BAB 2 sebelum gambar 2.8

BAB 2

KAJIAN PUSTAKA

A.    Material Organik

Di alam banyak terdapat material- material yang dapat difungsikan sebagai bahan yang lebih berguna dari sebelumnya. Seperti halnya material organik yang merupakan material yang berasal dari alam seperti hewan dan tumbuhan berkaitan dengan organisme (makhluk hidup). Hasil penelitian pada abad ke-18 menyimpulkan bahwa ada perbedaan yang nyata antara senyawa organik dan anorganik yaitu senyawa organik lebih rumit strukturnya dan membentuk rantai karbon. Seorang ilmuan dari swedia bernama Berzellius (1815) menyatakan bahwa pembentukan senyawa organik mengikuti hukum-hukum kimia yang berbeda dengan yang berlaku dalam pembentukan senyawa anorganik. Hal ini memberikan pengertian bahwa senyawa organik hanya dapat terjadi bila ada pengaruh dari daya yang dimiliki oleh makhluk hidup (teori vis vitalis) dan senyawa organik  tidak bisa dibuat melalui experiment di laboraturium. Pada tahun 1828 seorang ilmuan jerman Friedrich Wohler berhasil membuat ammonium sianat menjadi urea di laboratorium. Telah diketahui bahwa ammonium sianat merupakan senyawa anorganik sedangkan urea adalah senyawa organik. Hal ini membuktikan bahwa senyawa organik dapat dibuat dalam laboraturim. Kebenaran ini diperkuat dengan adanya pandangan Kolbe (1845) dalam sintesis asam asetat dan unsur-unsurnya, serta sintesis metana oleh Berthelot (1846) (Drs. Parlan, Msi dan Drs. Wahjudi, 3-4. 2005)

Dari kajian terhadap sejumlah besar senyawa organik mengandung unsur carbon dengan unsur tambahan yang biasanya menyertai bahan ini adalah nitrogen, oksigen, sulfur,halogen dan fosfor. Senyawa organik memiliki sifat ketika terkena pengaruh panas akan terdekomposisi, memiliki titik leleh rendah, senyawa organik tidak kental dan tidak berwarna (seperti etanol, karbon tetraklorinida), terdapat juga yang kental dan tidak menguap ( seperti gliserol). Titik didih zat cair yang titik didihnya tinggi bila didistilasi pada tekanan atmosfer dapat mengalami dekomposisi parsial atau menyeluruh. Oleh karena itu zat-zat tersebut harus didistilasi pada tekanan rendah (1-10 mmHg). Sebagian senyawa organik tidak dapat larut dalam air tetapi larut dalam pelarut- pelarut organik (alkohol, eter, aseton, dan sebagainya) dan reaksinya cenderung lambat. Senyawa organik dapat dklasifikasikan dengan beberapa cara misalnya atas dasar struktur atom karbonnya seperti ikatan tunggal, rangkap dan tripel.

 Kebanyakan dari bahan organik ini bersifat isolator, tetapi baru-baru ini bahan organik digunakan sebagai bahan konduktor, ferroelektrik dan semikonduktor dalam aplikasi elektronik (Anne arkenbout, 2010). Aplikasi material elektronik yang menggunakan bahan organik seperti yang diaplikasikan pada fleksibel display dan OLED (Organik Light Emitting Diodes) (Anna arkenbout, 2010). Material organik ini lebih banyak di dominasi oleh unsur karbon yang terhubung oleh ikatan kovalen. Ikatan kovalen adalah ikatan yang selalu melibatkan elektron yang berpasangan (dengan spin yang berlawanan) yang mengakibatkan hanya sedikit elemen yang mempunyai elektron yang seimbang untuk mencapai momen magnetik total. Elemen yang masuk dalam kategori ini adalah elemen-elemen transisi yang kulit-kulit subvalensinya tidak terisi seperti besi, kobalt dan nikel merupakan elemen yang paling dikenal.

Ikatan atom karbon dapat terdiri dari satu, ganda, dan tripel ikatan. Ikatan kovalen terbentuk diantara dua atom yang sama-sama ingin menangkap elektron (sesama atom bukan logam).

