## SIFAT OPTIK DAN PERMITIVITAS LISTRIK MEMBRAN POLIMER PADAT KITOSAN/PEO
Kartika Sari 1* , Sunardi 2 , Agung Bambang Setio Utomo 3 ,  Parmin Lumban Toruan 4 , Evi Yulianti 5 , Mashadi 6
*) Email : Kartika.sari@unsoed.ac.id
1) Jurusan Fisika FMIPA Universitas Jenderal Soedirman Purwoketo53123
2) Departemen Fisika FMIPA Universitas Gadjah Mada Yogyakarta55281
3) Jurusan Fisika FST Universitas PGRI Palembang 30252
4) PSTBM Badan Tenaga Atom Nasional Serpong Indonesia15314

## ABSTRACT
Synthesis  and  characterization  of  the  chitosan/PEO  solid  polymer  membranes  were carried  out  to  determine  the  morphological  structure,  crystal  structure  and  functional groups.  Synthesis  of  the  chitosan/PEO  solid  polymer  membrane  was  carried  out  by solution  casting  method.  Characterization  was  performed  using  the  FTIR  (Fourier Transform Infra Red), XRD (X-ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscopy) and EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy). The FTIR results showed that the chitosan/PEO  solid  polymer  membrane  interacted  with  the  –OH  and  C-H  functional groups at wave numbers 1500 - 945 cm -1 and formed a bending bond between functional groups    of  the  C-C  and  –NH 3 .  The  SEM  results  showed  that  the  homogeneous agglomeration was formed on the membrane surface due to the addition of PEO powder. This  causes  the  formation  of  bonds  between  atoms  to  unstable.  The  XRD  results obtained  that  the  chitosan/PEO  solid  polymer  membrane  pattern  tended  to  have  a semicrystalline  structure. The  graph  of  the  EIS results  shows  the  electric  permittivity does not form a semicircular arc. There  was no grain response on the chitosan / PEO solid  polymer  membrane.  The  results  of  SEM,  XRD,  FTIR  and  EIS  characterization show that chitosan /PEO solid polymer membranes can be used as an alternative to solid polymer electrolytes.
Keywords : optical properties, electric permitivity, chitosan/PEO, membrane, polymer.

## ABSTRAK
Sintesis  dan  karakterisasi  membran  polimer  padat  kitosan/PEO  dilakukan  bertujuan untuk menentukan struktur morfologi, struktur kristal dan gugus fungsi yang dihasilkan dari  membran  kitosan/PEO.  Sintesis  membran  polimer  padat  Kitosan/PEO  dilakukan dengan metode solution casting . Karakterisasi dilakukan menggunakan FTIR ( Fourier Transform  Infra  Red ),  XRD  ( X-ray  Diffraction )  dan  SEM  ( Scanning  Electron Microscopy ).    Hasil  FTIR  menunjukkan  bahwa  membran  polimer  padat  kitosan/PEO terjadi interaksi gugus fungsi –OH dan C-H pada bilangan gelombang 1500 – 945 cm -1 dan  terbentuk  ikatan  bending  antara  gugus  fungsi  C-C  dan    –NH 3 .  Hasil  SEM menunjukkan terbentuk agglomerasi homogen pada permukaan membran akibat adanya penambahan  serbuk  PEO.    Hal  ini  menyebabkan  terbentuknya  ikatan  antar  atom semakin  renggang/tidak  stabil.  Hasil  XRD  diperoleh  pola  difraksi  membran  polimer padat kitosan/PEO cenderung memiliki struktur semikristalin. Pengujian permitivitas listrik  menggunakan  EIS  ( Electrochemical  Impedance  Spectroscopy ).  Grafik hasil  EIS  menunjukkan  permitivitas  listrik  tidak  terbentuk  busur  setengah
lingkaran. Dari  hasil  karakterisasi  SEM,  XRD, FTIR  dan  EIS  menunjukkan  bahwa membran  polimer  padat  kitosan/PEO  dapat  digunakan  sebagai  alternatif  polimer elektrolit padat.
Kata Kunci: sifat optik, permitivitas listrik, kitosan/PEO, membran, polimer.

