Kajian Hasil Pengujian X-Ray Diffraction (XRD) Dan Konstanta Dielektrik Membran Polimer Kitosan/PEG4000 dengan Lithium Triflat (LiCF 3 SO 3 )
Kartika Sari1 1 , Agung Bambang Setio Utomo 2 , Parmin Lumban Toruan 3* , Ampala Khoryanton 4 *e-mail: parmin.lt70@gmail.com
1 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Jenderal Soedirman Purwoketo53123 2 Departemen Fisika FMIPA Universitas Gadjah Mada Yogyakarta55281
3 Program Studi Fisika FST Universitas PGRI Palembang 30252 4 Departemen Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang50275

## ABSTRACT
Synthesis  and  characterization  of  chitosan/PEG4000  with  LiCF 3 SO 3 salt  as  a surfactant  was  carried  out  to  determine  crystalline  size  using  X-Ray  Diffraction (XRD) and dielectric constant using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Fabrication of the electrolyte polymer membrane of chitosan/PEG4000 with LiCF 3 SO 3 salt using the solution casting method. The result of XRD showed that the crystalline size  of  the  chitosan,  chitosan/PEG4000,  and  chitosan/PEG4000  electrolyte  polymer membranes  with  LiCF 3 SO 3 salt  experienced  a  2θ  angle  shift  and  formed  a semicrystalline phase. The peak intensity increase occurred after chitosan was added with  PEG4000  with  LiCF 3 SO 3 salt.  The  crystalline  size  obtained  for  the  electrolyte polymer  membrane  of  chitosan,  chitosan/PEG4000,  and  chitosan/PEG4000  salt LiCF 3 SO 3 was 4,002 nm; 2,474 nm, and 4,183 nm. Meanwhile, the type of structure produced by chitosan, chitosan/PEG4000, and chitosan/PEG4000 electrolyte polymer membranes with LiCF 3 SO 3 salt is a semicrystalline phase. The dielectric constant for solid  electrolyte  polymer  membranes  of  chitosan/PEG4000,  and  chitosan/PEG4000 with  LiCF 3 SO 3 salt  are  3,4  and  16,6  x  10 3 .  Result  of  XRD  and  EIS  show  that chitosan/PEG4000  polymer  membrane  with  LiCF 3 SO 3 salt  as  a  surfactant  can  be applied as an alternative to solid electrolyte polymer secondary batteries.
Keywords : chitosan, PEG4000, LiCF 3 SO 3 , crystalline size, dielectric constant

## ABSTRAK
Sintesis  dan  pengujian  membran  polimer  elektrolit  padat    kitosan/PEG4000  dengan garam  LiCF 3 SO 3 sebagai  surfaktan  bertujuan  untuk  menentukan  ukuran  kristalin menggunakan X-Ray  Diffraction (XRD)  dan  konstanta  dielektrik  menggunakan Electrochemical  Impedance  Spectroscopy (EIS).  Pembuatan  membran  polimer elektrolit  kitosan/PEG4000  dengan  garam  LiCF 3 SO 3 menggunakan  metode solution casting . Sampel yang  digunakan dalam pengujian XRD dan EIS berbentuk membran polimer  kitosan,    kitosan/PEG4000  dan  kitosan/PEG4000  dengan  garam  LiCF 3 SO 3 . Pengujian  XRD  menunjukkan  ukuran  kristalin  untuk  membran  polimer  elektrolit kitosan, kitosan/PEG4000, dan kitosan/PEG4000 dengan garam LiCF 3 SO 3 mengalami pergeseran sudut 2θ dan membentuk fase semikristalin.  Peningkatan puncak intensitas terjadi setelah kitosan ditambah dengan PEG4000 dengan LiCF 3 SO 3 . Ukuran kristalin yang  diperoleh  untuk  membran  polimer  elektrolit  kitosan,  kitosan/PEG4000  dan kitosan/PEG4000  dengan  garam  LiCF 3 SO 3 sebesar    4,002  nm;  2,474  nm  dan  4,183 nm.     Sedangkan,  jenis  struktur  yang dihasilkan  membran  polimer  elektrolit  kitosan, kitosan/PEG4000 dan kitosan/PEG4000 dengan LiCF 3 SO 3 adalah fase semikristalin.
