BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Permasalahan

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Perkembangan nanopartikel saat ini sangat pesat. Dalam beberapa puluh tahun terakhir berbagai negara di Eropa, Amerika, Australia dan sebagian Asia mengarahkan fokus utama riset dan penelitian mereka kepada penelitian dan pengembangan untuk material nano (Arryanto, 2007). Hal tersebut tidak lain karena material nano menawarkan keunggulan dan potensi pemanfaatan dalam berbagai sektor kehidupan. Nanopartikel merupakan partikel yang memiliki ukuran nm (Mila, 2011). Nanopartikel ini menarik minat ilmuwan karena sifat-sifat yang dimiliki oleh nanopartikel yang menunjukkan perbedaan dan keunggulan jika dibandingkan dengan material berukuran bulk-nya. Perbedaan sifat tersebut ditinjau dari sifat fisika, kimia dan biologi, seperti sifat elektronik, optis, magnetik, reaktivitas dan sifat-sifat lainnya. Keunggulan sifat pada nanopartikel dipengaruhi oleh dua hal. Pertama adalah pengaruh luas permukaan spesifik partikel, dimana partikel berukuran nano memiliki luas permukaan spesifik yang lebih besar dibandingkan dengan material bulk sehingga reaksi yang terjadi pada nanopartikel akan lebih efektif jika dibandingkan dengan reaksi yang terjadi pada material bulk-nya (Amiruddin dan Taufikurrohmah, 2013) dan (Arryanto, 2007). Kedua adalah pengaruh fenomena kuantum pada nanopartikel dimana terjadi pembatasan ruang gerak elektron dan pembawa muatan lainnya di dalam sebuah partikel sehingga energi band gap meningkat, pita energi kontinyu pun tergantikan menjadi energi diskrit. Hal ini menyebabkan beberapa perbedaan sifat seperti perubahan warna, transparansi, konduktivitas listrik, kekuatan mekanik dan magnetisasi (Shabrina, 2011). Aplikasi dari pembuatan dan pemanfaatan nanopartikel mencakup hampir semua bidang teknologi, yakni tekstil, biomedis, kesehatan, pertanian, elektronik, industri, energi terbarukan, dan lingkungan (Salminen, 2013). Pada bidang industri 1

2 2 misalnya, nanopartikel diaplikasikan pada pewarna lipstik dan tabir surya, pembuatan komposit, pelapisan permukaan, pembuatan cat untuk mengecat pesawat terbang, pembuatan layar (display) dan sebagainya. Pada bidang elektronik, nanopartikel diaplikasikan pada pembuatan baterai, pembuatan chip komputer, penyimpanan informasi dynamic random-access memory (DRAM), digital video disc (DVD) atau compact disc (CD), optoelektronik, sensor dan pembuatan material magnetik. Pada bidang energi terbarukan diaplikasikan pada pembuatan fuel cell dan aditif bahan bakar. Pada bidang lingkungan, nanopartikel diaplikasikan pada pemurnian air. Pada bidang kesehatan, nanopartikel diaplikasikan untuk penghantaran obat (Arryanto, 2007). Salah satu nanopartikel yang sekarang banyak diteliti dan menarik minat para ilmuwan untuk dikembangkan adalah nanopartikel emas. Sintesis nanopartikel emas merupakan salah satu sintesis nanopartikel yang paling banyak mendapat perhatian. Hal ini karena sifat-sifat nanopartikel emas yang berbeda dari emas dalam ukuran bulk-nya dan potensi nanopartikel emas yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai macam bidang teknologi. Sifat-sifat nanopartikel emas yang berbeda dari material bulk-nya yaitu menyerap kuat cahaya hijau dan memantulkan cahaya merah, dapat berfungsi sebagai saluran elektron, bersifat semikonduktor dan kekuatannya meningkat tetapi titik lelehnya turun tidak jauh di atas suhu ruang (Shabrina, 2011). Selain itu, sifat unggul dari logam emas yang lain adalah tahan terhadap asam dan korosi, penghantar panas dan listrik yang baik (Shabrina, 2011) serta toksik selektif terhadap sel kanker tapi tidak pada sel normal (Sari, 2012). Pemanfaatan nanopartikel emas saat ini diantaranya untuk diagnosis, katalisis, terapistik, penghantaran obat pembunuh kanker, sensor optik (Haiss, 2007) dan sensor ion logam (Shabrina, 2011). Banyaknya aplikasi yang dapat dimanfaatkan dari adanya nanopartikel emas mendorong pembuatan nanopartikel emas dengan ukuran yang terkecil menjadi suatu permasalahan yang harus menjadi perhatian dan dicari solusinya. Hingga saat ini, ada dua metode yang dapat digunakan untuk membuat nanopartikel emas, yaitu