CH₃-C≡CH₃                                        Ikatan Triple

CH₃-CH=CH₂                                                 Ikatan rangkap

CH₃- CH₂C-CH₃                                        Ikatan Tunggal

            Bahan-bahan organik dapat dibagi menjadi dua kelompok: molekul-molekul kecil dan polimer. Polimer adalah rantai yang sangat panjang satuan berulang dari molekul organik kovalen terikat (monomer) yang membentuk struktur yang teratur. Pada penelitian ini akan membahas tentang kelompok yang satunya yaitu molekul-molekul kecil seperti atom yang membentuk kristal. Dalam kristal molekul tersusun dengan baik dengan interaksi vander waals atau ikatan hydrogen.

Material organik ini memiliki keuntungan pengolahan yang mudah, biaya yang rendah, dan mempunyai fleksibelitas serta tidak perlu menggunakan peralatan berteknologi tinggi untuk mengolahnya.

B.      Material Anorganik

            Selain material organik terdapat juga material anorganik yang merupakan semua yang tidak mengandung rantai karbon. Material ini banyak digunakan untuk aplikasi seperti besi, dan baja untuk kontruksi bangunan dan silikon untuk bahan elektronika. Material Anorganik ini cenderung memiliki ketahanan yang kuat dan bahan rumah tangga yang tahan lama . Material ini tidak larut dan memiliki temperature leleh yang tinggi (Anne Arkenbout,2010). Oleh karena itu bahan anorganik yang digunakan untuk aplikasi elektronik didasarkan pada evaporasi formal dan litografi yaitu membutuhkan peralatan berteknologi tinggi. Untuk transportasi listrik dalam perangkat elektronik biasanya menggunakan logam seperti tembaga, aluminium dan emas. Pada material anorganik ini banyak ditemukan interaksi van der waals, ionik, kovalen atau logam. Komponen anorganik dalam penelitian ini menggunakan interaksi ionik. Ikatan ionik ini terjadi ketika ion logam transisi (muatannya positif) dan halogen ( muatannya negative) saling tarik-menarik membentuk kisi-kisi di bawah temperature leleh.

            Semua material anorganik memiliki sifat magnetik tetapi tidak semua semua jenis magnet dapat digunakan untuk aplikasi elektronik. Dalam aplikasi elektronik bahan magnetik digunakan untuk mengirim atau menyimpan data serta transpormasi daya (Anna Ankerbout, 2010). Jenis magnet yang cocok dengan aplikasi ini adalah bahan yang bersifat ferromagnetik. Bahan ferromagnetik adalah gejala terjadinya perubahan polarisasi listrik secara spontanpada material tanpa gangguan medan listrik luar. Bahan ferromagnetik merupakan kelompok material dielektrik yang dicirikan dengan kemampuan untuk membentuk kurva histerisis yaitu kurva yang menghubungkan antara medan listrik dan polarisasi. Contoh bahan ferromagnetik adalah besi, nikel , kobalt dll.

             Pada bahan ferromagnetism terdapat dua hal penting yang harus terpenuhi yaitu, adanya dipole magnetik dan interaksi yang dapat menyeimbangkan momen dipole dari bahan tersebut. Dapat diambil contoh unsur logam transisi dengan subkulid- d pada ion netral. Orbital terluar dari subkulid d dipengaruhi oleh bidang kristal sehingga pergerakan dibatasi yang menyebabkan ikatan tidak stabil. Dalam kenyataanya momen magnetik dari ion logam transisi bergantung pada kulit d yang berpasangan. Hal ini dapat dijelaskan bahwa jumlah elektron dalm kulit-d dari logam transisi adalah sama dengan jumlah golongan dikurangi dengan bilangan oksidasi dari ion logam. Misalnya Mn termasuk dalm golongan 7, dalam hibrida Mn memiliki ion 2+ sehingga menjadi Mn²⁺. Dengan demikian jumlah electron di kulit-d 7-2= 5. Seperti terlihat pada gambar 2.2  dibawah ini.

