Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

ELEKTROKROMISIT AS BAHAN KOMPOSIT POLIANILIN-OKSmA

TUNGSTEN.

D. R HardjoZ, O. Nurhilar, R. N. AtikahZ, F. FitrilawatiZ, RE. Siregar

ABSTRAKELEKTROKROMISIT AS BAHAN KOMPOSIT POLIANILIN-OKSIDA TUNGSTEN. Bahan elektrokrornik telah lama

dianggap sebagai bahan yang dapat dimanfaatkan sebagai perangkat peraga, untuk jendela pintar (smart window) dll. Tujuan dari sintesisbahan elektrokromik ini ditujukan untuk dapat mengenali karakter bahan ~but terhadap spektrum cahaya. Sintesis film elektrokromikpolianilin, oksida tungsten dan komposit polianilin-oksida tungsten telah dilakukan secara elektrokimia menggunakan metodapotentiostatik. Karakterisasi dengan spektroskopi UV -Visible menunjukkan bahwa sifat transmisi bahan elektrokromik ~ebut dapatdikontrol oleh keadaan oksidasinya melalui variasi beda potensial. Tampak bahwa film polianilin menjadi transparan dalam keadaantereduksi dan berwarna gelap pada keadaan teroksidasi, sedangkan film oksida tungsten menjadi transparan dalam keadaan teroksidasidan berwarna gelap pada keadaan tereduksi. Selanjutnya bahan kornposit polianilin-oksida tungsten menunjukkan sifat yang merupakankombinasi dari elektrokromisitas bahan polianilin dan oksida tungsten.

ABSTRACTELEKTROCHROMIC PROPERTIES OF POLYANILINE-TUNGSTEN OXIDE COMPOSITE MATERIAL.

Eleclrochromic materials have been long considered as a delicate material to be utilized as display devices, smart windows, etc. Theobjective of this synthesis is to observe its characteristics by means of light spectrum. Eleclrochromic films of poly aniline, tungsten oxideand polyaniline-tungsten oxide have been synthesized electrochemically using potentiostatic methods. Results of characterization bymeans of UV -Visible spectroscopy shows that transmission property of the electrochromic films can be controlled by the variation of theapplied voltage. It is observed that films of polyaniline is transparent in their reduced states and become darkly colored in oxidized states,while the reverse is true with film of tungsten oxide. Further, the films of poly aniline-tungsten oxide composite show their electrochromicproperties that are combined of poly aniline and tungsten oxide electrochromicities.

KEYWORDElectromisties, polyanilin-oxide Tungsten. Smart Window

PENDAHULUANkomponen dalarn piranti displai [2,3, 5J dan smartwindows [10, IIJ. Senyawa kompleks Prussianblue [3J, logarn transisi: oksida tungsten [2J dansenyawa organik: viologen [I2J merupakan bahanelektrokromik yang banyak dikembangkan untukkomponen piranti displai. Sedangkan bahanpolimer konduktif polipirrol [11, I2J danpolianilin [I3J dilaporkan lebih banyakdikembangkan untuk komponen smart windows.

Dalarn kerangka pengembangan bahanelektrokrornik dan pengkajian sifatnya telahdilakukan penelitian sintesis bahan elektrokrornikdari kelompok logarn oksida (oksida tungsten) danpolimer konduktif (polianilin). Kombinasi keduabahan tersebut dibuat dalarn bentuk komposit.Pengkajian sifat elektrokrornik masing-masingbahan tersebut dilakukan melalui pengukurankurva voltammograrn siklik (CV) dan perubahanpola transmisi bahan bersangkutan pada daerahultra-violet daD cahaya tampak sebagai fungsitegangan elektroda.

Sifat elektrokromik suatu bahan berkaitandengan kemampuan bahan tersebut untuk berubahwarDa secara reversibel apabila dikenakan medanatau arus listrik [1.2J. Perubahan warDa tersebutterjadi karena adanya perubahan muatan padarantai konjugasi bahan yang bersangkutan, daDperubahan muatan tersebut disebabkan antara lainoleh proses elektrokimia yang berupa reaksioksidasi daD reduksi (redoks).