3 3 metode top down atau metode fisika dan metode bottom up atau metode kimia. Metode top down adalah suatu metode untuk mendapatkan nanopartikel emas dengan cara memotong-motong atau menghancurkan material dengan ukuran yang besar agar menjadi berukuran nano. Misalnya melakukan irradiasi emas menggunakan sinar laser, kondensasi gas inert dan termolisis dari kompleks emas. Sedangkan pada metode bottom up nanopartikel emas didapatkan dengan cara menata atom-atom sehingga berukuran nano, misalnya reduksi HAuCl4 dengan pereduksi natrium borohidrat dan asam askorbat (Arryanto, 2007) dan (Shabrina, 2011). Ada banyak metode dalam membuat nanopartikel dan dari berbagai metode pembuatan nanopartikel emas yang disebutkan tersebut, metode laser ablasi merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mendapatkan nanopartikel emas. Metode pembuatan nanopartikel emas menggunakan sinar laser menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan metode yang lain. Pertama, metode ini bersih dan mudah. Tidak membutuhkan katalis dan dapat menghasilkan larutan nanopartikel murni tanpa campuran bahan yang lain. Kedua, metode ini menggunakan kondisi ruang biasa, tidak pada tekanan dan temperatur yang ekstrim. Ketiga, komposisi dari fase baru yang terbentuk dari sintesis nanopartikel dapat ditambahkan dengan bahan lain untuk menghasilkan campuran nanopartikel dengan tujuan penelitian lebih lanjut dan aplikasi yang lebih potensial. Keempat, fasa, ukuran, bentuk dan pola bisa dikontrol dengan mengatur parameter laser dan dibantu dengan penambahan garam anorganik dan medan listrik (Liu, 2010). Kelima, metode ini dapat digunakan untuk membuat nanopartikel dari hampir semua material solid (Elsayed, 2011). Selain mengenai metode, masalah yang masih muncul dalam pembuatan nanopartikel emas untuk digunakan dalam berbagai aplikasi adalah sifat dari nanopartikel emas yang dengan mudah dan cepat dapat beragregasi satu sama lain sehingga membentuk partikel-partikel yang lebih besar. Agregasi nanopartikel emas ini terjadi karena adanya interaksi gaya Van der Waals dari partikel-partikel nano yang menyebabkan partikel-partikel nano tertarik satu sama lain dan bergabung membentuk gumpalan partikel yang lebih besar. Karena itu, diperlukan