## PENDAHULUAN
Penggunaan biopolimer organik giat dikembangkan  untuk  penelitian  bidang energi.    Salah  satu  biopolimer  yang banyak digunakan adalah kitosan [C 6 H 11 NO 4 ] 6 . Secara umum, sifat kitosan memiliki  sifat  tidak  beracun,  mudah terurai  di  alam,  biokompatibel  dan hidrofilik  (Nabok  dkk.,  2000;  Lin  dkk., 2015;  Kartika  dkk.,  2020).  Kitosan memiliki  gugus  fungsi  amina  dan hidroksil yang mudah untuk dimodifikasikan  dengan  material  kimia lainnya  (Abdullah  dkk.,  2009;  Kartika dkk., 2020; Arof dkk., 1999).  Modifikasi dengan  material  kimia  yang  banyak digunakan adalah Polietilen Oksida (PEO) dan Polietilen Glikol (PEG4000) (Shukur dkk.,  2013; Das dkk., 2015). Polietilen Oksida (PEO) dan Polietilen  Glikol  (PEG4000)  memiliki sifat  dapat  larut  dalam  air  dan  methanol, hidrofilik,  dan  berbentuk  serbuk  putih. Polietielen  Oksida  merupakan  polimer dari  etilen  oksida  yang  memiliki  massa molekul  kurang  dari  100  dan  dapat berfungsi  sebagai  kontrol  ukuran  dan struktur pori mebran (Shukur dkk., 2011; Sreekanth dkk., 2014). Sedangkan
PEG4000  memiliki  massa  molekul  lebih dari 100 (Datta, 2007). Membran  merupakan  lapisan  tipis antara  dua  fase  yang  memiliki  lintasan tertentu yang dapat menembus lebih cepat di  bawah  pengaruh  gaya  peggerak (driving  force)  (Wan  dkk,,  2003;  Zhao dkk.,  2010;  Dey  dkk.,  2015).    Peneltian tentang membran kitosan/PEO yang sudah dilakukan  menghasilkan  terbentuknya gugus fungsi baru pada panjang gelombang 3500 cm -1 , lebih fleksibel dan tidak  bersifat  higroskopis  (Liang  dkk., 2016;  Kartika  dkk,  2020).    Terjadi
pergeseran  intensitas  lebih  tinggi  pada membran  kitosan/LiOH  (Diana  EK, 2018). Penelitian tentang membran polimer kitosan/PVA menunjukkan bahwa membran tersebut dapat menghasilkan  konduktivitas  pada  suhu transisi  (Putri  dan  Maddu,  2011;  Zhang dkk., 2016). Sintesis membran kitosan/PEO  yang  dilakukan  oleh  Neto dkk.  (2008),  Ramesh  dkk.  (2008),  Dey dkk. (2011) menyatakan bahwa terbentuknya membran bergantung dengan  kecepatan  dan  suhu  stirrer.    Dari penelitian-penelitian  tersebut  belum  ada yang  meneliti  tentang  impendansi  dan konduktivitas  membran  polimer  padat kitosan/PEO.
Sintesis  membran  polimer  padat kitosan/PEO  yang  dilakukan  bertujuan untuk  menentukan  sifat  optik  dan permitivitas  listrik  meliputi  impedansi resistif, impedansi kapasitif dan konduktivitas  dengan  metode solution casting. Hasil pengujian diharapkan dapat memberikan informasi awal untuk pembuatan  membran  polimer  elektrolit padat baterai sekunder.

## BAHAN DAN METODE
Bahan-bahan yang  digunakan dalam penelitian  ini  adalah  kitosan,  asam  asetat (Merck), Polietilen Oksida (PEO) (Sigma- Aldrich).  Sedangkan alat yang digunakan adalah neraca Ohauss Galaxy TM 160, hot plate  stirrer  Thermo  scientific  model Cimarec  2,  mikrometer  skrup,  desikator vacuum 200  mm Vitlab, cawan petri dan gelas ukur.
