit
yang diinginkan. Biasanya matrix yang digunakan untuk komposit adalah
material yang tidak terlalu keras, seperti polimer.
Umumnya, dalam pembuatan komposit komersil, penggunaan
matrix polimer sering digunakan. Istilah umum untuk matrix polimers ini
sering disebut dengan larutan resin. Saat ini, telah begitu banyak jenis
polimer yang dijadikan matrix sebagai bahan baku pembuatan material
tergantung dari jenis komposit yang ingin dibuat. Begitu banyak jenis

Universitas Sumatera Utara

polimer yang telah dijadikan matrix dalam pembuatan komposit seperti
polyester, vinil ester, epoksi, polietilen glikol, polipropilen dan lain
sebagainya. Sedangkan, pada komposit, material yang ditambah atau disebut
filler sering disebut dengan serat atau fibre. Namun, tidak hanya serat yang
digunakan seperti serat tumbuhan tetapi batu-batuan alam berupa mineral
juga sering digunakan.
Komposit yang terdiri dari matrix polimer dan mineral alam sangat
populer saat ini. Pengembangan komposit tipe ini sedang dikembangkan,
sebut saja seperti serat karbon yang memiliki aplikasi yang banyak. Hal
tersebut dikarenakan, dalam pembuatan komposit tidak terlalu mahal
biayanya dan metode pembuatannya sangat mudah. Disamping itu, produk
komposit yang dihasilkan memiliki keuntungan. Keuntungan tersebut
ditinjau dari karakteristik yang bagus, antara lain:
1.

Kekuatan khusus tinggi

2.

Kekakuan khusus tinggi

3.

Ketahanan fraktur tinggi

4.

Ketahanan abrasi baik

5.

Ketahanan impak baik

6.

Ketahanan korosi yang baik

7.

Ketahanan fatigue yang baik

8.

Biaya yang murah

Dalam penelitian ini, kombinasi mineral alam zeolit yang merupakan
mineral aluminum silikat dengan matrix polimer polyethylene glycol
memiliki keuntungan. Disamping harganya yang terjangkau dan metode
fabrikasinya yang mudah, karakteristik yang didapat juga menguntungkan.
Keuntungan tersebut berupa kombinasi dari karakteristik dari zeolit dan
matrix polyethylene glycol. Karakteristik yang didapatkan pada penelitian
ini nantinya berupa:

Universitas Sumatera Utara

1. Sifat zeolit sebagai penyerap
2. Sifat polyethylene glycol sebagai pengikat
3. Sifat kombinasi berupa penyerapan yang dapat dibaca secara
digital
Keuntungan dari matrix

polimer komposit ini

dihasilkan karena

polyethylene glycol merupakan jenis polimer terkonjugasi yang memiliki
kekuatan yang tinggi dalam ikatan intramolekuler. Sehingga, keuntungan
lainnya berupa bisa diaplikasikan sebagai material yang mampu menahan
suhu dan tekanan tertentu. Sehingga dapat digunakan sebagai komposit
polimer konduktif.

2.3.2

Karakteristik resistivitas listrik komposit

Arus listrik ( I dengan satuan ampere, A) didefenisikan sebagai banyaknya
jumlah arus (dalam coulomb, C) yang mengalir melalui luas penampang per
satuan waktu. Maksudnya arus adalah jumlah muatan bukan besar muatan.
Dengan demikian, arah arus adalah sama dengan aliran muatan positif dan
berlawanan dengan arah aliran muatan negatif. Maka, dengan jumlah arus
yang melewati luas permukaan disebut dengan rapat arus yang disimbolkan
dengan J yaitu jumlah arus per luas penampang per satuan unit waktu.
Satuan dari rapat arus adalah Ampere/

.

Adanya arus yang lewat dalam suatu material menunjukkan adanya
muatan yang bergerak sehingga terjadi beda potensial atau tegangan.
Muatan yang bergerak ini disebut dengan muatan pembawa atau disebut
dengan carriers of electricity. Konsentrasi muatan pembawa didefenisikan
sebagai jumlah dari muatan pembawa per satuan volume (dengan satuan
−

).
Material konduktor merupakan material yang memiliki jumlah

muatan pembawa yang banyak. Sehingga, dalam hal ini muatan pembawa
dialihkan kepada elektron (electron carrier). Sedangkan dalam material
semikonduktor elektron dan holes atau lubang elektron memiliki peranan

Universitas Sumatera Utara

penting dalam proses terjadinya arus listrik yang lewat. Sehingga dalam
konteks semikonduktor, lubang-lubang yang kekurangan elektron akan diisi
oleh elektron yang lewat. Maka, secara matematis, arus listrik berupa

=

2.3.1

Dimana n merupakan jumlah dari muatan yang dibawa, muatan elektron
bernilai

= , ×

− 9

. Dengan menurunkan persamaan 2.3.1 terhadap

kecepatan elektron dalam satu detik per luas penampang, akan didapat rapat
arus berupa

