BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan Seiring dengan meningkatnya kebutuhan manusia maka kemajuan dibidang teknologi mutlak adanya guna menyokong kebutuhan manusia. Efek daripada hal tersebut kini semakin banyak teknologi-teknologi canggih yang ditemukan, dimana setiap tahunnya selalu mengalami inovasi. Majunya perkembangan teknologi ini tidak dapat lepas dari berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi dibidang nano. Ilmu pengetahuan dan teknologi dibidang nano atau yang lebih dikenal dengan nanosains dan nanoteknologi merupakan ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer (Abdullah & Khairurrijal, 2009). Dewasa ini nanosains dan nanoteknologi mengalami perkembangan yang sangat signifikan diberbagai bidang, baik dalam dunia material dan manufacturing (Aitken, et al., 2006), elektronika (Guo & Tan, 2009), lingkungan (Dong, et al., 2014), medis (Dong, et al., 2012), energi (Hussein, 2015), pangan (Chellaram, et al., 2014), dan lain lain (Arivalagan, et al., 2011). Melalui nanosains dan nanoteknologi yang mampu merekayasa sifat serta struktur material berukuran nano, berbagai material telah banyak dikembangkan diberbagai teknologi sehingga menghasilkan sistem kerja dan kualitas yang lebih baik (Luther, 2004). Pada dasarnya, penelitian dibidang nanosains dan nanoteknologi mengkaji tentang ilmu dan teknik design, fabrikasi, serta aplikasi dari nanomaterial atau nanostruktur, termasuk di dalamnya mengkaji tentang sifat fisika, kimia, dan fenomena dari nanomaterial (Cao, 2004). Nanomaterial merupakan Suatu material dengan ukuran diameter yang lebih kecil dari 1 mikron (1-100 nm) (Das & Ansari, 2009). Salah satu contoh dari nanomaterial ini adalah nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik merupakan material nanopartikel yang dalam aplikasinya direkayasa atau dimanipulasi dibawah pengaruh medan magnet eksternal. Nanopartikel magnetik menunjukkan berbagai fenomena magnetik yang unik yang berbeda dari bulk-nya, sehingga dengan sifat tersebut dapat 1

2 2 menguntungkan untuk berbagai aplikasi (Jun, et al., 2008). Salah satu keistimewaan yang dimiliki nanopartikel terkait dengan ketergantungan ukurannya adalah adanya fenomena superparamagnetik. Hal ini dijelaskan oleh Jun, et al., pada tahun 2008 bahwa material bulk mempunyai energi anisotropik magnetik yang lebih besar dari pada energi termalnya (kt), sedangkan pada nanopartikel energi termalnya cukup untuk merubah arah spin magnetik. Fluktuasi magnetik tersebut menghasilkan momen magnet rata-rata bernilai nol, dan perilaku ini disebut dengan superparamagnetik. Karena sifat unik inilah kemudian nanopartikel magnetik dapat diaplikasikan dalam banyak bidang. Salah satu aplikasi nanopartikel magnetik adalah pada bidang biomedis diantaranya sebagai penguat sinyal dari spektroskopi biosensor surface plasmon resonance (SPR), analisis DNA, hyperthermia, contrast agent dalam teknik diagnosa Magnetic Resonance Imaging (MRI) dan Drug Delivery System. Pemanfaatan sifat indeks bias dari nanopartikel magnetik, memungkinkan untuk mengkontruksi biosensor SPR menggunakan nanopartikel magnetik sebagai bahan penguat sinyal (Wang, et al., 2010). Salah satu nanopartikel magnetik yang saat ini banyak dipelajari adalah nanopartikel magnetik zinc ferrite (ZnFe2O4). Hal tersebut dikarenakan sifat kimia dan stabilitas termalnya yang unik, ketergantugan sifat magnetik pada ukuran partikel (Buschow, 2005), kekerasan mekanik, koersivitas rendah, dan magnetisasi saturasi sedang, yang mana membuat ZnFe2O4 bagus untuk aplikasi sebagai material soft magnet dan material low-loss pada frekuensi tinggi (Naseri, et al., 2011). Nanopartikel magnetik ZnFe2O4 memiliki sifat magnetik berbeda bila dibandingkan dengan spinel ferrite lainnya. Dimana salah satunya dapat bersifat superparamagnetik pada suhu kamar (Shahraki, et al., 2012). Berdasarkan sifat-sifat yang dimilikinya, nanopartikel ZnFe2O4 berpotensi untuk diaplikasikan sebagai fotokatalis (Fan, et al., 2009), MRI (Wan, et al., 2012), terapi (Meidanchi, et al., 2014), sensor gas (Niu, et al., 2004), dan bahan semikonduktor. Nanopartikel magnetik dapat disintesis melalui berbagai metode, yakni dapat dilakukan dengan metode sol gel, kopresipitasi, teknik hidrotermal, template synthesis, teknik mikroemulsi, elektrokimia, aerosol, dan sonochemical (Mohapatra & Anand, 2010). Kopresipitasi merupakan metode yang banyak digunakan untuk mensintesis nanopartikel ferrite karena prosesnya yang sederhana dan mudah,