Beberapa bahan yang mempunyai sifatelektrokromik antara lain adalah unsur-unsurlogam transisi seperti: oksida tungsten, WO3;

oksida iridium, IrO2 [2J, senyawa kompleks

seperti: Prussian Blue, Fe3Fe(CN)6, methylene

lue [3J, dan bahan organik seperti: viologen,anthraquinone, pyrazoline. tetrathiafulvalene [2].Sekitar tahun delapan-puluhan telah dilaporkanpula bahwa bahan polimer konduktif sepertipolipirrol [1], polianilin[4, 5], politiofen [6, 7],poli(3-metiltiofen) [8], poli(3-oktiltiofen) [9J jugamenunjukkan sifat elektrokromik.

Bahan-bahan elektrokromik inimempunyai potensi aplikasi sebagai bahan--I Dipresentasikan pada Pertemuan Ilmiah gains Materi 19972 Jumsan Fisika, FMIP A, Universitas Padjajaran, Bandung

228

/SSN 14/0 -2897Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997

METODADENGANPENELITIANPOTENSIOSTATIK

yang terbentuk dikeringkan pada suhu 1400 Cselama 1 jam.

Film komposit polianilin-oksida tungstendibuat secara potensiostatik dari larutan yangterdiri dari 0.1 M anilin, 0.025 M tungsten, 0.25H2SO4 dan akuades. Proses pembuatan komposit

ini terdiri dari dua tahap. Tahap pertama terhadapsel dikenakan tegangan sebesar 0.75 V yangdiukur terhadap elektroda referensii selama 6meRit hingga polianilin tumbuh pada permukaanelektroda ITO. Pada tahap berikutnya, tegangansel diubah menjadi -0.30 V hingga lapisan tipisoksida tungsten tumbuh pada permukaanpolianilin daD membentuk suatu lapisan tipiskomposit berbentuk lapisan ganda (hi-layer film).

Selanjutnya karakterisasi elektrokromikdilakukan dengan melakukan pengukuranvoltamogram siklik (CV) daD spektrum UV-Vis.Pengukuran spektrum transmisi UV -Vis dilakukanpada suhu ruang dalam larutan elektrolit 0,5 MH2SO4 dengan menggunakan spektrometerBeckman DU 7000. Sebagai sumber teganganelektroda yang bervariasi dalam pengukurantersebut digunakan Advantest R6142Programmable DC Voltage/Current Generator.Pengukuran spektrum IR terhadap bahandilakukan dengan menggunakan peralatanShimatzu Fourier Transform InfraredSpectrophotometer FTIR-850 1.

Semua film elektrokromik dibuat secaraelektrokimia dengan metoda potensiostatik(menggunakan tegangan tetap) pada suhu mangoSel elektrokimia yang digunakan berupa labu gelasberleher tiga dan bervolume 50 mi, denganelektroda yang terdiri dari gelas oksida indium-tin(ITO) sebagai elektroda kerja (working electrode)dan platinum (Pt) sebagai elektroda lawan(counter electrode). ITO yang akan digunakandibersihkan terlebih dabulu dengan micro-solutiondalam ultrasonic bath. Begitu pula elektroda Ptdipoles dengan Al203 (alumina slurry), kemudian

direndam di dalam larutan H2SO4 dan dibilas

dengan aquades. Pada metoda potensiostatik,elektroda acuan yang digunakan adalah Kalomeljenuh. Sebagai sumber arns/tegangan digunakanHukuto Denko PotentiostatiGaIvanostat HB-50 1.

Film polianilin dibuat dari larntan yangterdiri dari 0,1 M anilin yang barn didestilasi(Merck-Darmstadt), 0,25 M H2SO4 (Merck-

Darmstadt) dan aquaDM yang didestilasi. Sintesisdilakukan secara potensiostatik dengan tegangansebesar 0,75 V selama 6 menit.

