BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini peran nanoteknologi begitu penting dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi untuk kesejahteraan kehidupan manusia. Nanoteknologi merupakan bidang multidisiplin, mulai dari fisika terapan, ilmu material, sains koloid dan antarmuka, fisika alat, kimia supramolekul, robotika, teknik kimia, teknik mesin, rekayasa biologi, teknologi pangan dan tekno elektro. Nanoteknologi telah membuka jalan dan membangkitkan perhatian yang sangat besar bagi para peneliti di seluruh dunia untuk terus melakukan penelitian dan pengembangan. Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer (Abdullah dkk, 2010). Sederhananya, nanoteknologi merupakan lompatan teknologi untuk merekayasa benda-benda baru dari bendabenda yang sudah ada. Salah satu bidang nanoteknologi yang yang banyak di teliti saat ini adalah nanopartikel magnetik. Nanopartikel telah banyak dikaji untuk berbagai aplikasi teknologi dan dalam penelitian ilmu material, kimia, fisika, biologi, danilmulingkungan (Huang, 2006). Nanopartikel merupakan suatu partikel dengan ukuran nanometer, yaitu sekitar nm. Nanopartikel tersebut memiliki sifat fisik, kimia, mekanik, magnetik dan optik yang unik yang tidak dimiliki oleh material lainya (Ngarajan dan Hatton, 2008., Abdullah, 2009). Nanopartikel magnetik menunjukkan berbagai fenomena magnetik yang unik yang berbeda dari bulk-nya, sehingga dengan sifat tersebut dapat menguntungkan untuk berbagai aplikasi (Jun dkk, 2008) seperti fluida magnetik, katalis, bio-aplikasi, magnetic resonance imaging, dan media penyimpan data (Lu dkk, 2007). Sifat nanopartikel magnetik ditentukan oleh banyak faktor, diantaranya adalah komposisi kimia, ukuran dan bentuk partikel, morfologi, interaksi partikel dengan matriks dan partikel disekitarnya. Dengan 1

2 2 mengubah ukuran, bentuk, komposisi, dan struktur nanopartikel, sifat magnetik material dapat dikontrol (Gubin, 2005). Saat ini banyak dikembangkan penelitian tentang nanopartikel ferit spinel, hal ini dikarenakan bidang aplikasinya yang sangat luas yaitu dalam sistem penyimpanan data, transformator, memori komputer, induktor, recording heads, microwave dan diagnosa medis. Ferit spinel merupakan struktur kristal yang tersusun dari dua substruktur, yaitu struktur tetrahedral dan struktur oktahedral. Secara umum rumus kimia dari nanopartikel ferit spinel adalah MFe 2 O 4, dimana M mewakili ion logam divalen dengan jari-jari ionik sekitar 0,6-1,0 Å. Untuk nanopartikel ferit spinel, M merupakan logam transisi yaitu Cu, Zn, Ni, Co, Fe, Mn, Mg atau gabungannya seperti Mg-Ni dan Mg-Zn. Sifat bahan ini mempunyai permeabilitas dan hambatan jenis yang tinggi, koersivitas yang rendah. Nanopartikel ferit spinel merupakan ferit lunak yang mempunyai struktur kristal kubik. Salah satu riset dibidang nanopartikel ferit yang sedang banyak dilakukan yaitu studi mengenai nanopartikel magnesium ferrite (MgFe 2 O 4 ). Beberapa alasan yang menyebabkan MgFe 2 O 4 banyak menarik perhatian para peneliti dibandingkan ferit yang lainnya adalah potensinya yang besar untuk di aplikasikan karena MgFe 2 O 4 memiliki nilai magnetisasi saturasi yang tinggi, temperatur curie dan resistivitas listrik yang tinggi. MgFe 2 O 4 adalah soft magnetic material dan salah satu kelompok spinel invers yang sangat penting. MgFe 2 O 4 juga merupakan material semikonduktor tipe n yang dapat diaplikasikan sebagai adsorption, sensor, dan digunakan pada teknologi magnetik. Hal lain yang menarik dari MgFe 2 O 4 ini adalah sifat kimia dan stabilitas termalnya yang unik, serta ketergantungan sifat magnetik pada ukuran partikel. Nanopartikel MgFe 2 O 4 juga dapat berperilaku sebagai nanopartikel superparamagnetik. Ketika medan magnet eksternalnya dihilangkan, maka jumlahan momen magnetik dari nano partikel magnetik masing-masing berada dalam arah yang berbeda, dengan demikian keseluruhan momen magnetik bulk adalah nol. Ketika medan magnet eksternal diterapkan, magnetiknya dapat diinduksi untuk nanopartikel