Konstanta Dielektrik untuk membran polimer kitosan/PEG4000 dan kitosan/PEG4000 dengan garam LiCF 3 SO 3 sebesar 3,4 dan 16,6 x 10 3 .  Hasil pengujian XRD  dan EIS menunjukkan  bahwa  membran  polimer  kitosan/PEG4000  dengan  LiCF 3 SO 3 sebagai surfaktan dapat diaplikasi sebagai alternatif polimer elektrolit padat baterai sekunder.
Kata Kunci: kitosan, PEG4000, LiCF 3 SO 3 , ukuran kristalin, konstanta dielektrik

## PENDAHULUAN
Salah  satu  biopolimer  organik hasil  deasetilasi  kitin  yang  merupakan polimerisasi  rantai  glukosamin  dan memiliki  rumus  molekul  [C 6 H 11 NO 4 ] n dengan  berat  molekul  2,5  x  10 5 Dalton yang  sedang  dikembangkan  adalah kitosan.  Kitosan  memiliki  sifat  non- toksis, biodegradable ,  hidrofilik,  dan terdiri  gugus  fungsi  amina  dan  hidroksil (G.  Abdullah  dkk.,  2017;    Kartika  dkk.,
2020). Kitosan berbentuk serbuk berwarna putih kekuningan, tidak berbau dan  tidak  berasa.    Penggunaan  kitosan semakin  menarik  dikembangkan  karena keberadaan  gugus  aminanya,  sehingga kitosan  dapat  larut  dalam  asam  yang dapat  diaplikasi  untuk  sintesis  membran polimer  atau  serat  (Zhang  dkk.,  2014; Rochima dkk., 2016).  Kemudian, ukuran partikel  kitosan  kecil  sehingga  mudah untuk dimodifikasi dengan material kimia lainnya (Liu dkk., 2011; Zhan dkk., 2014; Ker dkk., 2000). Material  kimia  digunakan  untuk modifikasi  kitosan  dalam  penelitian  ini adalah    PEG  (Polietilen  Glikol). PEG4000  berbentuk  serbuk,  memiliki sifat  dapat  larut  dalam  air  dan  methanol (hidrofilik)  (Barchuk,  2016).  Adapun fungsi  PEG4000  untuk  mengontrol ukuran  dan  struktur  pori  membran. PEG4000  merupakan  polimer  dari  etilen oksida  yang  memiliki  perbedaan  pada massa  molekulnya  (G.  Abdullah  dkk., 2017) . PEG4000
juga dapat
menghantarkan  ion  pada  suhu  kamar (Datta,  2007).    Kitosan  dan  PEG4000 disintesis  menjadi  membran  polimer padat.
Membran  merupakan  daerah    tipis antara   dua    fase    yang  memilik  lintasan
tertentu    sehingga    memungkinkan  fase atau      komponen      tertentu      menembus lebih   cepat dibandingkan  dengan   fase atau      komponen    lainnya    di  bawah pengaruh      gaya      penggerak      (driving force)  (Shukur  dkk.,  2013).  Untuk meningkatkan kegunaan membran kitosan/PEG4000  maka  digunakanlah garam  lithium  triflat  (LiCF 3 SO 3 )  sebagai surfaktan.
Sintesis  membran  polimer  yang dilakukan  dengan  mencampurkan  serbuk kitosan  dengan  PEG4000  dan  LiCF 3 SO 3 bertujuan untuk meningkatkan sifat listrik membran    polimer  elektrolit  yang  akan diaplikasi  baterai  sekunder.    Membran polimer  elektrolit  kemudian  dilakukan pengujian  menggunakan  alat  uji  X-Ray Diffraction  (XRD)  dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS).  Hasil uji XRD  dan EIS dikaji ukuran kristalin dan konstanta dielektriknya.

