analisis sifat listrik komposit polimer-zeolit

ANALISIS SIFAT LISTRIK KOMPOSIT POLIMER-ZEOLIT
TERHADAP PENYERAPAN GAS METANOL DAN ETANOL
SKRIPSI
AVERROES F PILIANG
080801030
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS SIFAT LISTRIK KOMPOSIT POLIMER-ZEOLIT
TERHADAP PENYERAPAN GAS METANOL DAN ETANOL
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
AVERROES F PILIANG
080801030
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Analisis Sifat Listrik Komposit Polimer-Zeolit
Terhadap Penyerapan Gas Metanol dan Etanol
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
:
:
:
:
:
:
Skripsi
Averroes F Piliang
080801030
Sarjana (S1) Fisika
Fisika
Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA)
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, 10 Juni 2014
Komisi Pembimbing,
Pembimbing 2,
Pembimbing 1,
Dr. Bisman Perangin-angin M.Eng. Sc
NIP. 195609181985031002
Dr. Perdinan Sinuhaji M.S.
NIP. 195903101987031002
Disetujui oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Drs. Marhaposan Situmorang, Ph.D.
NIP. 195510301980031003
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
ANALISIS SIFAT LISTRIK KOMPOSIT POLIMER-ZEOLIT TERHADAP
PENYERAPAN GAS METANOL DAN ETANOL
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 10 Juni 2014
AVERROES F PILIANG
080801030
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan
ridhaNya, penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini untuk
program studi Fisika Material di Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara
yang berjudul “Analisis Sifat Listrik Komposit Polimer-Zeolit Terhadap
Penyerapan Gas Metanol dan Etanol”
Dalam penyelesaian skripsi ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada pihak-pihak yang memberikan kontribusi kepada penulis. Penulis
menyadari bahwa keberhasilan dalam menyusun skripsi ini tidak terlepas dari
bimbingan, bantuan, saran dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu,
perkenankanlah penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada
Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji M.S dan Dr. Bisman Perangin-angin M.Sc selaku
dosen-dosen pembimbing penulis yang telah memberikan ilmu dalam berdiskusi
dan panduan dalam menyelesaikan penulisan ini. Terima kasih juga kepada Bapak
Dr. Sutarman, M.Sc sebagai Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara, dan
Bapak Drs. Marhaposan Situmorang Ph.D dan Drs. Sahrul Humaidi M.Si selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Fisika. Tak lupa pula ucapan terima kasih
kepada staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika FMIPA Universitas
Sumatera Utara.
Ucapan terimakasih terbaik penulis ucapkan kepada orang tua sekaligus
merangkap kakanda, teman, ayahanda Drs. Muhammad Zahrin Piliang M.Si dan
Ibunda Dra. Diana Rasima Hutagalung yang selalu memberikan kasih sayang
secara moral dan materil serta doa beriring nasihat yang tak ternilai harganya.
Adinda Evelyne FN Piliang dan Stephanie FH Piliang yang selalu mengingatkan
penulis untuk menyelesaikan penulisan ini. Dukungan dan motivasi dari keluarga
besar yang menjadikan skripsi ini dapat diselesaikan.
Dan ucapan terimakasih kepada Keluarga Besar HMI Komisariat FMIPA USU
yang telah memberikan pembelajaran moral berupa perjuangan Yakin Usaha
Sampai. Bersyukur dan Ikhlas menjadi ucapan terima kasih kepada kakanda Egy,
Ismail, Aulia, Andika, Sigit, Surnog, Hendi, Rivan, Sony dan rakanda Achmad
Muhajir, Iman Nst, Khadafi, Adi, Siti, Desi dan Yuda, Adrian yang menjadi teman
diskusi penulis dalam menyelesaikan penulisan ini. Semangat terimakasih penulis
ucapkan kepada teman-teman seangkatan departemen Fisika angkatan 2008 yang
telah menjadi rekan seperjuangan semasa menggapai ilmu. Dan terimakasih atas
bantuan kepada pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu semoga Allah
SWT memberikan rahmat dan karunia berlipat ganda atas bantuan yang diberikan.