Sifat  Optik  dan,...Kartika  S.,  Sunardi,  Agung  B.  S.  U.,  Parmin  L.  T.,  Evi  Y.  dan  Mashadi,...Sainmatika,...Volume 17,...No.2,...Desember 2020,...97-103

## Prosedur penelitian
Pembuatan  larutan  kitosan  dengan menimbang  kitosan  sebanyak  1  gram kemudian  kitosan  dituangkan  ke  dalam gelas ukur yang berisi larutan asam asetat sebanyak 100 ml kemudian diaduk dengan menggunakan  magnetik  stirrer  dengan variasi  kecepatan  dan  suhu  selama  30 menit hingga larutan homogen.
Tambahkan  sedikit  demi  sedikit  larutian PEO ke  dalam larutan kitosan 1% sambil distirrer  selama  1  jam  hingga  larutan kitosan/PEO homogen.
Larutan
kitosan/PEO dicetak ke dalam cawan petri dan dikeringkan pada suhu 60 0 C selama 2 hari  menggunakan  dried  box.    Membran yang  sudah  kering  dan  siap  dilakukan pengujian.

## Karakterisasi  membran  polimer  padat kitosan/PEO
Citra  struktur  morfologi  membran polimer padat kitosan/PEO menggunakan SEM  tipe  JEOL,  JSM-6510LA  dengan pembesaran  1000x.  Sampel  dilapisi dengan emas  menggunakan arus  listrik, I = 60 mA selama 100 detik. Spektra FTIR membran polimer padat kitosan/PEO diperoleh menggunakan
Shimadzu
tipe 8201 PC FTIR
spektrofotometer  dan  direkam  dengan resolusi 1 cm -1 , rentang bilangan gelombang  dari  400  hingga  4000  cm -1 untuk menentukan gugus fungsi. Pola difraksi menggunakan XRD type Shimadzu, R6000 dengan sumber tabung CuKα  dengan  panjang  gelombang  1,54  , sudut 2  sebesar 20 0 –  90 0 dan kecepatan scan 5 0 /menit.
Permitivitas  listrik  membran  polimer padat  kitosan/PEO  diukur  menggunakan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) dari Hioki LCR-meter tipe
HiTESTER 3532-50 pada tegangan 1,5 V dengan frekuensi 40 Hz – 5 MHz.  Ukuran membran  yang  digunakan  adalah  1  cm  x 0,5  cm.    Bentuk  membran  berupa  pellet dan  dilapisi  dengan  larutan  perak  yang bertujuan  agar  pellet  bersifat  lebih
konduktif.    Prosedur  ini  dilakukan  untuk mendapatkan  kualitas  gambar  yang  lebih baik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN a.  Hasil uji  SEM membran polimer padat kitosan dan kitosan/PEO
Hasil  citra  SEM  membran  polimer padat  kitosan  dan  kitosan/PEO  seperti Gambar  1  dan  Gambar  2.  Struktur morfologi  permukaan  membran  polimer padat kitosan dan kitosan/PEO menunjukkan  terjadi  distribusi  butiran molekul homogen dan agglomerasi  antara molekul-molekul penyusun kitosan dengan  PEO  serta  cenderung  berpori. Membran  yang  memiliki  sifat  tersebut dapat digunakan sebagai elektrolit padat.
Gambar 1.  Citra SEM membran polimer padat kitosan
Gambar 2.  Citra SEM membran polimer padat kitosan/PEO
Sifat  Optik  dan,...Kartika  S.,  Sunardi,  Agung  B.  S.  U.,  Parmin  L.  T.,  Evi  Y.  dan  Mashadi,...Sainmatika,...Volume 17,...No.2,...Desember 2020,...97-103
Aggolmerasi dan membran cenderung berpori terjadi disebabkan masuknya ion – NH 3 ke  dalam  pori-pori  membran. Kontak  antar  partikel  tersebut  akan menyebabkan    membran  lebih  fleksibel, stabil  ukuran,  dimensi  dan  memiliki kation  atau  anion  bebas  bergerak  yang berfungsi  sebagai  pembawa  muatan  serta tidak bersifat higrokopis.
Membran  yang  dihasilkan  lebih  tipis, tidak kaku dan tidak akan berubah bentuk serta  tidak  mudah  menyerap  air.  Ukuran butiran  penyusun    membran  kitosan adalah    15,1  nm  dan  kitosan/PEO  adalah 11,30  nm.