## BAHAN DAN METODE
Tempat  penelitian  dilakukan  di dilakukan di Laboratorium Fisika Material  Jurusan  Fisika  Universitas Jenderal  Soedirman  dan  Laboratorium Kimia Organik Universitas Gadjah Mada dari bulan April sampai Agustus 2021. Bahan-bahan  yang    digunakan  dalam penelitian ini adalah kitosan, asam asetat (CH 3 COOH) (Merck), Polietilen Glikol4000  (PEG4000)  (Sigma-Aldrich) dan  lithium  triflat  (LiCF 3 SO 3 )  (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.
Peneiltian  yang  dilakukan  terdiri dari  2  tahapan  yaitu  preparasi  dan
Kajian  Hasil  Pengujian,...Kartika  S.,  Agung  B.S.U.,  Parmin  L.T.  dan  Ampala  K.,...Sainmatika,...Volume 18,...No.2,...Desember 2021,...169-174
pengujian  membran  polimer  kitosan, kitosan/PEG4000  dan  kitosan/PEG4000 dengan  garam  LiCF 3 SO 3 .    Tahapan preparasi  pembuatan  membran  adalah dengan  melarutkan  serbuk  kitosan sebanyak 1 gram  ke dalam larutan asam asetat  (CH 3 COOH)  sebanyak  100  ml. Larutan  kitosan  diaduk    menggunakan magnetik stirrer dengan variasi kecepatan dan suhu tertentu selama 15 menit hingga homogen.  Setelah  itu,  PEG4000  dan garam  LiCF 3 SO 3 ditambahkan  ke  dalam larutan  kitosan  1%  sambil  distirrer selama 1 jam hingga larutan kitosan/PEG4000/LiCF 3 SO 3 homogen.
Kemudian, larutan kitosan/PEG 4000/LiCF 3 SO 3 dicetak  ke  dalam  cawan petri  dan  dikeringkan  pada  suhu  60  0C selama  2  hari  menggunakan  dried  box. Membran  kitosan,  kitosan/PEG  4000 dengan  garam  LiCF 3 SO 3 yang  sudah kering  dan  siap  dilakukan  pengujian menggunakan X-Ray  Diffraction (XRD) dan
Electrochemical Impedance
Spectroscopy (EIS).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a.    Hasil  Uji  XRD  Membran  Polimer Kitosan, Kitosan/PEG4000 dengan garam LiCF 3 SO 3 Membran polimer membran polimer kitosan,  kitosan/PEG4000  dengan  garam LiCF 3 SO 3 yang digunakan dalam pengujian XRD seperti Gambar 1. Gambar 1. Membran Polimer
Hasil  pola  difraksi  XRD  untuk membran  kitosan,  kitosan/PEG4000  dan
kitosan/PEG4000 dengan LiCF 3 SO 3 pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2 Pola Difraksi Membran Polimer Kitosan
Gambar  3.  Pola  XRD  Membran  Polimer Kitosan/PEG4000,dan Kitosan/PEG4000  dengan  garam LiCF 3 SO 3
Gambar  2  menunjukkan  pola difraksi  membran  polimer  kitosan. Puncak tertingi membran polimer kitosan berada  di  sudut,  2θ  =  21,45 0 dan membentuk fase semikristalin. Sedangkan,  Gambar  3  menunjukkan membran polimer kitosan/PEG4000 mengalami  penurunan  intensitas  dan terjadi  pelebaran  puncak  pada  sudut 23,45 0 dan  membentuk  fase  amorf. Membran kitosan/PEG4000 dengan garam  LiCF 3 SO 3 terbentuk  dua  puncak tajam  di  sekitar  sudut  2θ  =  17,65 0 dan 23,54 0 .
