Sintesis Nanokomposit AgNP-rGO-PANI dan Aplikasinya sebagai Tinta Konduktif pada Pembuatan Chipless RFID Sensor

Abstract

Chipless RFID sensor merupakan teknologi nirkabel yang dapat memberikan keunggulan sebagai media input data dalam rangkaian aktivitas sistem distribusi produk. Integrasi teknologi sensor dan RFID menghadirkan peluang baru dalam mengontrol dan memantau produk perishable. Namun disisi lain, kerumitan dan biaya produksi yang tinggi menjadikan teknologi ini kurang diminati oleh pelaku industri. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mengatasi hal tersebut adalah menggunakan metode fabrikasi yang relatif murah dan mudah, salah satunya adalah dengan teknologi screen printing. Namun, tantangannya adalah mendapatkan formulasi tinta serta material baru yang dapat menghasilkan sensor yang fleksibel, sensitif, dan konduktif. Bahan berbasis grafena telah menarik banyak perhatian sebagai material baru untuk bahan pembuatan elektronik cetak karena memiliki sifat kimia, listrik, mekanik yang luar biasa, serta kinetika transfer elektron yang cepat dan karakteristik elektrokatalitik yang kuat. Penambahan nanopartikel perak (Ag) dan polianilin dapat berfungsi sebagai pemberi jarak berskala nano yang akan meningkatkan jarak antar lembaran grafena sehingga menghambat terjadinya agregasi lembaran grafena. Berdasarkan latar belakang tersebut, tujuan penelitian ini adalah (1) mengkarakterisasi nanokomposit perak nanopartikel - grafena oksida tereduksi - polianilin (AgNP – rGO – PANI); (2) mengkarakterisasi tinta konduktif berbasis nanokomposit AgNP – rGO – PANI; dan (3) menguji respon sensor terhadap gas anorganik (NH3), gas organik (etanol), dan kelembaban udara. Metode penelitian terdiri dari tiga tahapan. Tahap pertama adalah sintesis nanokomposit AgNP-rGO-PANI menggunakan metode Hummers dan polimerisasi in situ anilin dan karakterisasi menggunakan instrumen fourier transform infra red (FTIR), Raman spektroskopi, scanning electron mikroskop (SEM), serta SEM-EDS. Tahap kedua adalah formulasi tinta konduktif menggunakan nanokomposit AgNPrGO-PANI, bahan tambahan tembaga (Cu), serta dua jenis agen pengikat (binder) berbeda yaitu polivinil alkohol (PVA) dan sodium silikat (SiO2:Na2O) dengan 4 kode formulasi yaitu A1B1, A1B2, A2B1, A2B2. Karakterisasi menggunakan instrumen SEM dan uji konduktivitas listrik menggunakan metode four point probe. Tahap ketiga adalah pencetakan sensor menggunakan metode screen printing dan pengujian terhadap gas amonia (NH3) dan etanol serta kelembaban udara. Hasil penelitian menunjukkan bahwa graphene berhasil disintesis dari serbuk grafit dan nanopartikel perak yang terbentuk pada lembaran grafena melalui polimerisasi in situ polianilin. Hasil ini diperoleh melalui karakterisasi SEM, Raman spektroskopi, dan karakterisasi FTIR. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa nanokomposit AgNP-rGO-PANI berhasil dicetak dengan metode screen printing pada substrat PET menggunakan empat formulasi tinta yang berbeda (A1B1, A1B2, A2B1, A2B2). Formulasi tinta yang menggunakan natrium silikat sebagai pengikat (A1B1, A1B2) telah menunjukkan konduktivitas listrik yang lebih baik, dan formulasi tinta yang menggunakan PVA sebagai bahan pengikat (A2B1, A2B2) menunjukkan fleksibilitas yang lebih baik. Pengujian respon sensor menunjukkan sensitivitas yang baik terhadap NH3, etanol, dan kelembaban udara.

Chipless RFID sensor is a wireless technology that can provide advantages in the product distribution system. Integration of physical parameter sensors with chipless RFID will open up a new domain for controlling and monitoring perishable items. However, the challenge is to obtain a material composition that provides a flexible, sensitive, and conductive sensor. This research aims to fabricate and characterize a chipless RFID sensor based on nanocomposite material (AgNP-rGO-PANI) with the screen printing method. This research was carried out in three stages: synthesis of AgNP-rGO-PANI nanocomposite, conductive ink formulation, and sensor fabrication. The results showed that graphene was synthesized successfully from graphite powder and silver nanoparticles formed on graphene sheets through in situ polymerization of polyaniline. These results were confirmed by the SEM, Raman Spectroscopy, and FTIR characterization. The results also showed that AgNP-rGO-PANI nanocomposite was printed successfully with the screen printing method on PET substrates using four different ink formulations (A1B1, A1B2, A2B1, A2B2). The sensors were composited with sodium silicate as a binder (A1B1, A1B2) had shown better conductivity, and sensors were composited with PVA (A2B1, A2B2) had shown better flexibility. The sensors had good sensitivity when exposed to NH3, ethanol, and humidity.