=

�

=

2.3.2

Dengan melakukan perbandingan dari persamaan muatan listrik berupa
= � , maka persamaan 2.3.2 dapat diturunkan sebagai
�

=

�

2.3.3

Dimana, nilai rapat arus per satuan medan listrik dikenal dengan sebutan
konduktivitas listrik yang disimbolkan dengan �. Sehingga dapat

didefenisikan

�=

2.3.4

Dari persamaan diatas maka, nilai � = /� dimana � = merupakan
resistivitas atau hambatan jenis dari suatu material. Dan satuan dari
konduktivitas listrik adalah � =

⁄ Ω

Dalam penelitian ini, karakteristik komposit sebagai salah satu

bentuk bahan semikonduktor dapat dilakukan. Melalui persamaan 2.3.3
dapat dicari hambatan jenis dari bahan polimer semikonduktor. Karakteristik
hambatan jenis ini menjadi salah satu acuan dalam menentukan apakah
material komposit ini layak untuk dijadikan bahan sensor. Melalui
persamaan 2.3.4 didapat hubungan antara � = / dengan satuan

dalam SI yaitu

/

.

Ω

atau

Universitas Sumatera Utara

Maka, persamaan yang didapat berupa

=�

�=

��

Dengan mengetahui bahwa nilai � =

disubstitusi, menjadi

�=

2.3.6

= /�, maka persamaan diatas dapat

�

�

2.3.5

�

=

�

=

�
��

=

��

2.3.7

Dengan menganggap nilai � = / dan pada persamaan sebelumnya telah
diketahui bahwa nilai dari / = / yang berarti rapat arus persatuan luas.
Maka, dengan mengambil parameter ini dapat dihitung konduktivitas listrik
melalui persamaan

�

2.4 MINERAL ZEOLIT

=

��

→ =

��

2.3.8

Istilah zeolite merujuk pada jaringan polimer anorganik tiga dimensi dari
keluarga Kristal alumina silikat. Material ini terbentuk dari tetrahedral
,

yang saling berhubungan melalui penggunaan bersama atom

oksigen. Stoikiometri zeolite dinyatakan dengan rumus umum,
�

+

−

�]

[

(1)

.�

Dalam hal ini x menyatakan rasio atomic Si:Al. Kisi ekstra kation
+

seperti

+

,

+

,

+

,

+

]+ diperlukan sebagai

dan [

kompensasi muatan. Zeolit ditemukan secara alami, tetapi dapat pula

disintesis secara hidrotermal dari campuran kuat sodium silikat, aluminium
hidroksida, dan bahan organik. Rangka zeolite terbentuk melalui
penggunaan bersama sudut
gambar 2.2 berikut

−

dan

−

tetrahedral ditunjukkan pada

Universitas Sumatera Utara

Alu i iu
Silikat
Pori-Pori Zeolit

Gambar 2.2 Struktur zeolit
Gambar 2.2 memperlihatkan struktur faujasite sebagai representasi dari
zeolite-X dengan rasio Si:Al = 1, dan zeolite-Y dengan rasio Si:Al= 2.5.
Pada gambar tersebut atom-atom Si dan Al terletak pada sudut-sudut puncak
(vertices) dan atom-atom O menempati garis segmen yang menghubungkan
puncak-puncak struktur.
Sintesis zeolite bergantung pada penggunaan material dasar yang
sangat reaktif, pH, dan derajat saturasi yang tinggi. Material dasar yang
demikian akan menghasilkan inti (nuclei) dalam jumlah yang banyak pada
temperature yang relative rendah. Pada umumnya proses formasi zeolite
dilakukan dengan teknik sol-gel. Salah satu prosedur formasi zeolite yang
dapat dijelaskan sebagai berikut. Bahan yang mengandung Al dilarutkan di
dalam larutan alkali tinggi sodium silikat dan membentuk gel alumina
silikat gel. Kristalisasi umumnya dilakukan pada suhu antara 100-180
derajat celcius selama beberapa jam hingga beberapa hari. Selama proses
tersebut fase amorf mengalami disolusi dan rekonstruksi secara terusmenerus hingga fase Kristal mulai tumbuh.
Kandungan silika di dalam zeolite merupakan parameter penting
yang menentukan tingkat keasaman, rapat massa, dan daya tahan termal
zeolite. Dewasa ini lempung alumina silikat banyak dipakai untuk
memproduksi zeolite dengan kandungan silica yang tinggi. Sebagai contoh,
sintesi zeolite A diperoleh dari prosedur hidrotermal kaolin (atau

Universitas Sumatera Utara

metakaolin) di dalam larutan alkali yang kuat dan direaksikan pada suhu
100 derajat celcius. Reaksi pembentukan zeolite ini diperlihatkan menurut
persamaan berikut:

.

.

+

→

.

.

