BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kemajuan nanoteknologi yang semakin pesat saat ini, memberikan dampak positif terhadap kesejahteraaan manusia. Nanoteknologi banyak berkembang di berbagai bidang, seperti biotechnology, biomedicine, elektronik, optik, dan industri (Sharifi dan Shokrollahi, 2012; Gurumoorthy dkk, 2015). Salah satu bidang kajian nanoteknologi yang diteliti dan dikembangkan adalah nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik memiliki sifat yang unik yang tidak dimiliki oleh material lainnya. Keunikan dari sifat nanopartikel magnetik tersebut adalah dapat menampilkan sifat superparamagnetik, koersivitas yang tinggi, meningkatkan sensitivitas permukaan, dan keunikan lain yang tidak dapat ditemukan pada bentuk bulk-nya (Dunlap dkk, 2004; Gurumoorthy dkk, 2015). Nanopartikel magnetik dewasa ini telah menarik perhatian dari para peneliti dikarenakan potensi penerapannya di berbagai bidang. Seperti penyimpanan informasi, magnetic refrigeration, magneto-optical solid device, pemisahan sel, dan peningkatan teknologi magnetic resonance imaging (Du dkk, 2006). Salah satu material magnetik yang memiliki potensi aplikasi untuk berbagai bidang adalah nanopartikel manganese zinc (Mn-Zn) ferrite. Mn-Zn ferrite memiliki struktur kristal spinel dengan rumus MFe 2 O 4, dimana M adalah divalent metal cation (unsur logam yang memiliki dua elektron valensi, seperti Mn 2+, Zn 2+, Mg 2+, Ni 2+, dst). Nanopartikel MFe 2 O 4 ini sangat menarik untuk diteliti dikarenakan keunikan pada sifat kemagnetan dan kelistrikannya. Selain sifat kemagnetan dan kelistrikannya, MFe 2 O 4 juga memiliki sifat yang stabil terhadap suhu dan zat kimia (Isfahani dkk, 2009). Diantara spinel ferrites seperti CoFe 2 O 4, NiFe 2 O 4, MnFe 2 O 4, ZnFe 2 O 4, dan spinnel ferrites lainnya, MnFe 2 O 4 dan ZnFe 2 O 4 memiliki kelebihan tersendiri. Nanopartikel ZnFe 2 O 4 memiliki beberapa kelebihan seperti, sensitivitas yang tinggi terhadap suhu, dalam ukuran bulk ZnFe 2 O 4 menunjukkan sifat paramagnetik, dan juga dapat berubah sifat kemagnetannya menjadi ferrimagnetic ketika ZnFe 2 O 4 dalam ukuran nano (hal ini 1

2 2 dikarenakan migrasi parsial dari Zn ke octahedral site) (Sharifi dkk, 2012). Kelebihan yang dimiliki nanopartikel Manganese ferrites (MnFe 2 O 4 ) adalah permeabilitas yang tinggi, low losses, magnetisasi yang sangat tinggi dan juga permeabilitas yang stabil terhadap suhu dan waktu. Mn-Zn ferrite dikenal karena temperature currie yang rendah, low remaining magnetization, dan nilai konstanta anisotropy crystalline magnetic yang rendah (Shokrollahi 2008; Sharifi dkk, 2012). Untuk memperoleh (sintesis) nanopartikel Mn-Zn ferrite dapat dilakukan dengan berbagai cara seperti kopresipitasi, sol-gel, reaksi hidrotermal, microemulsions dan metode sintesis thermal decomposition (Isfahani dkk, 2009; Sharifi dkk, 2012; Baykal dkk, 2014). Setiap metode sintesis memiliki kelebihan dan kekurangannya tersendiri. Metode sintesis yang digunakan pada penelitian ini adalah metode kopresipitasi. Metode kopresipitasi banyak dipilih karena sederhana dalam prosesnya dan juga penggunaan biaya yang lebih sedikit dibandingkan dengan metode sintesis yang lain. Metode kopresipitasi juga secara luas digunakan dalam aplikasi biomedical karena kemudahan dalam implementasi, penggunaan material dan prosedur yang ramah lingkungan (Sharifi dkk, 2012). Nanopartikel magnetik memiliki potensial yang tinggi dalam aplikasinya, namun nanopartikel magnetik tidak dapat berfungsi baik secara mandiri dikarenakan stabilitas dispersi yang rendah, cenderung mengelompok dan mudah teragregasi. Oleh karena itu perlu dilakukan proses enkapsulasi atau pelapisan permukaan nanopartikel dengan komposisi kimia yang berbeda (Xu dkk, 2009). Dalam penelitian ini bahan yang dipilih sebagai pelapis nanopartikel Mn-Zn ferrite adalah silika (SiO 2 ). Silika dipilih karena stabilitas temperatur yang tinggi, dapat melindungi nanopartikel dari oksidasi, area permukaan yang besar, dan juga kompatibilitas yang baik dengan material lainnya (Xu dkk, 2009). Prekursor silika yang biasa digunakan sebagai pelapis nanopartikel diantaranya yaitu: tetraethoxysilane SiC 8 H 20 O 4 (TEOS), tetramethoxysilane SiC 4 H 12 O 4 (TMOS), dan natrium silikat Na 2 SiO 3. Prekursor TEOS dan TMOS banyak digunakan dalam penelitian, seperti Baykal, dkk (2015) menggunakan TEOS sebagai prekursor