Kajian  Hasil  Pengujian,...Kartika  S.,  Agung  B.S.U.,  Parmin  L.T.  dan  Ampala  K.,...Sainmatika,...Volume 18,...No.2,...Desember 2021,...169-174
Pergeseran  pola  difraksi  terjadi akibatnya  interaksi  antara  molekul kitosan  dengan  PEG4000  dan  garam  Li + yang  terkandung  dalam  LiCF 3 SO 3 yang menyebabkan  perubahan  struktur  fase membran  polimer  tersebut  dari  fase amorf  ke  fase  semi  kristalin.    Perubahan fase tersebut ditunjukkan dengan terjadinya  peningkatan  nilai  intesitas pada  membran  kitosan/PEG4000  dengan garam LiCF 3 SO 3 .
Ukuran  kristalin  dari  membran kitosan, kitosan/PEG4000 dan kitosan/PEG4000 dengan garam LiCF 3 SO 3 ditentukan menggunakan persamaan Scherrer yaitu :
Dengan d adalah ukuran kristalin (nm). k adalah  konstanta  scherrer  (=  0,89 – 0,9). λ  adalah  panjang  gelombang  sinar -X  (= 1,54  nm)    dan  β  adalah  lebar  setengah puncak (FWHM) (rad). Hasil pengukuran ukuran  kristalin  untuk  membran  kitosan,
membran kitosan/PEG4000 dan kitosan/PEG4000 dengan garam LiCF 3 SO 3 seperti Gambar 4.
Gambar 4. Hubungan antara 2θ dengan ukuran kristalin
Ukuran  kristalin  terbesar  yaitu sampel membran kitosan/PEG4000 dengan  garam  LiCF 3 SO 3 sebesar  4,183 nm  dan  terkecil  pada  sampel  membran kitosan/PEG4000  sebesar  2,474  nm.
Ukuran  kristalin  merupakan  ukuran partikel yang memiliki efek pada struktur suatu kristal.  Perubahan ukuran kristalin memberikan
gambaran adanya ketidakmurnian  atau  cacat  kisi  pada struktur  kristal.    Peningkatan  ukuran kristalin menunjukkan terjadinya interaksi  antara  ion  Li + dengan  kation dalam  kitosan/PEG4000 sehingga terjadi tarik  menarik  dan  membentuk  gabungan antar partikel
b.  Hasil  Uji  EIS  Membran  kitosan, kitosan/PEG  4000  dengan  garam LiCF 3 SO 3
Konstanta dielektrik membran polimer  kitosan/PEG  4000    dan kitosan/PEG4000 dengan garam
LiCF 3 SO 3 seperti  Gambar  5.  Hasil  uji EIS  menunjukkan  adanya  peningkatan nilai konstanta dielektrik untuk membran kitosan/PEG4000,  dan  kitosan/PEG4000 dengan garam LiCF 3 SO 3 sebesar 3,4 dan 16,6 x 10 3 (Gambar 5.) .
Gambar  5.  Hasil  uji  EIS  untuk Membran  Kitosan/PEG4000  dan Kitosan/PEG4000  dengan  garam LiCF 3 SO 3
Fenomena  dielektrik  terjadi  apabila medan  listrik  melewati  media  dieletrik maka  kuat  medan  listrik    yang dibutuhkan  untuk  melewati  media tersebut  dipengaruhi  oleh  kemampuan
Kajian  Hasil  Pengujian,...Kartika  S.,  Agung  B.S.U.,  Parmin  L.T.  dan  Ampala  K.,...Sainmatika,...Volume 18,...No.2,...Desember 2021,...169-174
media  tersebut  terpolarisasi  sebagai respon terhadap perubahan medan listrik.