Film oksida tungsten dibuat secarapotensiostatik pada tegangan -0.300 V terhadapelektroda referensi SCE selama 45 menit dari 0,03M larutan asam wolframat. Larutan tersebut dibuatdengan melarntkan bubuk tungsten (Alfa Aesar)dalam 30 % H202 (Merck-Darmstadt), kemudian

diencerkan dengan aquaDM yang didestilasi. Film

HAS IL- HAS IL P E NE L mAN

Perbandingan struktur dari film P ANI an

Gambar(a) (b)

Spektrum infra merah film PANT (a) daD Film komposit PANI -Oksidatungsten yang dibuat secara elektrokimia

229

ISSN 1410 -2897ProsiJing Pertemuan /lmiah Sains Materi 1997

(a)

Vq... (mV)

Gambar 2. Kurva CV (a) Film (b) Okstungsten dalam 0.5 M H2SO4

film komposit PANI-Qksida tungstendiperlibatlkan oleb basil penguikuran spektruminfra merah (IR). Secara umum spektrum IR keduabahan tersebut memiliki pola yang mirip, sepertiyang ditunjukkan pada GB.I. Pengujuanelektrokromisitas sampel dilakukan dalam sel

230

ida

Tungsten, daD (c) Komposit PANI-Oksidadengan laju scan 50 mV/s

elektrokimia yang berisi larutan 0.5 M H2SO4

dengan menggunakan bahan Pt sebagai elektrodalawannya sedang SCE digunakan sebagaic!cktroda referensi. Pengukuran CV dilakukandengan menggunakan somber tegangan merkHokuto Denko PotentiostatlGalvanostat lIB-50 I

/SSN /410 -2897Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997

yang dikendalikan dengan fuction generator merkHokuto Denko HB-I04. Kurva CV untuk filmP ANI, Oksida tungsten, dan komposit masingmasing ditunjukkan pada Gb. 2(a), (b), dan (c).

Dalam kurva CV, film P ANI tampakmemiliki 3 puncak oksidasi, masing masing padategangan 0.21 V, 0.5 V, daD 0.71 V. Selain ituterdapat juga 3 puncak reduksi, masing masingpada tegangan 0.10 V, 0.395 V, dan 0.64 V.Selanjutnya filam oksida tungsten terlihatmemiliki kurva CV yang berlawanan terhadap

kurva film P ANI, yaitu berupa perubahan arusyang besar pada saat tegangannya berharganegatif. Hasil ini memperlihatkan bahwa sifatelektrokromik P ANI berlawanan jikadibandingkan dengan sifat elektrokromik filmoksida tungsten.

Kurva CV film komposit PANI-Oksidatungsten pada Gb. 2(c) menunjukkan suatugabungan antara Gb. 2(a) dan Gb. 2(b), sehinggaia memiliki karakteristik dari film P ANI dan filmOksida-tungsten. Pada tegangan negatif, Film

231

yaitu berubah WarDa pada tegang negatif.Selanjutnya, elektrokromisitas film kompositPANI-Qksida tungsten merupakan kombinasi daTielektrokromisitas film P ANI dan film oksidatungsten. Hasil awal ini akan membuka peluangbagi rekayasa elektrokromisitas bahan untuk suatukeperluan aplikasi.

DAFTAR PUSTAKA

komposit tersebut memiliki karakteristik oksidatungsten (berwarna birD tungsten) dan padategangan positif memiliki karakteristik PANI(berwama birD P ANI).

Film PANI dalam larutan 0.5 M H2SO4mengalami perubahan WarDa secara berurutao(gradasi) dari rolling transparan, hijau, hijaukebiruan dan birD. Secara kuantitatifnhal tersebutdiperlihatkan oleh basil pengukuran spektroskopipada gb. 3(a). Perubahan wama pada film PAN!tersebut berkaitao dengan keadaan redoksnya(reduksi-oksidasi). Film menjadi transparan padakeadaan tereduksi dan berwarna majemuk padaberbagai keadaan oksidasi.

Film PAN! dalam larutao 0.5 M H2SO4akan mengalami perubahan wama secaraberurutan dari birD tua, birD muda, daD belling,jika diberikan tegangan dari -3.0 V hingga 0.5 V.Hal ini secara kuantitatif diperlihatkan pada GB.3(b). Berbeda dengan film PAN!, film oksidatungsten akan berwarna birD pada keadaantereduksi dan transparan pada keadaan teroksidasi.