+

(2)

Seperti yang akan dijelaskan kemudian, berbeda dengan geopolimer, sains
zeolite telah berkembang sejak 40 tahun yang lalu, dan manufaktur dalam
skala besar untuk menghasilkan resin pertukaran ion, saringan molekul,
sorben, dan katalis dapat ditemukan di banyak tempat. Namun demikian,
penggunaan atau aplikasi zeolite masih terbatas disebabkan oleh sifat
mekaniknya yang buruk serta sangat sensitif terhadap tingkat keasaman
lingkungan.
Penggunaan zeolit sebagai salah satu superadsorben menjadi satu
alasan bagi para akademisi untuk memanfaatkannya sebagai salah satu
bahan detektor atau sensor. Zeolit sering digunakan dalam penjernihan air
dan gas, hal tersebut dilakukan zeolit sebagai adsorbent. Peranan zeolit
dalam proses penjernihan ini dapat dilakukan karena zeolit memiliki
karakteristik yang unik pada strukturnya. Zeolit merupakan batuan alam
yang mengandung mineral alumunium silikat yang memiliki pori-pori.
Pori-pori dalam zeolit berukuran dari

Å sampai

Å. Contohnya

zeolit A yang merupakan zeolit sintetik mempunyai ukuran rongga dengan
diameter

, Å. Faujasite dan modernite yang mempunyai ukuran pori

dengan diameter masing-masing sebesar . Å

. Å. Ukuran pori-pori

tersebut membuat zeolit memiliki karakteristik seperti saringan alam dengan

tingkat adsorbansi yang tinggi. Disamping itu, zeolit memiliki kemampuan

untuk mengikat ion-ion positif (ion exchange) sehingga dalam proses
penjernihan yang dilakukan oleh zeolit melalui dua karakteristik yang
dimilikinya yaitu:

Universitas Sumatera Utara

a. Penyerapan dengan menggunakan pori-pori zeolit
b. Pertukaran ion dengan menggunakan interaksi antar ion
Aktivasi zeolit secara kimia dengan tujuan untuk membersihkan permukaan
pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang
dapat dipertukarkan. Proses aktivasi zeolit dengan perlakuan asam seperti
HCl dan H2SO4 pada konsentrasi 0,1 N hingga 1 N menyebabkan zeolit
mengalami dealuminasi dan dekationisasi yaitu keluarnya Al dan kationkation dalam kerangka zeolit.
Ion exchange pada zeolit berkaitan pada absorbsi kimia yang
memiliki interaksi kimia dengan permukaan katalis dengan partikel reaktan.
Zeolit memiliki 2 sisi aktif yang bisa melakukan adsorbsi sekaligus
perturakan ion. Sisi aktif tersebut adalah sisi aktif Bronsted dan sisi aktif
Lewis. Dimana pada zeolit mekanisme Bronsted dan Lewis terjadi karena
adanya donor proton dan aceptor proton. Secara reaksi kimia seperti
dibawah ini
+

⇌

+

⇌

−

�

+

+

+

(4)

�

(3)

Interaksi kimia ini akan membentuk sebuah interaksi antara kation dan
anion yang akhirnya akan menunjukkan pertukaran ion (ion exchange).
Umumnya, zeolit alam mengandung ion-ion logam golongan IA dan IIA
seperti litium, natrium dan kalsium. Sehingga secara sistem periodik unsur
keelektropositipan dari reaktan bisa bertukar kation dengan kation-kation
yang terikat pada zeolit sehingga disebut sebagai pertukaran ion.
Aktivasi

asam

menyebabkan

terjadinya

dekationisasi

yang

menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena berkurangnya
pengotor yang menutupi pori-pori zeolit. Luas permukaan yang bertambah
diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam proses penyerapan.
Pada penelitian ini peneliti menggunakan H2SO4 untuk mengaktivasi zeolit
alam yang bertujuan untuk membersihkan pori-pori zeolit. Meningkatnya

Universitas Sumatera Utara

kemampuan penyerapan zeolit akan memungkinkan zeolit dalam menyerap
jenis gas yang diuji.
Tingginya kandungan Al dalam kerangka zeolit menyebabkan
kerangka zeolit sangat hidrofilik. Sifat hidrofilik dan polar dari zeolit ini
merupakan hambatan dalam kemampuan penyerapannya. Proses aktivasi
dengan asam dapat meningkatkan kristalinitas, keasaman dan luas
permukaan. Setiap oksigen dalam ikatan ini cenderung akan mengikat
membentuk

−

+

atau gugus silanol yang bersifat polar. Ion hidrogen pada

gugus hidroksil ini siap dipertukarkan dengan kation lain. Pada keadaan
netral atau agak asam, dapat terjadi hidrolisis akan menyebabkan kenaikan
pada pH dengan reaksi :
−

+

→

+

−

(5)