## KESIMPULAN
Hasil pengujian XRD untuk membran polimer kitosan, kitosan/PEG4000  dan  kitosan/PEG4000 dan  garam  LiCF 3 SO 3 menunjukkan bahwa  terjadi  perge seran  pada  sudut  2θ sehingga  terbentuk  fase  amorf,  dan semikristalin.    Ukuran  kristalin  yang dihasilkan  mengalami  penigkatan  pada penambahan garam LiCF 3 SO 3 .
Pengujian EIS menghasilkan konstanta  dilektrik  yang  meningkat  pada membran polimer kitosan/PEG4000 dengan garam LiCF 3 SO 3 . Grafik konstanta  dielektrik  terjadi  kenaikan drastis pada frekuensi rendah mengindikasikan  adanya  kontribusi  dari akumulasi  muatan  pada  daerah  antar muka antara elektrolit dan elektroda. Membran polimer kitosan, kitosan/PEG4000  dan  kitosan/PEG4000
dengan  garam  LiCF 3 SO 3 menghasilkan membran    yang  lebih  fleksibel  dan tidak bersifat  higroskopis.    Membran  polimer kitosan/PEG4000 dengan
garam LiCF 3 SO 3 dapat  juga  digunakan  sebagai bahan alternatif sintesis membran polimer elektrolit baterai sekunder.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada Kementrian Ristek/BRIN melalui Universitas  Jenderal  Soedirman  melalui pendanaan BLU Skim Riset Peningkatan Kompetensi Tahun 2021.

## DAFTAR PUSTAKA
A. Badawi, E. M. Ahmed, N. Y. Mostafa,
F.  Abdel-Wahab,  dan  S.  E.
Alomairy.  (2017).  Enhancement  of the optical and mechanical properties of chitosan using Fe 2 O 3
nanoparticles.  J.  Mater.  Sci.  Mater. Electron. 28(10877 – 10884).
A.  Datta.  (2007).  Characterization  of Polyethylene  Glycol  Hydrogels  for Biomedical  Applications,  Thesis, University of Pune, India.
E.  Rochima,  Azhary,  S.Y.,  Prata,  R.I., Panatarani, C., dan Joni, I.M. (2016). Preparation  and  characterization  of nano  chitosan  from  crab  shell  waste by beads milling method. International  conference  on  Food Science and Engineering. 193(1-6). M.  Barchuk.  (2016).  Structure  and surface properties of chitosan/PEO/gelatin nanofibrous membrane.  J. Polym. Res. 23(1 – 7). MF.,  Shukur,    Ithnin.  R.,  dan  Kadir. MFZ.  (2013).  Proton  Conducting polymer electrolyte based on plasticitized chitosan/PEO blend and application in electrochemical
devices.    Optical  Materials.    35 (1834-1841). O.  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). 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).
S.  Kartika,  E.  Suharyadi,  Roto,  dan  A. Kamsul. (2018). Microstructures and Functional  Group  Properties  of Nano-Sized  Chitosan  Prepared  by Ball  Milling.  Material  Science Forum.  948(192-197).
T.Y., Liu, Ma, Y., Yu, S.F., Shi, J.,  dan Xue,  S.  (2011).    The  effect  of  ball milling  treatment  on  structure  and porosity  of  maize  starch  granule.
Kajian  Hasil  Pengujian,...Kartika  S.,  Agung  B.S.U.,  Parmin  L.T.  dan  Ampala  K.,...Sainmatika,...Volume 18,...No.2,...Desember 2021,...169-174
Innovative Food Science and
Emerging  Technologies.  12(586-
593).
W.L.,  Ker,  Ward,  SDW.,  McWatters, KH.,  dan  Resurreccion,  AVA. (2000). Effect of milling and particle size on functionality and physicochemical properties of
cowpea flour.  American Association of Cereal Chemists Inc.  Publication, 77(213-219). W., Zhan, Zhang, J.,  dan Xia, W. (2014). Effect  of  ball  milling  treatment  on physicochemical  and  structural properties of
chitosan.
International  Journal  of  Food Properties. 17(26-37).