3 3 seperti dapat dilakuakan pada temperature rendah dan tanpa proses kalsinasi pada suhu tinggi. Selain itu metode kopresitasi dapat menghasilkan nanopartikel dengan tingkat kemurnian yang tinggi dan tanpa aglomerasi sehingga lebih cocok untuk mengkarakterisasi sifat magnetik. Disisi lain karena ukuran partikel yang bisa dikontrol menjadikan metode kopresipitasi ini dapat digunakan untuk mengevaluasi sifat magnetik nanopartikel berdasarkan ukuran partikelnya (Shahraki, et al., 2012). Dalam penerapannya dibidang nanoteknologi, material nanopartikel magnetik tidak begitu saja dapat langsung diaplikasikan melainkan harus melalui berbagai kajian penelitian yang mana penelitian tersebut dimaksudkan untuk mengetahui kualitas dari bahan nanopertikel tersebut sehingga nantinya nanopartikel yang diaplikasikan dapat sesuai dengan standar yang diinginkan. Salah satu parameter yang menjadi kajian dari nanopartikel adalah sifat kemagnetannya, dimana kajian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas material nanopartikel magnetik dan menentukan sifat kemagnetan dari material tersebut. Mengingat fungsinya tersebut maka kajian sifat kemagnetan sangat penting untuk dilakukan dalam bidang nanoteknologi terutama yang berkaitan dengan material magnetik. Sifat magnet dari nanopartikel dapat dikaji dengan berbagai cara dimana salah satunya dengan mengukur tetapan suseptibilitas dari nanopartikel tersebut. Tetapan suseptibilitas pada suatu nanopartikel magnetik mungkin memiliki perbedaan dengan tetapan suseptibilitas pada material bulk mengingat keunikan sifat magnetik dari material berukuran nano jika dibanding material ukuran bulk (Jun, et al., 2008). Pada material nanopartikel magnetik nilai suseptibilitas mungkin saja dipengaruhi oleh ukuran partikel, struktur kristal, dan kehadiran fasa pengotor yang mana pada material nano ketiga faktor tersebut sangat bepengaruh terhadap sifat fisika dari material. Hal ini sangat mungkin mengingat pada material nano atom-atom penyusunnya memiliki luas permukaan yang jauh lebih besar daripada volumenya sehingga atom-atomnya akan lebih reaktif ketika diberi pengaruh dari luar. Selain itu interaksi antaratomnya sangat kecil sehingga atom-atom penyusunnya dapat lebih mudah terpengaruh dari luar. Pada penelitian ini akan dilakukan sintesis nanopartikel magnetik ZnFe2O4 dengan menggunakan metode kopresipitasi. Suhu presipitasi dan durasi pengadukan divariasi untuk memperoleh ukuran partikel hasil sintesis yang