4 4 suatu zat penstabil sebagai zat pendukung untuk menjaga kestabilan ukuran nanopartikel. Salah satu jenis zat penstabil yang dapat digunakan adalah surfaktan (Mila, 2011). Surfaktan merupakan sebuah senyawa kimia yang terdiri atas gugus hidrofobik yang tidak suka dengan air dan gugus hidrofilik yang suka dengan pelarut air. Bagian hidrofobik surfaktan mampu berinteraksi dengan nanopartikel sehingga mencegahnya untuk beragregasi satu sama lain. Surfaktan digolongkan menjadi beberapa jenis sesuai dengan muatan yang dimiliki pada bagian aktif permukaannya, yaitu surfaktan kationik, anionik, nonionik dan amfoter. Umumnya, gugus yang paling sering digunakan pada surfaktan anionik adalah sulfat (CnH2n+1OSO3 X), sulfonat (CnH2n+1SO3 X), karboksilat (CnH2n+1COO X) dan fosfat (CnH2n+1OPO(OH)O-X), pada surfaktan kationik senyawa yang paling umum digunakan adalah senyawa ammonium kuartener dan pada surfaktan nonionik senyawa yang paling banyak adalah ethylene oxide (Dipura, 2012). Beberapa penelitian hanya ditekankan pada satu jenis surfaktan seperti pada penelitian Sui (2006) yang membuat nanopartikel perak dengan penstabilnya adalah cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dan Abdelghany (2015) yang membuat nanopartikel emas dan perak dengan penstabilnya polyninylpyrrolidone (PVP). Pada penelitian Granata (2016) nanopartikel tembaga dibuat dengan metode kimia menggunakan pereduksi glukosa dan hydrazine serta tiga jenis surfaktan yang digunakan yaitu polyninylpyrrolidone (PVP), sodium dodecyl sulfat (SDS) dan cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). Berdasarkan penelitian dari Granata (2016), maka pada penelitian ini digunakan tiga jenis surfaktan, yaitu surfaktan nonionik menggunakan PVP, surfaktan anionik menggunakan SDS dan surfaktan kationik menggunakan CTAB sebagai zat penstabil nanopartikel emas untuk mengetahui efektifitasnya dalam menstabilkan ukuran nanopartikel emas. Penelitian ini difokuskan pada fabrikasi nanopartikel emas pada kondisi optimum menggunakan metode laser ablasi dengan parameter yang ditekankan adalah energi keluaran laser, waktu ablasi dan penambahan surfaktan PVP, SDS dan CTAB sebagai agen penstabil. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh energi laser, lamanya waktu ablasi dan penambahan surfaktan terhadap

5 5 ukuran partikel dan kestabilannya. Adapun analisa terhadap ukuran dan bentuk nanopartikel emas yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan Spektrofotometer UV-Vis dan transmission electron microscopy (TEM). 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Bagaimanakah optimasi fabrikasi nanopartikel emas menggunakan metode laser ablasi? 2. Bagaimanakah pengaruh parameter optimasi fabrikasi, yaitu energi laser dan waktu ablasi terhadap ukuran nanopartikel emas? 3. Bagaimanakah pengaruh penambahan beberapa macam surfaktan terhadap ukuran partikel dan kestabilannya? 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini ditekankan pada cara fabrikasi nanopartikel emas pada kondisi optimum menggunakan metode laser ablasi dan analisa ukuran partikel dan kestabilannya dengan parameter energi laser (36 mj, 29 mj dan 20 mj), waktu ablasi (60 menit, 30 menit dan 15 menit) dan penambahan surfaktan (surfaktan anionik dengan SDS, surfaktan kationik dengan CTAB dan surfaktan nonionik dengan PVP) menggunakan Spektrofotometer UV-Vis dan transmission electron microscopy (TEM). 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Mendapatkan nanopartikel emas dengan kondisi optimum menggunakan metode laser ablasi 2. Menganalisis pengaruh variasi energi laser dan waktu ablasi terhadap ukuran nanopartikel emas yang dihasilkan 3. Menganalisis pengaruh variasi jenis surfaktan terhadap ukuran nanopartikel emas yang dihasilkan dan kestabilannya

6 6 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pengaruh variasi energi laser, waktu ablasi dan penambahan surfaktan terhadap ukuran partikel dan kestabilannya dalam fabrikasi nanopartikel emas dengan metode laser ablasi dan dapat dijadikan sebagai acuan untuk penelitian selanjutnya serta memberikan sumbangsih besar dalam kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 bab yaitu pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran serta lampiran. BAB I merupakan pendahuluan yang berisikan latar belakang masalah yang menghasilkan batasan masalah. Adanya batasan masalah ditujukan agar penelitian ini sesuai dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan. BAB II berisi tentang tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitian yang berkaitan dengan fabrikasi nanopartikel emas dengan menggunakan metode laser ablasi BAB III berisi dasar teori yang berhubungan dengan fabrikasi nanopartikel emas dengan menggunakan metode laser ablasi BAB IV menjelaskan tentang metode penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam fabrikasi nanopartikel emas serta langkah kerja dalam penelitian. penelitian. selanjutnya BAB V menunjukkan hasil penelitian dan pembahasan dari setiap proses BAB VI memuat kesimpulan dan hasil eksperimen dan saran bagi penelitian Daftar pustaka berisi tentang seluruh pustaka yang diacu oleh penulis dan lampiran berisi data-data dan perhitungan yang diperoleh dalam penelitian.