## b.  Hasil uji FTIR  membran polimer padat kitosan dan kitosan/PEO
Hasil  FTIR  membran  polimer  padat kitosan  dan  kitosan/PEO  dapat  dilihat pada Gambar 3.
Gambar  3.  Hasil  FTIR  membran polimer  padat  kitosan  dan kitosan/PEO
Gambar  3  menunjukkan  membran polmer  padat  kitosan  terjadi  daerah serapan pada bilangan gelombang 2000 – 1000  cm -1 .    Daerah  serapan  juga  terjadi pada bilangan gelombang 1701 cm -1 yang menunjukkan gugus  fungsi C=O asimetri dan  pada  1430  cm -1 terjadi  gugus  fungsi C=O  simetri  kitosan.    Daerah  bilangan gelombang  2301  cm -1 terbentuk  gugus fungsi  C-OH  vibrasi  bending.  Daerah bilangan  gelombang  1651  –  600  cm -1 menunjukkan gugus fungsi C=O,
sedangkan  daerah  bilangan  gelombang 3000  -  2500  cm -1 terbentuk  gugus  C-H vibrasi  bending.    Puncak  3500  cm -1 membentuk gugus fungsi O-H bending. Hasil  FTIR  untuk  membran  polimer padat  kitosan/PEO  menunjukkan  gugus fungsi C-H terjadi vibrasi stretching pada bilangan  gelombang  2924  cm -1 dan  pada bilangan  gelombang      2237  cm -1 terjadi vibrasi  C-H  bending.    Untuk  daerah gelombang  1636  cm -1 terbentuk  gugus fungsi C=O disebabkan oleh berkurangnya  intensitas  vibrasi  absorpi.
Sedangkan  daerah  gelombang  1096  cm -1 terbentuk  gugus  fungsi  C-O  dan  NH 3 .
Daerah  gelombang  964  –  841  cm -1 menunjukkan  gugus  fungsi  C-O-C  dan 602  –  478  cm -1 merupakan  gugus  fungsi C-C  dengan  vibrasi  bending.    Terbentuk gugus  fungsi  tersebut  karena  intensitas gelombang semakin melemah.
c.  Hasil  uji  XRD  membran  polimer padat kitosan dan kitosan/PEO
Pola  difraksi  membran  kitosan  dan kitosan/PEO dapat dilihat pada Gamar 4.
Gambar  4.  Pola  difraksi  XRD  membran polimer padat kitosan dan kitosan/PEO
Pola  difraksi  membran  polimer  padat kitosan menunjukkan membran cenderung memiliki struktur kristalin dan puncaknya  berada  di  posisi  10,6 ° dan 19,9 ° dengan  bidang kristal 001 dan 002. Sedangkan membran  polimer  padat kitosan/PEO,  posisi  puncaknya  berada  di 22,3 ° dan 32,4 ° dengan bidang kristal 101
Sifat  Optik  dan,...Kartika  S.,  Sunardi,  Agung  B.  S.  U.,  Parmin  L.  T.,  Evi  Y.  dan  Mashadi,...Sainmatika,...Volume 17,...No.2,...Desember 2020,...97-103
dan  100  serta  bersifat  kristalin.    Pola difraksi  yang  dihasilkan  menunjukkan bahwa membran polimer padat kitosan/PEO  dapat  digunakan  sebagai membran elektrolit padat apabila didoping dengan garam lithium.

## d. Grafik spektrum permitivitas listrik membran polimer padat kitosan dan kitosan/PEO
Pola  difraksi  membran  kitosan  dan kitosan/PEO dapat dilihat pada Gamar 5.