Keadaan yang demikian akan menyebabkan kapasitas pertukarannya
meningkat. Maka, dengan keadaan zeolit yang memiliki pori-pori dan ionion negatif dalam strukturnya membuat penulis memiliki hipotesa bahwa,
zeolit mampu digunakan sebagai bahan pendeteksi gas-gas yang bersifat
berbahaya.
Dalam penggunaannya, zeolit yang merupakan mineral alam dengan
struktur framework tiga dimensi dan menunjukkan sifat penukar ion dan
penyerapan sehingga menunjukkan potensi dalam pengolahan limbah gas.
Dengan mengambil sifat penyerapannya, zeolit dapat digunakan untuk
mengolah sekaligus mendeteksi logam dan beberapa jenis gas. Proses
penyerapan zeolit ini yang menunjukkan adanya sebuah sistem saringan
berlapis-lapis dalam struktur zeolit ini. Dalam situs resminya, BATAN
(http://batan.go.id) merilis penggunaan zeolit dalam bidang proses industri
sebagai berikut.
Berdasarkan sifat sorpsinya terhadap gas dan hidrasi molekul air,
zeolit dapat digunakan untuk proses pengeringan pada berbagai produk
industri. Molekul uap air dapat diserap sebanyak 8-10 gram dengan 100
gram klinoptiolit (jenis mineral zeolit) dibandingkan dengan 3 gram dan 1,2
gram oleh

dan gel silikat dengan berat yang sama pada kondisi 1,33

Universitas Sumatera Utara

atm dan

. Zeolit klinoptiolit yang diaktivasi pada suhu

−

selama 2-3 jam. Sebagai “drying agent” dari senyawa organic, zeolit juga
dapat digunakan antara lain:


Pada proses pemurnian metil khlorida dalam industri karet



Pemurnian fraksi alkohol, metanol, benzena, xylen, LPG dan LNG
pada industri petro-kimia



Untuk hidrokarbon propellents-fillers aerosol untuk pengganti freons



Penyerap klorin, bromin, dan fluorin



Untuk menurunkan humiditas ruangan

Disamping itu, penggunaan zeolit dalam proses penyerapan beberapa jenis
gas antara lain:


Gas mulia antara lain Ar, Kr, dan gas Helium



Gas rumah kaca seperti



Gas organic seperti
fraksi etana/ etilen

,

,

,

,

,

,

,

�

, termasuk pirogas dan



Pemurnian udara bersih yang mengandung Oksigen



Campuran filter pada rokok



Penyerapan gas dan penghilangan warna dari cairan gula pada pabrik
gula

Atas beberapa penggunaan tersebut dalam bidang katalis, sorben zeolit
biasanya digunakan akhir-akhir ini dalam industri petrokimia pada
proses isomerisasi, hidro sulforisasi, hydrocracking, hidrogenasi, reforming,
dehidrasi, dehidrogenasi, dan de-alkilasi, cracking paraffin, disportion
toluene/ benzene dan xylene. Namun, penggunaan zeolit sebagai salah satu
bahan pengisi dalam komposit masih jarang digunakan di Indonesia.
Penggunaan zeolit sebagai pengisi dalam pembuatan komposit penyerapan
gas dapat bermanfaat sebagai salah satu bentuk komposit pendeteksi jenis
gas tertentu.

Universitas Sumatera Utara

2.4.1

Adsorpsi Zeolit

Dalam proses pendeteksian, mineral zeolit mengambil proses berupa poripori zeolit yang mampu bersifat adsorpsi. Adsorpsi adalah proses dimana
molekul-molekul fluida menyentuh dan melekat pada permukaan padatan
(Nasruddin, 2005). Adsorpsi adalah fenomena fisik yang terjadi saat
molekul-molekul gas atau cair dikontakkan dengan suatu permukaan
padatan dan sebagian dari molekul-molekul tadi mengembun pada
permukaan padatan tersebut (Suryawan, Bambang 2004). Walaupun
adsorpsi biasanya dikaitkan dengan perpindahan dari suatu gas atau cairan
kesuatu permukaan padatan, perpindahan dari suatu gas kesuatu permukaan
cairan juga terjadi. Substansi yang terkonsentrasi pada permukaan
didefenisikan sebagai adsorbat dan material dimana adsorbat terakumulasi
didefenisikan sebagai adsorben (Hines, A.L dan Robert N. Maddox, 1985).
Zeolit merupakan salah satu material yang memiliki kemampuan
mekanisme adsorpsi. Proses adsorpsi pada zeolit melalui pori-pori tersebut
mengalami mekanisme bersentuhan sehingga terjadi suatu keadaan yang
disebut dengan adsorp dan desorp. Mineral zeolit mampu untuk
dikembalikan kepada keadaan awal. Yaitu dengan cara memberikan
temperatur yang tinggi sehingga partikel-partikel dalam pori-pori dapat
dibersihkan dan menjadi zeolit aktif kembali.
Menurut

Ferdinan

Delesev

Ginting,

Proses

adsorpsi

dapat

berlangsung jika suatu permukaan padatan dan molekul-molekul gas atau
cair, dikontakkan dengan molekul-molekul tersebut, maka didalamnya
terdapat gaya kohesif termasuk gaya hidrostatik dan gaya ikatan hidrogen
yang bekerja diantara molekul seluruh material. Gaya- gaya yang tidak
seimbang pada batas fasa tersebut menyebabkan perubahan-perubahan
konsentrasi molekul pada interface solid/ fluida. Untuk mengetahui
karakteristik yang terjadi dalam proses adsorpsi dapat diilustrasikan dengan
gambar 2.3 di bawah ini.