4 4 bervariasi. Selanjutnya akan dilakukan karakterisasi magnetik pada ZnFe2O4 hasil sintesis dengan melakukan pengukuran tetapan suseptibilitas ZnFe2O4 menggunakan metode Gouy guna mengetahui sifat kemagnetan dari ZnFe2O4 serta hubungan tetapan suseptibilitas dengan ukuran butir dan parameter kisi. Rumusan Masalah Berdasarkan uraian dalam latar belakang permasalahan diatas, maka dibuat rumusan masalah sebagai berikut. 1. Bagaimana melakukan pengukuran tetapan nilai suseptibilitas magnetik pada nanopartikel magnetik ZnFe2O4 dengan menggunakan metode Gouy. 2. Bagaimana pengaruh ukuran butir dan struktur kristal ZnFe2O4 terhadap nilai suseptibilitas magnetnya. Batasan Masalah Batasan Permasalahan dalam penelitian ini adalah untuk mengukur nilai tetapan suseptibilitas magnetik nanopartikel ZnFe2O4 yang diukur dengan metode Gouy untuk mengetahui pengaruh ukuran dan struktur kristal nanopartikel terhadap suseptibilitas magnetik pada 5 variasi sampel ZnFe2O4 serta untuk mengetahui berapa variasi suhu dan waktu pengadukan dalam metode sintesis kopresipitasi yang dapat menghasilkan nanopartikel ZnFe2O4 dengan nilai suseptibilitas magnetik yang terbaik pada 5 variasi sampel ini. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian pengukuran nilai tetapan suseptibilitas magnetik nanopartikel ZnFe2O4 adalah sebagai berikut. 1. Mengukur nilai suseptibilitas magnetik dari kelima variasi sampel nanopartikel ZnFe2O4 dengan menggunakan metode Gouy. 2. Menentukan pengaruh ukuran butir dan struktur kristal nanopartikel ZnFe2O4 terhadap nilai tetapan suseptibilitas magnetiknya. Manfaat Penelitian Pada penelitian berjudul studi hubungan antara tetapan suseptibilitas, struktur kristal, dan ukuran butir pada nanopartikel magnetik ZnFe2O4 ini diharapkan dapat memberikan manfaat berupa informasi terkait sifat magnet pada

5 5 nanopartikel ZnFe2O4, yaitu tentang hubungan antara ukuran butir dan struktur kristal dan pengaruhnya terhadap tetapan nilai suseptibilitas magnetik nanopartikel ZnFe2O4 yang mana dengan informasi tersebut diharapkan dapat menjadi acuan bagi peneliti-peneliti lain yang akan melanjutkan penelitian dalam bidang nanopartikel magnetik ataupun aplikasinya terutama yang terkait dengan nanopartikel ZnFe2O4. Sistematika Penulisan Dalam penulisan skripsi ini dibagi menjadi enam bagian antara lain : pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran, serta lampiran. BAB I merupakan pendahuluan yang berisikan latar belakang masalah ditujukan agar penelitian ini menghasilkan batasan masalah. Adanya batasan masalah ditujukan agar penelitian ini sejalan dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan. BAB II berisi tentang tinjauan pustaka yang berhubungan dengan metode sintesis, karakterisasi, serta magnetic properties dari nanopartikel magnetik ZnFe2O4. BAB III berisi tentang dasar teori yang berhubungan dengan sintesis nanopartikel magnetik ZnFe2O4 dengan metode kopresipitasi dan sifat magnet yang dimiliki material bulk dan nanopartikel magnetik. BAB IV menjelaskan tentang metode, alat dan bahan yang digunakan dalam sintesis nanopartikel magnetik ZnFe2O4 dan pengukuran nilai tetapan suseptibilitas nanopartikel magnetik ZnFe2O4 serta menjelaskan teknik pengolahan datanya. BAB V berisikan hasil dan pembahasan dari penelitian nanopartikel magnetik ZnFe2O4 meliputi pengaruh variasi suhu dan durasi pengadukan selama sintesis terhadap ukuran butir dan parameter kisi nanopartikel magnetik ZnFe2O4 serta hubungan ukuran butir dan struktur kristal terhadap nilai tetapan suseptibilitas magnetik nanopartikel magnetik ZnFe2O4. BAB VI memuat kesimpulan dan saran dari penelitian yang telah dilakukan yang bisa digunakan sebagai rujukan pada penelitian selanjutnya.

6 6 DATAR PUSTAKA berisi tentang seluruh daftar pustaka baik berupa jurnal maupun buku teks yang menjadi rujukan penulis dalam melakukan penelitian dan juga penulisan hasil penelitian. LAMPIRAN berisi tentang data-data terkait dengan penelitian yang dilakukan berupa data-data penelitian, persamaan-persamaan yang digunakan dalam pengolahan data, dan juga tabel-tabel hasil pengolahan data.