(a) (b)
(c)
Gambar 5(a). Grafik spektrum  impedansi untuk membran polimer padat kitosan/PEO, Rct = 0 ohm dan ω = 0 Hz. (b). Konstanta dielektrik membran polimer  padat  kitosan/PEO,  (c).  Rugi dielektrik membran polimer padat kitosan/PEO
Gambar  5(a)  merupakan  grafik  hasil Nyquist  membran  polimer  padat  kitosan. Grafik  Nyquist  tidak  berbentuk  busur setengah  lingkaran  disebabkan  tidak terjadinya  respon  butir  pada  membran tersebut.  Gambar 5(b) dan (c) merupakan grafik  permitivitas  listrik  terdiri  dari konstanta  dielektrik  dan  rugi  dielektrik membran  polimer  padat  kitosan/PEO. Konstanta  dielektrik  dan  rugi  dielektrik yang dihasilkan adalah 3,4 dan 6,5.

## KESIMPULAN
Hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat disimpulkan bahwa :
1.  Membran  polimer  padat  kitosan  dan kitosan/PEO  untuk  aplikasi  membran elektrolit  padat  baterai  sekunder  telah berhasil dibuat.
2. Terjadi pembentukan gugus fungsi baru –OH  pada  membran  polimer  padat kitosan/PEO  pada panjang gelombang 3500  cm -1 dan  terjadi  interaksi  ikatan bending  antara  –OH  dan  NH 3 pada panjang gelombang 1500 – 945 cm -1 .
3.  Membran  polimer  padat  kitosan/PEO lebih  fleksibel  dan  tidak  bersifat higroskopis  dibandingkan  membran polimer padat kitosan.
4.  Membran  polimer  padat  kitosan/PEO dapat digunakan sebagai bahan alternatif  sebagai  membran  polimer elektrolit padat baterai sekunder.
5.  Struktur    membran  polimer  padat kitosan/PEO yang dihasilkan kristalin.
6.  Hasil  pengujian  EIS  menunjukkan terjadinya  penurunan  nilai  konstanta dielektrik  membran  polimer  padat kitosan/PEO  yang  disebabkan  oleh pengaruh kemampuan polarisasi membran  akibat  aglomerasi  sehingga
Sifat  Optik  dan,...Kartika  S.,  Sunardi,  Agung  B.  S.  U.,  Parmin  L.  T.,  Evi  Y.  dan  Mashadi,...Sainmatika,...Volume 17,...No.2,...Desember 2020,...97-103
muatan-muatan  bebas  bergerak  dan berpindah posisi.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  kepada  Kementrian Ristek/BRIN melalui Universitas Jenderal Soedirman melalui pendanaan BLU Skim Riset  Peningkatan  Kompetensi  Tahun 2020.

## DAFTAR PUSTAKA
Arof AK. (1999). Chitosan-lithium triflate electrolyte in secondary lithium cells. Journal of Power Source , 7 , 42-48.
Datta,  A.  (2007).  Characterization  of
Polyethylene  Glycol  Hydrogels  for Biomedical  Applications. Chemical Engineering Commons , 11-13. Das,  S., dan  Ghosh,  A.  (2015).  Effect  of plasticizers on ionic conductivity and dielectric  relaxation  of  PEO-LiClO 4 polymer  electrolyte. Electrochimica Acta , 171 , 59–65.
D.  C.,  Ronald.    (2001).  Inorganic  and Organometallic  Polymers . A  John
Wiley  &  Sons,  Inc.,  Publication, University of Massachusetta.
Amherat, New York.
D.  Callister,  William,  G.  Rethwisch,
David.  (1940).  Material  Science  and Engineering  An  Introduction-  8 Edition,  A John Wiley & Sons, Inc., Publication. New York,
Dey,  A.,  Karan,  S.,  dan  De,  SK.  (2011). Structure,  morphology,  adn  ionic conductivity of solid polymer electrolyte. Materials Research
Bulletin , 46(11) , 2009 – 2015. Dey, A., Karan, S., Dey, A., dan De, S. K. (2015).  Structure  ,  morphology  and ionic  conductivity  of  solid  polymer electrolyte, 46 (2011), 2009–2015. D.I,  Bower.  (2002).  An  Introduction  to Polymer Physics, Cambridge University Press. United Kingdom. Diana,  EP.  (2018).  Sintesis  Membran Elektrolit  Padat  Berbahan  Dasar
Kitosan. Journal Sainsmat , 2(2 ), 86 – 91.