Universitas Sumatera Utara

Desorp/ melepaskan
Adsorptiv
e

Adsorbate

Adsorp/ menghisap

Gambar 2.3 Proses Adsorpsi Zeolit
Padatan berpori yang menghisap (adsorption) dan melepaskan
(desorption) suatu fluida disebut adsorbent. Molekul fluida yang dihisap
tetapi

tidak terakumulasi/

melekat

kepermukaan adsorben disebut

adsorptive, sedangkan yang terakumulasi/ melekat disebut adsorbat.
Padatan berpori dalam hal ini adalah mineral alumunium silikat yang
disebut dengan zeolit. Fenomena penyerapan oleh zeolit terutama
disebabkan karena adanya gaya Van der Waals dan gaya hidrostatik
sehingga atom yang diserap berada di permukaan sehingga tidak terjadi
yang

dinamakan

dengan

ikatan

kimia.

Proses

penyerapan

tanpa

menghasilkan reaksi atau ikatan kimia ini disebut dengan adsorpsi fisika.
Pada penelitian ini, adsorpsi fisika berupa partikel-partikel gas memasuki
pori-pori zeolit tanpa menghasilkan reaksi atau ikatan kimia. Pada dasarnya
zeolit merupakan adsorben yang mengadsorpsi secara fisik. Oleh karena itu,
ada beberapa hal yang mempengaruhi adsorpsi secara perpindahan kalor dan
perpindahan massa.
2.4.2

Faktor yang mempengaruhi adsorpsi

Pori-pori yang digunakan dalam proses penyerapan memiliki peranan
penting, hal tersebut tampak pada gambar 2.3 yaitu dengan adanya

Universitas Sumatera Utara

hubungan penyerapan dan pori-pori. Pori-pori pada zeolit seperti yang telah
diterangkan sebelumnya berkisar antar Å −

Å memiliki pengaruh dalam

proses penyerapan. Secara fisikal, proses penyerapan ini tentunya
dipengaruhi oleh adanya luasan dari pori-pori tersebut. Interaksi seperti gaya

van der waals yang terjadi. Oleh karena itu, daya adsorpsi dipengaruhi oleh
tiga faktor seperti yang diterangkan oleh Ferdinan Delesev Ginting (Bah et
al, 1997 dan Suryawan, Bambang 2004) yaitu:
1. Tekanan (P), tekanan yang dimaksud adalah tekanan adsorbat.
Kenaikan tekanan adsorbat dapat menaikkan jumlah yang
diadsorpsi.
2. Temperatur Absolut (T), temperatur yang dimaksud adalah
temperature adsorbat. Pada saat molekul-molekul gas atau
adsorbat melekat pada permukaan adsorben akan terjadi
pembebasan sejumlah energi yang dinamakan dengan peristiwa
eksotermis. Berkurangnya temperatur akan menambah jumlah
adsorbat yang teradsoprsi demikian juga untuk peristiwa
sebaliknya.
3. Interaksi Potensial (E), interaksi potensial antara adsorbat
dengan dinding adsorben sangat bervariasi, tergantung dari sifat
adsorbat-adsorben.
Disamping itu, faktor internal dari material adsorben juga berpengaruh
dalam proses penyerapan. Hal tersebut berdampak pada kemampuan
material dalam menghasilkan bentuk interaksi dalam proses penyerapan.
Oleh karena itu, material adsorbent selalu digunakan dalam bentuk
kemurnian yang tinggi. Proses pemurnia dengan cara tinggi dapat dilakukan
secara fisikal dan kimiawi. Dalam prosesi fisikal dapat dilakukan dengan
proses aktivasi dengan menggunakan suhu atau temperatur yang tinggi.
Sedangkan dalam proses kimiawi dilakukan dengan cara menambahkan zat
berupa pengasaman dalam proses pemurnian material adsorben dalam
penelitian ini. Hal ini merujuk pada penyerapan adsorben dipengaruhi oleh
volume yang dipakai, dan luas permukaan yang spesifik, sehingga
karakteristik yang dibutuhkan untuk adsorpsi yang baik, yaitu:

Universitas Sumatera Utara

1.

Luas permukaan adsorben. Semakin besar luas permukaan
maka semakin besar pula daya adsorpsinya karena proses
adsorpsi terjadi pada permukaan adsorben. Yaitu, pada poripori permukaan adsorben.

2.

Tidak ada perubahan volume yang berarti selama proses
adsopsi dan deadsorpsi

3.

Kemurnian adsorben. Adsorben yang memiliki tingkat
kemurnian tinggi, daya adsorpsinya lebih baik.

4.