3 3 silika. Namun prekursor ini memiliki kekurangan yaitu harganya yang mahal sehingga pada penelitian ini natrium silikat Na 2 SiO 3 dipilih sebagai alternatif. Natrium silikat dipilih di dalam penelitian ini dikarenakan sifatnya yang ramah lingkungan, ekonomis, dan tingkat efisiensinya yang tinggi (Xu dkk, 2009; Adziima dkk, 2013). Modak, dkk (2009) mengkaji struktur kristal dan morfologi dari nanopartikel Mn 0.4 Zn 0.6 Fe 2 O 4 yang dienkapsulasi dengan silika. Kemudian diperoleh ukuran kristal nanopartikel bertambah besar setelah dilakukan enkapsulasi. Berdasarkan dari referensi-referensi yang digunakan pada penelitian ini, dapat diambil hipotesis yaitu: akan terjadinya ikatan silika pada nanopartikel Mn-Zn ferrite setelah dienkapsulasi yang nantinya akan dibuktikan dengan analisa FTIR, ukuran kristal dari nanopartikel Mn-Zn ferrite akan bertambah besar setelah dilakukan enkapsulasi yang akan dibuktikan dengan analisa XRD dan TEM. Nanopartikel Mn-Zn ferrite sebelum dan sesudah proses enkapsulasi dengan berbagai variasi silika (SiO2) selanjutnya akan dipelajari dan dianalisa gugus fungsi, morfologi, dan struktur kristalnya menggunakan Fourier Transform Infra- Red Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), dan Transmission Electron Microscopy (TEM). 1.2 Perumusan Masalah a. Bagaimana mensintesis nanopartikel Mn-Zn ferrite dengan metode kopresipitasi dan melakukan enkapsulasi pada nanopartikel Mn-Zn ferrite dengan menggunakan silika? b. Bagaimana pengaruh enkapsulasi terhadap struktur kristal dan gugus fungsi nanopartikel Mn-Zn ferrite? 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi pada kajian membuat (sintesis) nanopartikel nanopartikel Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 dengan menggunakan metode kopresipitasi dan pengaruh dari pelapisan nanopartikel Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 dengan variasi silika 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, dan 50%. Selanjutnya gugus fungsi, ukuran butir, dan

4 4 struktur kristal dari nanopartikel Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 yang sudah dilapisi oleh silika dianalisa dengan menggunakan FTIR, XRD dan TEM. 1.4 Tujuan Penelitian a. Mendapatkan nanopartikel Mn-Zn ferrite dan enkapsulasi pada nanopartikel Mn-Zn ferrite dengan menggunakan silika. b. Mengetahui pengaruh enkapsulasi terhadap struktur kristal dan gugus fungsi pada nanopartikel Mn-Zn ferrite. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat untuk penelitian selanjutnya dibidang analisis gugus fungsi, struktur kristal dan morfologi nanopartikel magnetik. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika pada tulisan skripsi ini terdiri dari enam bagian yaitu : pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran, kemudian lampiran. BAB I Pendahuluan tersusun dari beberapa sub-bab yaitu latar belakang permasalahan, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan juga sistematika penulisan BAB II berisikan tinjauan pustaka yang berhubungan dengan sintesis, karakterisasi, dan pengaruh dari pelapisan nanopartikel Mn-Zn ferrite dengan silika (SiO 2 ). BAB III memuat teori yang berhubungan dengan pembuatan (sintesis) nanopartikel Mn-Zn ferrite menggunakan metode kopresipitasi, karakterisasi sampel menggunakan FTIR, XRD,dan TEM, serta teori tentang pelapisan nanopartikel menggunakan silika.

5 5 BAB IV berisikan penjelasan tentang metode yang digunakan dalam penelitian ini, kemudian alat dan bahan yang diperlukan dalam pembuatan (sintesis) nanopartikel Mn 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 beserta pelapisannya dengan silika. Kemudian juga menjelaskan tentang teknik pengolahan data yang digunakan. BAB V berisikan hasil dan pembahasan dari setiap penelitian yang dilakukan. BAB VI memuat kesimpulan dan saran yang mungkin akan berguna pada penelitian selanjutnya. Daftar pustaka berisikan seluruh pustaka yang dirujuk oleh penulis. Kemudian lampiran memuat seluruh lampiran data-data yang diperoleh selama penelitian.