Gambar 2.1 menjelaskan kelima elektron menempati orbitalnya sesuai dengan aturan hund. Masing-masing orbital diisi dengan satu orbital. Dalam kristal masing-masing logam transisi dikelilingi oleh anion yang disebut ligan. Ligan ini mempengaruhi energy dari orbital d, sehingga sebagian terdegenerasi dan sebagian menghilang.

            Material anorganik sudah sering diteliti sebelumnya dengan menggunakan berbagai metode, seperti metode kopresipitasi, presipitasi, sonokimia, spin coating.

C.    Material Organik-anorganik hybrid

            Material organik-anorganik hybrid merupakan menggabungkan ketahanan bahan anorganik dengan proses organik, dengan menggabungkan unsur organik dan anorganik pada skala molekul  (Anne Arkenbout, 2010). Unsur organik dan anorganik masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan seperti yang dijelaskan pada uraian di atas. Maka dari itu pada penelitian ini mencoba untuk menggabungkan yang terbaik dari kedua material organik dan anorganik serta mengekplorasi kemungkinan organik-anorganik hybrid untuk aplikasi elektronik dengan menggabungkan antara sifat ferromagnetism dan semikonduktor. Bahan ini nantinya akan menjadi multiferoik yang merupakan gabungan dari dua bahan yang berbeda sifatnya dan memiliki fungsi ganda sebagai menyimpan dan memproses data yang kuat (Afrida Nur Afifa, 2008).

 

Gambar 2.2 Tabel periodik,semua material di dominasi oleh material anorganik. Dan material yang mengandung rantai karbon adalah material organik seperti yang ada dalam lingkaran hitam.

D.     Klasifikasi material organik anorganik hibrid

Material organik-anorganik ini diklasifikasikan berdasarkan konektivitas komponen organik dan anorganik dalam bahan kristal hybrid. Hanya terdapat ikatan kovalen dan ion, untuk jenis ikatan lainnya tidak termasuk seperti ikatan hydrogen dan van de waals. Klasifikasi ini dapat dilihat pada table 2.1 di bawah ini. Iⁿ dimensi dari material anorganik.

 

Table 2.3 klasifikasi dari Kristal material organik dan anorganik oleh Cheetham et al. Dan  klasifikasi dasar dari hubungan dimensi anorganik Iⁿ serta hubungan dimensi logam-organik-logam diadaptasi dari Cheetham et al.

Ketika material memiliki kelompok I², berarti kelompok ini memiliki hubungan 2 dimensi yang akan membentuk lembaran yang teratur. Oⁿ menunjukkan hubungan logam-organik-logam, seperti kelompok O³ dimana logam terikat dengan logam lain melalui molekul organik dalam tiga dimensi. Kelas I⁰O⁰ ,  I⁰O¹ dan I⁰O² . Seperti yang akan dijelaskan pada gambar 2. 2 di bawah ini.

 

Gambar 2.4 kotak hitam menunjukkan komponen anorganik dan lingkaran komponen organik yang dihubungkan dengan garis yang menunjukkan interaksi ionik atau kovalen.

Subklas I⁰Oⁿ (n ≥ 1) biasanya disebut dengan polimer koordinasi, karena terdiri dari logam-organik-logam-organik dalam satu garis lurus. Berbeda dengan polimer konvensional yang membentuk bahan kristal. Selain itu polimer koordinasi memiliki perbedaan dengan konvensional pada konektivitasnya yaitu polimer tradisional memiliki dimensi 1, sedangkan untuk polimer koordinasi bisa membentuk 1, 2, dan 3 dimensi. Hal ini tergantung dari ukuran komponen organic pada   material anorganik yang dapat direfleksikan pada material hybrid.

Pada material I^1-3O⁰ adalah kelas material organik anorganik hybrid yang berhubungan dengan material anorganik untuk interaksi magnetik yang kuat. Walaupun begitu material terbaik yang memberikan tingkat magnetik dengan temperature tinggi.