Jenis/ gugus fungsi atom yang ada pada permukaan adsorben.
Sifat-sifat atom di permukaan berkaitan dengan interaksi
molekul antara adsorbat dan adsorben yang lebih besar pada
adsorbat tertentu1

2.5

MATERIAL KOMPOSIT POLIMER ZEOLIT

Material komposit zeolit merupakan material yang dibuat dalam penelitian
ini dengan tujuan mendapatkan dua sifat dari polimer terkonjugasi dan sifat
penyerapan dari zeolit. Pembuatan material komposit polimer zeolit
dilakukan dengan melarutkan matrix PEG 6000 menggunakan aquadest
kemudian dicampur dengan zeolit yang telah disediakan. Matrix PEG 6000
ini selain berfungsi sebagai pengikat juga berfungsi sebagai polimer
terkonjugasi.
Material komposit polimer-zeolit dapat didefenisikan sebagai
material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material yang dalam
proses pembentukannya melalui pencampuran yang tidak homogen. Artinya,
sifat dari masing-masing material yang dikombinasi memiliki sifat yang
berbeda. Dalam penelitian ini, zeolit yang merupakan mineral aluminum
silikat yang karakteristiknya seperti batu-batuan alam diambil sifat
penyerapan dari zeolit. Disamping, itu zeolit yang digunakan sebagai bahan
pengisi pada komposit polimer-zeolit ini, juga merupakan senyawa yang

1

Pe gujiaa Alat pe di gi , Ferdi a Delesev Gi i g, FT UI,

Universitas Sumatera Utara

mampu diaktivasi kembali. Sedangkan pada PEG 6000 digunakan sebagai
matrix yang juga memiliki karakteristik sebagai polimer terkonjugasi.

2.6

SENSOR

Dalam penggunaannya, sensor seringkali dijadikan sebagai device utama
dalam mendesain sebuah sistem. Sinyal analog yang dikonversikan ke
dalam sinyal digital merupakan syarat awal dalam fabrikasi sensor.
Sehingga, dalam proses fabrikasinya kemampuan dalam sifat analog digital
converter. Oleh karena itu, dalam fabrikasi sensor ada tujuh karakteristik
yang diperlukan untuk memenuhi syarat suatu material dikatakan sensor.

2.6.1

Sensor dan karakteristik

Sensor merupakan device yang digunakan untuk mentransformasi sifat-sifat
fisika menjadi sinyal elektrik. Atau dapat dikatakan sensor mampu mengkonversi sinyal-sinyal analog ke dalam sinyal digital. Sinyal analog yang
didapat dari sensor berasal dari pergerakan elektron ketika sensor tersebut
diberikan suatu ekspos.
Tom Kenny menuliskan syarat-syarat tertentu dalam meng-karakteristik
suatu material dikatakan sensor yaitu:


Fungsi transfer menunjukkan hubungan fungsional antara sinyal input
fisik dan sinyal keluaran listrik. Biasanya hubungan ini digambarkan
sebagai grafik yang menunjukkan hubungan antara input dan output
sinyal yang diberikan pada sensor yang kemudian rincian dari hubungan
fungsi transfer tersebut mungkin merupakan deskripsi lengkap tentang
karakteristik sensor.



Sensitivitas. Sensitivitas didefinisikan dalam hal hubungan antara sinyal
input fisik dan sinyal keluaran listrik. Hal ini umumnya rasio antara
perubahan kecil dalam sinyal listrik untuk perubahan kecil dalam sinyal
fisik. Dengan demikian, maka dapat dinyatakan sebagai turunan dari

Universitas Sumatera Utara

fungsi transfer sehubungan dengan sinyal fisik seperti tegangan dan
hambatan.


Span atau Dynamic Range. Merupakan interval sinyal input yang dapat
dikonversikan ke sinyal listrik oleh sensor disebut dengan Dynamic
Range. Sinyal di luar kisaran ini menyebabkan ketidaktelitian tidak
dapat diterima besarnya. Rentang atau jangkauan yang dinamis biasanya
ditentukan oleh pemasok sensor sebagai rentang di mana karakteristik
kinerja lainnya.



Akurasi atau Ketidakpastian. Ketidakpastian secara umum didefinisikan
sebagai kesalahan terbesar yang diharapkan antara sinyal output aktual
dan ideal.



Histeresis. Beberapa sensor tidak kembali ke nilai output yang sama
ketika stimulus input ke atas atau bawah. Lebar dari kesalahan yang
diharapkan dari segi kuantitas yang diukur didefinisikan sebagai
histeresis.



Nonlinieritas. Merupakan deviasi maksimum dari fungsi transfer linier
selama rentang dinamis yang ditentukan. Ada beberapa ukuran untuk
kesalahan ini. Yang paling umum adalah membandingkan fungsi transfer
aktual dengan garis lurus terbaik, yang terletak di antara dua garis sejajar
yang mencakup fungsi transfer keseluruhan selama rentang dinamis
tertentu perangkat.