3 3 magnetik ini. Hal ini terjadi karena adanya interaksi magnetik antara nanopartikel magnetik dengan medan magnet eksternal yang mempengaruhinya. Interkasi magnetik tersebut membuat magnetisasi nanopartikel magnetiknya sejajar. Sifat superparamagnetik umumnya muncul dari material ferromagnetik dan ferrimagnetik yang memiliki ukuran partikel yang sangat kecil (orde nanometer). Dengan demikian, kajian penelitian tentang pengontrolan distribusi ukuran nanopartikel dan sifat kemagnetan suatu material sangat dibutuhkan. Banyak macam metode yang digunakan untuk mensintesis dan mempelajari nanopartikel magnetik, diantaranya, dekomposisitermal, mikroemulsi, kopresipitasi, sol gel, hidrotermal, spray dan laser pyrolysis dan sonokimia (Lu dkk, 2007). Dalam penelitian ini, akan dilakukan riset mengenai nanopartikel MgFe 2 O 4 yang akan disintesis dengan metode kopresipitasi. Metode kopresipitasi ini dipilih karena prosedurnya yang relatif sederhana dan dapat menghasilkan ukuran butir yang sangat kecil. Selanjutnya, metode kopresipitasi juga menghasilkan nanopartikel dengan tingkat kemurnian yang cukup tinggi dan dapat meminimalisir terjadinya aglomerasi untuk pendekatan karakterisasi magnetik. Selain itu, karena dapat mengontrol ukuran kristalit, metode kopresipitasi dapat digunakan untuk mengevaluasi ketergantungan sifat magnetik terhadap ukuran kristalit (Qu, 2006). Penelitian ini mengkaji secara lebih rinci terkait pengaruh ukuran butir terhadap sifat kemagnetan nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan memvariasikan parameter sintesis diantaranya konsentrasi kopresipitan, suhu sintesis dan lama pengadukan. Dengan demikian diharapkan dari hasil penelitian ini dapat diperoleh informasi tentang pengaruh variasi parameter sintesis terhadap sifat magnetiknya serta diperoleh informasi tentang sifat nanopartikel MgFe 2 O 4 yang lebih baik dan efektif dalam pengaplikasiannya.

4 4 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan pada latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini ialah sebagai berikut : 1. Bagaimanakah cara mensintesis nanopartikel magnetik MgFe 2 O 4 dengan metode kopresipitasi? 2. Bagaimana pengaruh perubahan parameter sintesis (konsentrasi NaOH, suhu dan lama pengadukan) terhadap struktur kristal dan ukuran butir nanopartikel MgFe 2 O 4? 3. Bagaimana sifat kemagnetan nanopartikel MgFe 2 O 4 hasil sintesis dan kebergantunganya terhadap ukuran butir dan struktur kristalnya? 1.3 Batasan Masalah Pembahasan dalam penelitian ini dibatasi hanya pada pengkajian hubungan parameter sintesis terhadap karakteristik nanopartikel MgFe 2 O 4 yang meliputi ukuran butir partikel dan struktur kristal, dan analisis hubungan ukuran butir dan kristalinitas nanopartikel MgFe 2 O 4 yang dihasilkan dari variasi parameter sintesis terhadap sifat kemagnetannya. 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan diadakanya penelitian ini adalah : 1. Mensintesis nanopartikel magnetik MgFe 2 O 4 dengan metode kopresipitasi. 2. Menganalisis pengaruh parameter sintesis (konsentrasi NaOH, suhu dan durasi pengadukan) terhadap struktur kristal dan ukuran butir nanopartikel MgFe 2 O Menganalisis karakteristik kemagnetan nanopartikel MgFe 2 O 4 dan ketergantunganya terhadap ukuran butir dan struktur kristalnya. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat :

5 5 1. Memberikan informasi mengenai ukuran butir dan sifat kemagnetan nanopartikel MgFe 2 O 4 yang dapat digunakan sebagai material bahan penghantaran obat, katalis, purifikasi dll. 2. Memberi informasi dalam hal upaya pengontrolan ukuran nanopartikel MgFe 2 O 4 serta informasi sifat kemagnetanya. 3. Dapat dijadikan sebagai acuan dalam penelitian selanjutnya, dalam hal pengembangan sintesis nanopartikel MgFe 2 O Sistematika Penulisan Tesis ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut : 1. Bab I menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian mengenai sintesis dan karakterisasi nanopartikel magnetik MgFe 2 O 4, rumusan masalah, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. 2. Bab II berisikan tinjauan pustaka yang menjelaskan berbagai penelitian terdahulu mengenai metode sintesis nanopartikel magnetik MgFe 2 O Bab III menjelaskan teori dasar mengenai terminologi magnetik, jenis-jenis magnetik, domain magnetik, metode kopresipitasi, nanopartikel magnetik MgFe 2 O 4, teknik karakterisasi nanopartikel magnetik MgFe 2 O 4 dengan menggunakan X-ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), Fourier Transform Infra Red (FTIR) dan Vibrating Sample Magnetometer (VSM). 4. Bab IV menjelaskan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, prosedur penelitian, dan teknik pengolahan data. 5. Bab V menunjukkan hasil yang diperoleh dari hasil sintesis dan pembahasannya. 6. Bab VI menunjukkan kesimpulan dari hasil penelitian dan saran untuk penelitian di masa mendatang. 7. Daftar pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang diacu.

6 6 8. Lampiran berisi data-data dan perhitungan yang diperoleh dalam penelitian, serta dokumentasi penelitian.