Polimer konduktif

Polimer konduktif merupakan kelas baru dalam material elektronik yang mendapat perhatian luas pada dekade terakhir ini karena beberapa keunggulan dan potensi aplikasinya yang sangat luas. Penemuan polimer konduktif membuka banyak kemungkinan baru untuk piranti- piranti yang menggabungkan sifat- sifat optik, listrik dan elektrokimia. Beberapa keunggulan polimer konduktif adalah mudah disintesis dan bahan dasarnya mudah diperoleh sehingga biaya penyimpanannya relatif lebih murah. Polimer konduktif sangat menjanjikan karena stabilitasnya yang baik dan memiliki sensitivitas serta selektivitas yang tinggi. Disamping itu material konduktif dapat beroperasi pada suhu kamar dibandingkan dengan material anorganik berbasis SnO₂ yang hanya bisa beroperasi dengan baik pada suhu tinggi [18].

Poliasetilen merupakan polimer konduktif pertama yang  berhasil disintesis melalui polimerisasi monomer asetilen, sekitar pertengahan 1970- an. Berikutnya diketahui bahan polimer konduktif lainnya seperti politiopen, polipirol, dan polianilin [1]. Polimer konduktif merupakan polimer organik yang dapat menghantarkan arus listrik (konduktif) melalui proses doping. Polimer konduktif memiliki sifat semikonduktivitas dengan pita konduksi yang terisi penuh dan pita konduksi yang kosong. Pita- pita ini dipisahkan oleh sebuah celah pita yang disebut pita terlarang. Dengan memberi doping pada polimer menciptakan pita- pita baru di dalam celah energi, yang memungkinkan bagi elektron bergerak ke pita- pita baru ini dan meningkatkan konduktivitasnya [1]. Demikian juga sifat optik berubah akibat doping, pemberian doping (protonasi) mengakibatkan celah pita energi tersebut tereduksi (menyempit) sehingga spektrum absorbsinya pada pita energi lebih panjang. Sebaliknya ketika terjadi deprotonisasi (dedoping), celah pita energinya  melebar sehingga spektrum absorbsinya bergeser ke panjang gelombang pendek.

Diantara sekian banyak bahan polimer konduktif yang telah diketahui, polianilin dan polipirol yang paling intensif diteliti karena stabilitas lingkungan yang sangat baik. Disamping itu, polianilin dan polipirol memiliki sifat kimia dan fisika  yang mudah dikontrol, yaitu sifat listriknya dapat diubah dari isolator menjadi konduktor atau sebaliknya. Konduktivitas dapat berada diantara kedua kondisi tersebut berdasarkan tingkat reduksi- oksidasi atau dopingnya [19]. Perubahan sifat listrik dan optik terjadi melalui reaksi redoks ketika bereaksi dengan agen- agen redoks [25]. Demikian juga ketika berinteraksi dengan sejumlah uap kimia dapat mengalami reduksi, protonasi/ deprotonasi, maupun mekanisme lainnya yang dapat merubah sifat listriknya [2]. Istimewanya, perubahan sifat listrik (konduktivitas) dan optik (indeks bias dan absorbsivitas) ini dapat dibalik.

Penumbuhan Lapisan Tipis Pani-Zn/ Ag Dengan Metode Spin Coating Serta Karakterisasi Struktur dan Dielektrisitasnya

 PENDAHULUAN

Polimer konduktif telah memasuki jajaran kelas material unggul yang mampu memberikan jawaban atas tantangan dari perkembangan teknologi. Polimer konduktif merupakan polimer yang memiliki ikatan terkonjugasi sehingga memungkinkan adanya proses transfer muatan. Diantara polimer konduktif yang berkembang, polianilin (PANi) merupakan salah satu polimer yang banyak dikaji dalam kurun waktu lebih dari dua dekade. Sifat fisika dan kimia dari polianilin yang khas memungkinkan potensi aplikasi yang luas. Kekhasan tersebut antara lain dapat dikontrol dengan doping, stabil terhadap perubahan lingkungan, efisiensi biaya dan dapat menghasilkan material dalam skala besar. Aplikasi PANi merambah pada bidang teknologi fungsional, seperti sensor kimia khususnya sensor gas, piranti elektrokromik, sel fotovoltonik, LED polimer, dan baterai sekunder disamping itu bahan polimer konduktif dapat beroprasi pada suhu kamar.
 

PANi merupakan bahan yang sangat unik yaitu dapat mengalami perubahan sifat listrik dan optik yang dapat dibalik (reversible) melalui reaksi redoks dan doping-dedoping atau protonasi-deprotonasi sehingga sangat potensial dimanfaatkan pada berbagai aplikasi. Proses doping ini salah satunya dapat dilakukan dengan menambahkan senyawa logam ZnCl₂. Zink klorid merupakan salah satu garam yang bercampur dengan asam dalam air dan dalam kutub organik bahan seperti ethanol, aceton atau ether.  Pendopingan garam seperti ZnCl₂ dapat menentukan oksidasi polimerisasi anilin, garam ini selanjutkan akan menentukan derajat tingkat daya konduksi jika di dopingkan pada polianilin. Perkembangan ilmu dan teknologi yang tidak terlepas dari rekayasa penggunaan bahan- bahan dalam bentuk lapisan padat tipis (thin solid film). Hal ini menjadi sandaran untuk mengoptimasikan PANi dalam bentuk film tipis. Sejauh ini, realita yang ada menunjukan bahwa film PANi nano struktur memiliki kelebihan dibandingkan dalam bentuk bulk.

Potensi yang dimiliki PANi dalam orde nano menjadikan para peneliti melakukan penelitian secara instensif, hal ini dapat diketahui dengan adanya penelitian sampai saat ini. Salah satunya adalah dengan adanya pengembangan dalam bentuk lapisan tipis. Pembuatan lapisan tipis dengan melarutkan PANi dalam solvent. Solvent PANi ditemukan pada tahun 1990 oleh Cao dkk. Solvent organik tersebut mampu melarutkan PANi ES dan berikatan didalamnya seperti dopan asam. PANi dalam bentuk basa yang didoping asam dapat dilarutkan dalam solvent, diantaranya adalah m-cresol, kloroform, toluena dan xylen.  Pertumbuhan partikel pada larutan menyerap dengan stabil pada lapisan tipis PANi melalui ikatan hidrogen.

Penggunaan fabrikasi dalam bentuk lapisan tipis sangat luas, karena sifat bahan dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan serta mudah diintegrasikan dalam bentuk divais. Beberapa aplikasi film tipis diantaranya sebagai lapisan penyangga (buffer layer), tranduser, saklar, sensor, kapasitor dan sebagai memori. Pekembangan ini didukung dengan adanya berbagai macam metode pelapisan untuk menghasilkan material dalam skala nano. Secara umum pembuatan lapisan yaitu metode konvensional dan sol-gel, spin coating, dip coating, electrophoresis, thermoporesis, dan settling (sedimentation) merupakan bagian dari metode sol-gel. Diantara metode pelapisan tersebut, metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah spin coating karena memiliki efisiensi waktu dan biaya yang tinggi. Ditinjau dari material yang dihasilkan, film tersebut memiliki kualitas kristal dan homogenitas yang tinggi.