Noise. Semua sensor menghasilkan beberapa output suara di samping
sinyal keluaran. Dalam beberapa kasus, noise dari sensor berasal dari
noise-noise yang ada pada komponen elektronik, atau kurang dari
fluktuasi sinyal fisik, dalam hal ini tidak penting.

Cahaya, tekanan, thermal, gas, adalah beberapa contoh ekspose yang sering
diberikan terhadap sensor tersebut. Dalam metode fabrikasi sensor, suatu
device dapat dikatakan sensor adalah apabila device tersebut memiliki 2 hal
penting sebagai penyusunnya yaitu substrat dan layar aktif. Layar aktif
merupakan jantung suatu material sensor.

Universitas Sumatera Utara

Pada saat sekarang ini, sensor difabrikasi dengan menggunakan
teknologi nano yang dapat menghasilkan kualitas sensor yang baik. Namun,
proses fabrikasi tersebut memakan banyak biaya sehingga para peneliti
dituntut untuk menghasilkan sensor yang memiliki kualitas yang baik.
Fabrikasi sensor sampai saat ini telah berkembang dengan pesat. Berikut
beberapa metode yang sering digunakan dalam proses fabrikasi sensor.


Electro chemical deposition.



Dip-Coating.



Spin-Coating.



Langmuir-Blodgett.



Layer by Layer self-assembly



Thermal evaporation.



Vapor Deposition Polymerization.



Drop-Coating.



Chemical Vapour Deposition.

Dengan begitu banyaknya metode fabrikasi sensor, maka telah begitu
banyak pengembangan dalam pembuatannya. Pada umumnya, metode yang
paling sering dan mudah digunakan adalah metode Drop Coating. Metode
ini merupakan salah satu metode yang mudah dan efektif sehingga dapat
dilakukan. Untuk itu, penulis pada tulisan ini mengutamakan metode
pembuatan sensor menggunakan metode drop coating.
Kemampuan zeolit dalam menyerap beberapa jenis gas membuat
mineral aluminium silikat dapat dijadikan sebagai layar aktif dalam metode
pembuatan sensor. Zeolit ini nantinya akan dilapisi secara drop coating ke
substrate tembaga yang ada pada papan PCB (Printed Circuit Board).
Huai Bai et all, menyatakan metode analisis senyawa organik yang
penting, seperti benzena, toluena dan beberapa senyawa organik yang
mudah menguap lainnya tidak reaktif pada suhu kamar dan dalam kondisi

Universitas Sumatera Utara

ringan. Oleh karena itu, sulit untuk dideteksi oleh reaksi kimia sehingga
dilakukan pendeteksian dengan polimer. Dengan bentuk struktur yang
berulang, maka zeolite yang juga polimer mampu berinteraksi dengan
senyawa-senyawa tersebut. Namun, senyawa tersebut mungkin memiliki
interaksi fisik lemah dengan polimer sehingga terjadi proses penyerapan.
Hal tersebut mengakibatkan pembengkakan/ efek swelling pada matriks
polimer. Interaksi ini tidak mengubah tingkat oksidasi pada polimer, tetapi
juga dapat mempengaruhi sifat-sifat bahan penginderaan dan membuat gas
terdeteksi. Pelapisan komposit ditunjukkan pada gambar 2.4 berikut:

Gambar 2.4 Pelapisan Komposit Polimer-Zeolit
Sesuai dengan gambar di atas, maka proses deteksi gas-gas tertentu akan
dapat dilakukan dengan adanya muatan listrik yang dialirkan. Bartlett’s
group menyajikan model dasar untuk sensor gas polimer yang terdiri dari
film tipis polimer yang uniform dilapisi di atas sepasang elektroda Coplanar
serta didukung oleh substrat isolasi. Oleh karena itu, kemampuan zeolit
sebagai adsorbent akan dipengaruhi oleh gas-gas yang diserap sehingga
tegangan pada mula-mula akan berubah seiring dengan jumlah dan jenis gas
yang diserap.
Atas dasar itu maka penulis melakukan penelitian ini dalam rangka
memanfaatkan zeolit yang merupakan batu-batuan alam yang banyak
dijumpai di Indonesia untuk dijadikan sebagai sensing materials.
2.6.2

Preparasi layar aktif dan komposit polimer

Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa, pada penelitian ini
zeolit yang juga merupakan salah satu polimer dengan gugus rantai

Universitas Sumatera Utara

alumunium silikat dapat digunakan dengan sebagai layer aktif. Hal tersebut
dibuktikan dengan kemampuan zeolit yang mampu menyerap gas dan sifatsifat listrik dipengaruhi oleh gas yang dilewati. Sifat tersebut berupa
kemampuan menyerap gas, kemampuan inilah yang dijadikan peneliti
sebagai layer aktif yang merupakan bagian penting pada karakterisasi sensor
dengan menggunakan drop coating.