Fonseca, Polo C. (2006).  Electrochemical properties of a biodegradable polymer electrolyte  applied  to  a  rechargeable lithium  battery. Journal  of  Power Sources , 159 , 712-716.
G.  Abdullah,  R.  R.  Hanna  dan  Y.  A.  K. Salman.  (2017).  Structural,  optical, and  electrical  characterization  of chitosan:  methylcellulose  polymer blends  based  film. J.  Mater.  Sci. Mater. Electron, 28 , 10283–10294. Kumar,  Majeti.  (2000).    A  Review  of Chitin  and  Chitosan  Application. Journal  Of  reactive  and  functional polymer , 46 , 3. Liang, X., Yang, Y., Jin, X., dan Cheng, J. (2016).  Polyethylene  Oxide-Coated Electrospun Polyimide Fibrous Seperator for High-Performance
Lithium-Ion  Battery. Journal  of Materials  Science  &  Technology ,
32 (3), 200–206.
Lin, Hua, Qin, Lizhao, Hong, He dan Qing Li.  (2015).  Preparation  of  starch nanoparticles  via  high-energy  ball milling. Journal  of Nano Research .
174-179.
Martínez-Camacho  A.P.,  A.Z.  Graciano- Verdugo  dkk.  (2010).  Chitosan composite films: Thermal, structural, mechanical and antifungal properties. Journal  of  Carbohydrate Polymers,  82 , 305-31.
Neto,  C.G.T.,  Giacometti,  J.A.,  dkk. (2005). Thermal Analysis of Chitosan based Networks, Carbohydrate
Polymers , 62(2) , 97 – 103. Ramesh,  S.,  Yuen,  T.F.,  dan  Shen,  C.J.,
Conductivity and FTIR Studies on PEO –  LiX  [X  :  CF 3 SO 3 -,  SO 4 2- ].    (2008).
Polymer electrolytes, 69 , 670 – 675. Shukur,  MF.,  Kadir,  MFZ.,  dan  Ahmad, R.. (2011). Dielectric Studies of Proton Conducting Polymer Electrolyte based on  Chitosan/PEO  blend  doped  with NH 4 NO 3 . Advanded Materials
Research, 488 , 583 – 587. Shukur,  MF.,  Ithnn,  R.,  Illias,  HA.,  dan Kadir, MFZ. (2013). Proton
Sifat  Optik  dan,...Kartika  S.,  Sunardi,  Agung  B.  S.  U.,  Parmin  L.  T.,  Evi  Y.  dan  Mashadi,...Sainmatika,...Volume 17,...No.2,...Desember 2020,...97-103
Conducting Polymer Electrolyte Based on  Pasticitized  Chitosan-PEO  blend and  application  in  Electrochemical devices. Optical Materials, 35 , 1834 – 1841.
S. Kartika, BSU.Agung, A. Kamsul, Roto, K.  Evvy,  Y.  Evi,  dan  E.  Suharyadi.
(2020).  Effect of  Milling  Time  on  the
Microstructure and Dielectric Properties  of  Chitosan  Nanopowder, International Journal of Nanoelectronic and Materials,13 , 1-8.
Sreekanth,  T.  (2014).  Investigation  of Characterization of (PEO + NaClO 3 +
Plasticizer) Based on Polymer
Electrolyte.  International  Journal  of
Science  and  Research  (IJSR), 3(8) , 2012 – 2014.
Wan, Y., Katherine, Creber, AM, dan Tam
Bui.  (2003).    Ionic  conductivity  of chitosan  membranes. Polymer,  44 ,
1057 – 1065.
Zhang, J., Ma, C., Liu, J., Chen, L., Pan,
A., dan Wei, W. (2016). Solid polymer electrolyte lapisanes based on organic / inorganic  nanocomposites  with  star- shaped structure for high performance lithium ion battery. Journal  of
Lapisane Science , 509 , 138–148. Zhao, Xiaohui. (2010). Effect of Preparation  Parameters  of  Sulfur Cathodes on Electrochemical Properties  of  Lithium  Sulfur  Battery. Journal of the Korean Electrochemical  Society . 13 , 169-174. DOI:10.5229/JKES.2010.13.3.169