Film P ANI yang berwarna hijau kebiruan,setelah disisipi oleh oksida tungsten menjadikomposit PANI-Oksida tungsten yang tetapberwarna hijau kebiruan. Selanjutnya filmkomposit tersebut di dalam larutao elektrolit 0.5 MH2SO4 memiliki WarDa yang tergantung padategangan elektroda. Secara kuantitatif hat tersebutdiperlihatkan pada Gb. 3(c). Pada tegangan -1.4 Vfilm komposit tampak berwarna birD seperti padafilm oksida tungsten murni. Ketika tegangandinaikkan menjadi -0.6 V, film komposit tersebutmenjadi transparan kebiruan dan menjadi lebihtransparan lagi bila tegangan elektrodanyadinaikkan menjadi 0 V. Selanjutnya jika teganganelektroda dinaikkan berturut turut menjadi 0.5 V,1.4 V, daD 2.0 V, warDa film komposit kembalimenjdai biru seperti WarDa PANI mumi. Jadi filmkomposit PANI-Oksida tungsten tetap berwarnagelap (biru) baik pada tegangan negatif maupunpositif daD tampak transparan pada tegangan 0 V.Hasil ini sesuai dengan basil yang telah diperolehdari pengukuran kurva CV seperti yang telahditunjukkan pada GB. 2.

KESIMPULAN

Berdasarkan basil percobaan yang telahdilakukan. maka film P ANI yang disintesismenunjukkan sifat elektrokromisitas yang anodik,yaitu berubah WarDa apabila diberikan teganganpositif. sedangkan film oksida tungstenmenunjukkan sifat elektrokromisitas yang katodik.

[1] GAZARD M., DUBOIS J. C., CHAMPAGNEM., GARNIER F., and TOURILLON G.,Journal De Physique Colloque C3, 44, (1983)537.

[2] SKOTHEIM T. A. (ed), Handbook ofConducting Polymers vol. I and II. Marcel andDekker, New York, (1986).

[3] Hirai Y., Tani C., App. Phys. Lett. 43, (1983)704

[4] ITAYA K., AKAHOSm H., TOSlllMA S., J.Electrochem. Soc. 129, (1982) 1498.

[5] KOBAYASm T., YONEYAMA H.andTAMURA H., J: Electroanal. Chern. 177,(1984) 281.

[6] FOOT P. J. S. and SIMON R., J. Phys. D:Appl. Phys. 22, (1989) 1598.

[7] WALTMAN R. J., DIAZ A. F., BARGON J.,J. Electrochem. Soc. 131, (1984) 1452.

[8] LEVENTIS N., CHUNG Y. C., J. MaterChern. 2(3), (1992) 289.

[9] YOSHINO K., NAKAJIMA S., FUn M. andSUGITOMO R, Polym. Commun. 28, (1987)309.

[10] GARNIER F., TOURILLON G., GAZARDM. and DUBOIS J. C., J: Electroanal. Chern.148, (1983) 299.

[11]LEVENTIS N., CHUNG Y. C., Chern.Materials 4, (1992) 1415.

[12] SKERRETT P. J., Popular Science July (1993)p80.

[13) STINSON S., Chemical and EngineeringNews 70, (1992) 20.

[14] MCGRAW-HILL Encyclopedia of Scienceand Technology vol. 4. 5th Ed. New York:McGraw-Hili, (1982)

[15]LEVENTIS N., CHUNG Y. C., J:Electrochem. Soc. 137, (1990) 3321.

[16]JELLE B.P, HAGEN G., HESJEVIK S. M.and ODEGARD R., Electrochimica Acta, 38,

(1994) 1643.[17]YAKUSm K., LAUCHLAN L. J., CLARKE

T. C., and STREET G. B., J. Chern. Phys. 79,(1983) 4774.

232

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Maten J 997 ISSN 1410 -2897

[18] FITRILA W A TI, "Optoelectronic Properties ofPolypyrrole Films", MSc Thesis, MacquarieUniversity -Australia, (1993).

[19]SFlENP. K., HUANGH. T., and TSEUNG A.C. C., J. Eleclrochern. Soc. 139, (1992) 1840

[20]SFlEN P. K. and TSEUNG A. C. C., J.Mater. Chern. 2, (1992) 1141.

[21JPATll.. A. 0., FlEEGER J. and WUDL F.,Chern. Rev. 88, (1988) 183.

[22]HYODO K., Eleclrochirnica Acta, 39, (1994)265.

233