Penulis menyadari dengan segala keterbatasan yang ada baik pada diri penulis
maupun fasilitas yang ada, masih banyak hal-hal yang perlu disempurnakan dan
dikembangkan dari tulisan ini. Penulis sangat mengharapkan masukan, kritik, dan
saran demi kesempurnaan tulisan ini. Akhir kata, semoga hasil penelitian ini dapat
menambah pemahaman untuk kajian penelitian bidang komposit sensor pada masa
yang akan datang.
iii
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS SIFAT LISTRIK KOMPOSIT POLIMER-ZEOLIT
TERHADAP PENYERAPAN GAS METANOL DAN ETANOL
ABSTRAK
Pemanfaatan polimer terkonjugasi dari turunan poly ethylene glycol sebagai
matrix dan zeolit aktif sebagai filler dapat berfungsi sebagai komposit penyerapan.
Kemajuan dalam bidang riset dan teknologi semikonduktor, memberikan salah
satu cara dalam menghasilkan material semikonduktor yaitu dengan melakukan
doping terhadap polimer terkonjugasi. Penambahan zeolit teraktivasi dapat
membentuk komposit polimer-zeolit yang memiliki karakteristik tertentu.
Komposit polimer-zeolit yang dibuat mempunyai karakteristik resistansi
mengalami perubahan apabila terkena gas alkohol. Perubahan resistansi yang
didapat menurun secara linier berbanding terbalik terhadap volume gas yang diuji.
Gas alkohol yang diuji adalah metanol dan etanol dengan prosentase masingmasing 25,95% dan 8,29%. Karakteristik komposit polimer-zeolit yang dianalisis
adalah sifat listrik yaitu resistivitas jenis dan konduktivitas jenis masing-masing
dan
. Dari hasil
sebesar
analisis menunjukkan bahwa komposit polimer-zeolit dipengaruhi oleh jenis gas
alkohol yang diuji sehingga menunjukkan adanya titik jenuh dari komposit
polimer zeolit.
Kata kunci: Senyawa aktif zeolit, komposit polimer-zeolit, resistansi, sensitifitas
iv
Universitas Sumatera Utara
ANALYSIS OF ELECTRICAL PROPERTIES OF POLYMERZEOLITE COMPOSITE AS ADSORPTION TO METHANOL
AND ETHANOL GAS
ABSTRACT
In this paper, the material of polymer is a non-conductive material. Derivative
polymers from poly ethylene class can be utilized as a matrix to make an
adsorption composite. Developing research in semiconductor technology,
semiconductor materials can be made. Polymer can be transformed into a
conductive material with adding activated zeolite as dopping. The Doped material
on this research is called polymer-zeolite composite. With regard the electrically
characteristic, polymer-zeolite composite can be used as detector or sensor for
detecting an alcohol gas. In this research, adding an activated zeolite can be made
and had a conductive and semiconductive properties. And then, the changes of
electrical resistance depends on the volume of alcohol gasses because had a
capability to adsorp molecules of gas. The result from this research showed the
composite material has a prosentase in resistance changes for methanol 25,95%
and ethanol 8,29%. The analysis of the polymer zeolite composite has an
electrical properties in resistivity and conductivity are
and
. From the results of the analysis showed that the
polymer-zeolite composite is influenced by the type of gas alcohol tested and the
amount of volume of the gasses. Finally, the result there is saturation point after
the polymer-zeolite composite tested.