2.6.3

Prinsip Sensing Zeolit

Perbandingan jumlah alumunium dan silikon dalam struktur zeolit biasanya
dapat secara efektif disesuaikan, dan dengan mengubah perbandingan
jumlah alumunium dan silikon pada zeolit, kapasitas pertukaran ion dan
konduktivitas, interaksi antara zeolit dengan molekul teradsorpsi, dan
memodifikasi sifat hidrofilik atau hidrofobik membuat struktur dan sifat
zeolit berubah. Beberapa interaksi tersebut dapat memberikan asumsi bahwa
zeolit berinteraksi dengan suatu senyawa sebagai adsorbent dan prinsip
pertukaran ion. Artinya, dengan dua kemampuan zeolit tersebut, sifat
sensing zeolite yang berasal dari adsorbent dapat digunakan sebagai layer
aktif untuk sensor yang akan dibuat.
Dengan struktur kimia yang sangat baik dan stabilitas termal baik,
zeolit dapat digunakan sebagai substrat untuk meng-karakteristik senyawa
dan perangkat yang diinginkan berupa sifat fisik dan kimia dasar. Misalnya
senyawa anorganik atau organik, logam dan logam-organik senyawa cluster
mereka dapat diserap ke dalam pori-pori dan struktur dalam zeolit. Beberapa
partikel berukuran nano oksida logam atau logam telah berhasil dimasukkan
ke dalam struktur dan pori-pori sehingga sangat tersebar pada permukaan
luar zeolit. Beberapa aplikasi dari bahan zeolit dapat dijadikan sebagai
sensor gas telah dikembangkan berdasarkan karakteristik yang disebutkan di
bawah ini


Sejumlah senyawa secara khusus mampu dideteksi dalam bentuk gas
melalui pori-pori zeolit , misalnya ruthenium (II) yang merupakan
senyawa kompleks dapat diserap zeolit karena memiliki super

Universitas Sumatera Utara

adsorbent. Hal ini membuat zeolit dapat dijadikan sebagai sebagai
sensor oksigen, kemudian dengan memasukkan metilen biru ke
dalam zeolit membuat zeolit dapat mendeteksi kelembapan ataupun
dengan mengkarakteristik LiCl menjadi zeolit sebagai sensor
kelembaban.


Rekontruksi zeolit pada struktur kristal kuarsa (permukaan-akustikgelombang, microcantilever, atau serat optik) untuk mendeteksi
beberapa gas dengan penyerapan selektif.



Perbedaan konduktivitas zeolit karena proses penyerapan beberapa
gas untuk membuat sensor berdasarkan pengukuran spektroskopi
impedansi.



Menempatkan zeolit ke sensor sebagai bahan filter untuk
meningkatkan selektivitas untuk beberapa molekul gas tertentu.



Perendaman zeolit ke beberapa bahan dapat membuat komposit
melakukan

karakterisasi

untuk

membuat

sensor,

seperti

konduktivitas polianilin yang dikomposisikan pada Zeolit memiliki
sifat responsif terhadap CO, sedangkan komposit SnO2-Zeolit
responsif terhadap hidrogen dan karbon monoksida.
2.7

Alkohol

Dalam ilmu fisika dan kimia, alkohol merupakan senyawa yang tergolong
mudah terbakar dan mudah menguap. Hal ini tampak pada penggunaan
alkohol yang sering digunakan sebagai bahan bakar dan pelarut dalam kedua
ilmu tersebut. Di ilmu kimia, alkohol merupakan senyawa organic yang
memiliki gugus fungsi hidroksil, yaitu

−

. Gugus tersebut berikatan

dengan atom karbon, sehingga secara umum, alkohol merupakan senyawa
hidrokarbon yang berikatan dengan gugus hidroksil. Khususnya pada
senyawa ini, hidro karbon berperan sebagai pusat dari susunan senyawa
alkohol yang pada suatu saat karbon akan tersaturasi. Sehingga atom karbon
dapat memiliki satu ikatan dan bahkan lebih dari satu ikatan yaitu 3 ikatan
dengan atom-atom yang lain.

Universitas Sumatera Utara

Hal penting yang perlu diketahui dari senyawa alkohol adalah
pengelompokan alkohol yang merupakan senyawa rantai lurus. Secara
umum, jenis kelompok alkohol yang sering dipasarkan adalah metanol dan
etanol, disamping itu penggunaan propanol juga umum dipasarkan karena
dimanfaatkan pada LPG. Maka, LPG bukan saja singkatan dari Liquid
Petroleum Gas melainkan Liquid Propanol Gas.
Penggunaan alkohol sering digunakan oleh manusia sebagai
minuman penghangat sejak dahulu. Begitu banyak variasi dari berbagai
jenis senyawa alkohol ini, sebut saja seperti metanol dan etanol. Variasi ini
terlihat dari penggunaan alkohol dengan fungsi masing-masing. Sebut saja
seperti untuk higienis dan medis. Alcohol memiliki sifat yang toksik, bukan
saja mudah menguap dan mudah terbakar. Sehingga dalam skala tertentu,
alkohol dapat menjadi senjata pemusna