E.     Magnetik pada material organik anorganik hybrid I^1-3O⁰

            Pada materialorganik anorganik hybrid I^1-3O⁰ interaksi ion magnetik antara ion yang satu dengan yang lainnya saling berdekatan. Interaksi magnetik yang kuat yang memungkinkan material tersebut sebagai aplikasi elektronik. Hal ini dipengaruhi secara langsung oleh perubahan interaksi seperti pada karboksilat sulfonat, fosfonat nitro, dan material anorganik, dikarenakan jarak yang dekat antara pusat logam.

1.      Interkalasi

            Interkalasi ini terdiri dari lembaran material anorganik, dan material organik yang bergerak menyusup diantara tangga. Penambahan material organik ini akan membentuk organik anorganik hybrid, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.5 dibawah

 

Gambar 2.5 skema dari proses interkalasi. Kotak hitam merupakan material anorganik dan lingkaran merupakan komponen organik.

Interkalasi yang terjadi pada material magnetik yaitu pada senyawa dengan bahan dasar phosphorous trichalcochenides (MPS₃) (dengan M = logam transisi) yang berinterkalasi dengan (P₂S₆)^4-.

2.       Jembatan oksigen

              Jembatan oksigen material hybrid pada magnetik logam transisi dihubungkan oleh grup fosfonat, karboksilat, nitro atau sulfonat  seperti pada gambar 2.6 dibawah ini,

 

Gambar 2.6 bermacam-macam grup dari ligan yang digunakan untuk jembatan oksigen material organik anorganik hybrid.

Pada ion logam dikelilingi oleh octahedron dari atom hydrogen.masing-masing atom oksigen berpasangan dengan atom oksigen lainnya, sebagian octahedron yang berbeda adalah atom N, S, C atau P. Atom N, S, C atau P dihubungkan dengan dengan grup R yang terdiri atas atom setengah penuh dari atom hydrogen menuju molekul organik yang lebih besar, seperti rantai alkil atau cincin benzene. Pada gambar 2.4 adalah anorganik hybrid yang membentuk 2 dimensi yang tersusun teratur.

3.      Jembatan halida 

              Jembatan halida organik anorganik hybrid terdiri dari array anorganik ion logam yang dihubungkan melalui atom hydrogen tunggal. Komponen anorganik dapat membentuk bermcam-macam struktur dan dimensi, seperti struktur perovskite pada gambar 2.7 dibawah

 

Gambar 2.7 O⁰I² jembatan halogen anorganik hybrid yang berbentuk perovskite 2 dimensi.

Ion logam merupakan koordinat oktahedral dengan atom halogen yang terhubung pada ujung-ujungnya membentuk lembaran perovskite. Struktur perovskite memiliki 2 bentuk formula dengan muatan ion positif RNH₃⁺ sebagai material anorganik. R dapat merubah dari atom hydrogen menjadi molekul organik yang lebih besar, seperti rantai phenylethil atau alkana sampai n = 14.

Penelitian tentang material organik anorganik hybrid sudah pernah pernah di teliti sebelumnya yang diaplikasikan sebagai PABX telephone dan system intercom yang menoba membuat rangkaian untuk mengimplementasikan baterai feed (B), supervision (S), dan Hybrid (H) dengan hybrid sebagai film tebal (Elli Herlia Effendi, 1995), sebagai hybrid lapisan sirkuit dari pengaruh luar dan pengaruh buruknya lingkungan dengan bentuk film tebal (Elli Herlia E, Lia Muliani, 1996). Selain film tebal hybrid juga sudah diaplikasikan pada film hybrid untuk pembuatan rangkaian gelombang mikro (Gandi Sugandi, Elli Herlia E, Lia Muliani, 1995)  dan juga material organic- inorganic hybrid dalam bentuk nano    ( Yushiki Chujo, 2007).

Material organik anorganik hybrid CuCl₄ (C₆H₅CH₂CH₂NH₃)₂ sudah pernah diteliti sebelumnya oleh Anne Arkenbout yaitu MX₃₊₁ (Y-NH3) _{1+ x} di mana M adalah ion  magnetik transisi- logam divalen, X adalah ion halida dan Y adalah molekul (terkonjugasi) kecil organik yang didasarkan pada unsur Fe, Co, Ni merupakan logam transisi yang mengkrital dalam tiga struktur yang berbeda.