Keywords: Activated zeolite compound, polymer-zeolite composite, resistance,
sensitivity
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
iv
Abstract
v
Daftar Isi
vi
Daftar Istilah
viii
Daftar Tabel
ix
Daftar Gambar
x
Daftar Lampiran
xi
BAB 1 Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1
1.2
Permasalahan dan Identifikasi Masalah
2
1.3
Pembatasan Masalah
3
1.4
Tujuan Penelitian
3
1.5
Manfaat Penelitian
4
BAB 2 Landasan Teori
2.1
Tinjauan Pustaka
5
2.2
Polimer
7
2.3
2.4
2.5
2.2.1
Polimer konduktif
7
2.2.2
Polimer untuk gas sensor
11
Material Komposit
12
2.3.1
Komposit dengan matrix polimer
13
2.3.2
Karakteristik resistivitas listrik komposit
15
Mineral Zeolit
17
2.4.1
Adsorpsi zeolit
23
2.4.2
Faktor yang mempengaruhi adsorpsi
24
Material Komposit Polimer Zeolit
26
vi
Universitas Sumatera Utara
2.6
2.7
Sensor
27
2.6.1
Sensor dan karakteristik
27
2.6.2
Preparasi layer aktif dan komposit polimer
30
2.6.3
Prinsip sensing zeolit
31
Alkohol
32
2.7.1
Metanol
33
2.7.2
Etanol
35
BAB 3 Metodologi Penelitian
3.1
Alat dan Bahan
37
3.1.1
Alat
37
3.1.2
Bahan
38
3.2
Lokasi Penelitian
38
3.3
Prosedur Penelitian
38
3.3.1
Metodologi penelitian
38
3.3.1.1
Aktivasi zeolit
38
3.3.1.2
Pembuatan substrate
39
3.3.1.3
Diagram alir pembuatan komposit
40
3.3.1.4
Perhitungan konduktivitas listrik komposit
41
3.3.1.5
Pengujian komposit polimer-zeolit
42
3.3.1.6
Hasil pengolahan data
42
BAB 4 Hasil dan Pembahasan
4.1
Karakteristik Listrik Komposit
43
4.1.1
43
Analisis sifat listrik
4.2
Data Penelitian
48
4.3
Pembahasan
50
4.3.1 Kurva karakteristik sensor gas standard
50
4.3.2 Pengujian terhadap volume gas alkohol (sensitifitas) 50
BAB 5 Kesimpulan dan Saran
5.1
Kesimpulan
53
5.2
Saran
54
Daftar Pustaka
55
Lampiran
57
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISTILAH
PEG
=
Poli etilen glikol
PANI
=
Poli anilin
PPY
=
Poli pirrol
PE
=
Poli etilen
PCB
=
Printed circuit board
KPZ
=
Komposit polimer-zeolit
R
=
Resistansi/ Hambatan satuan Ω
A
=
Luas komposit satuan 𝑚2
I
=
Arus listrik satuan Ampere
l
=
Ketebalan komposit satuan 𝑚
C
=
Coulomb
n
=
Jumlah elektron pembawa
𝜌
=
Resistivitas/ hambatan jenis satuan Ω/𝑚
𝜎
=
Konduktivitas listrik satuan 𝑆𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑚ℎ𝑜
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul
Halaman
4.1 Tabel pengukuran resistansi awal komposit polimer-zeolit
44
4.2 Tabel resistansi komposit polimer-zeolit terhadap methanol
48
4.3 Tabel resistansi komposit polimer-zeolit terhadap etanol
48
4.4 Tabel Parameter Standar Sensor
49
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Struktur PEG
11
Gambar 2.2
Struktur zeolit
18
Gambar 2.3
Proses adsorpsi zeolit
24
Gambar 2.4
Pelapisan komposit polimer zeolit
30
Gambar 2.5
Struktur kimia metanol
34
Gambar 2.6
Struktur kimia etanol
35
Gambar 3.1
Diagram alir pembuatan komposit
40
Gambar 3.2
Skema pengukuran resistansi komposit polimer-zeolit
41
Gambar 3.3
Skema pengujian komposit polimer-zeolit
42
Gambar 4.1
Skema arus dalam material
44
Gambar 4.2
Grafik konduktivitas zeolit
46
Gambar 4.3
Tabel konduktivitas PEG Liquid Carbowax
47
Gambar 4.4
Pengujian penyerapan gas alkohol terhadap komposit
51
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
Judul
Halaman
Lampiran 1
Alat dan Bahan Penelitian
57
Lampiran 2
Gambar pengujian komposit
59
Lampiran 3
Data Pengujian Komposit
62
Lampiran 4
Hasil pengolahan data menggunakan Origin 6.0
63
xi
Universitas Sumatera Utara